可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统的制作方法

本发明涉及可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，属于新能源技术领域。

背景技术：

余热是指能源利用系统或设备中未被有效利用的能源，据统计，各个行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。而在当前电力产能过剩、用电量峰谷差异较大的背景下，目前的余热发电系统结构具有以下几处问题：

1.目前的余热发电系统结构过于庞大，使用时成本过高。

2.目前的余热发电系统结构不具备调峰能力，在用电高峰时，无法提供更多的发电量。

利用二氧化碳为储能的工作介质是解决上述问题的有效方法，二氧化碳是一种无毒、不易燃、密度高，超临界二氧化碳的密度接近液体，粘度接近气体，具有较好的流动性和传输特性，体积显著减小，因而相应的叶轮机械及换热设备体积小。因此，利用压缩超临界二氧化碳进行储能，可以显著缩小发电及储存系统的规模，降低成本，同时应用更加灵活，增加系统调峰能力。

综上所述，亟需一种可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统来解决余热发电系统结构过于庞大、不具备调峰能力的问题。

技术实现要素：

本发明解决了目前余热利用系统存在的缺陷问题。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，包括工业余热热源、烟气换热器和循环回路，所述循环回路包括第一透平、高温回热器、低温回热器、冷却器、压气机、二氧化碳储罐、第二透平、第二发电机和第一发电机，工业余热热源与烟气换热器的入口连接，烟气换热器的出口经过第一透平、高温回热器高温侧、低温回热器低温侧、冷却器后与压气机连通，压气机的出口与烟气换热器的入口连通，压气机的出口同时与低温回热器低温侧连通，低温回热器低温侧经过高温回热器低温侧和第二透平后与低温回热器高温侧入口连通，二氧化碳储罐的入口与压气机出口相连，二氧化碳储罐的出口与低温回热器低温侧入口相连。第一透平与第一发电机连接，第二透平与第二发电机连接。

进一步的，所述工业余热热源是火电站锅炉、柴油机、燃气轮机、转炉和焦炉所产生的热源。

进一步的，所述烟气换热器设置在工业余热热源内。

进一步的，所述烟气换热器为耐高压的紧凑板式换热器。

本发明的有益效果：

1.本发明根据工业余热的特点，设计涡轮分流循环回路，能够较好地匹配各类工业余热的温度参数范围，较目前的余热锅炉蒸汽发电效率有显著的提高。

2.本发明的占地面积较小，和传统的余热锅炉蒸汽发电系统占地面积缩小效果明显。

3.本发明的成本较目前的余热利用系统成本低。

4.本发明可以直接利用透平拖动储能压缩机工作，省去了传统技术中用于带动压缩空气储能系统工作的电动机。

5.本发明具备调峰能力，当用电低谷期，压缩二氧化碳以消耗透平的做工，在用电高峰期，所需多余的发电量，通过释放高压二氧化碳能量得到。

附图说明

图1为本发明的系统整体示意图。

图中1-工业余热热源，2-烟气换热器，3-第一透平，4-高温回热器，5-低温回热器，6-冷却器，7-压气机，8-二氧化碳储罐，9-第二透平，10-第二发电机，11-第一发电机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明的概念。

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，包括包括工业余热热源1、烟气换热器2和循环回路，所述循环回路包括第一透平3、高温回热器4、低温回热器5、冷却器6、压气机7、二氧化碳储罐8、第二透平9、第二发电机10和第一发电机11，工业余热热源1与烟气换热器2的入口连接，烟气换热器2的出口经过第一透平3、高温回热器4高温侧、低温回热器5低温侧、冷却器6后与压气机7连通，压气机7的出口与烟气换热器2的入口连通，压气机7的出口同时与低温回热器5低温侧连通，低温回热器5低温侧经过高温回热器4低温侧和第二透平9后与低温回热器5高温侧入口连通，二氧化碳储罐8的入口与压气机7出口相连，二氧化碳储罐8的出口与低温回热器5低温侧入口相连。第一透平3与第一发电机11连接，第二透平9与第二发电机10连接。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，所述工业余热热源1是火电站锅炉、柴油机、燃气轮机、转炉和焦炉所产生的热源。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，所述烟气换热器2设置在工业余热热源1内。如此设置，工业余热热源1产生工业余热的气体或液体从烟气换热器2的入口进入并与烟气换热器2内进行热交换后从烟气换热器2的出口排出。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，所述烟气换热器2为耐高压的紧凑板式换热器。

本发明的工作原理：

工业余热热源1产生的余热进入烟气换热器2，烟气换热器2内将余热进行热交换后排出经过第一透平3，第一透平3通过余热带动第一发电机11发电，剩下的烟气经过高温回热器4与低温回热器5的在加热后通过冷却器6，冷却器6通过水冷或气冷将烟气中的热量转换，剩余烟气进入压气机7，压气机7将剩余烟气压缩，压气机7将压缩后的烟气分别输送给烟气换热器2、低温回热器5和二氧化碳储罐8，输送给低温回热器5的烟气经过高温回热器4低温侧、第二透平9后再将剩余烟气输入低温回热器5的高温侧，被压缩的烟气经过第二透平9后，第二透平9带动第二发电机10发电，经过压气机7压缩后的烟气输入二氧化碳储罐8后由二氧化碳储罐8储存，若是用电量高峰时，通过高压二氧化碳释放能量给低温回热器5低温侧。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

技术特征：

1.可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，其特征在于：包括工业余热热源(1)、烟气换热器(2)和循环回路，所述循环回路包括第一透平(3)、高温回热器(4)、低温回热器(5)、冷却器(6)、压气机(7)、二氧化碳储罐(8)、第二透平(9)、第二发电机(10)和第一发电机(11)，工业余热热源(1)与烟气换热器(2)的入口连接，烟气换热器(2)的出口经过第一透平(3)、高温回热器(4)高温侧、低温回热器(5)低温侧、冷却器(6)后与压气机(7)连通，压气机(7)的出口与烟气换热器(2)的入口连通，压气机(7)的出口同时与低温回热器(5)低温侧连通，低温回热器(5)低温侧经过高温回热器(4)低温侧和第二透平(9)后与低温回热器(5)高温侧入口连通，二氧化碳储罐(8)的入口与压气机(7)出口相连，二氧化碳储罐(8)的出口与低温回热器(5)低温侧入口相连，第一透平(3)与第一发电机(11)连接，第二透平(9)与第二发电机(10)连接。

2.根据权利要求1所述的可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，其特征在于：所述工业余热热源(1)是火电站锅炉、柴油机、燃气轮机、转炉和焦炉所产生的热源。

3.根据权利要求1所述的可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，其特征在于：所述烟气换热器(2)设置在工业余热热源(1)内。

4.根据权利要求1所述的可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，其特征在于：所述烟气换热器(2)为耐高压的紧凑板式换热器。

技术总结
可储能超临界二氧化碳涡轮分流循环工业余热利用系统，属于新能源技术领域。本发明包括工业余热热源、烟气换热器和循环回路，工业余热热源与烟气换热器的入口连接，烟气换热器的出口经过第一透平、高温回热器高温侧、低温回热器低温侧、冷却器后与压气机连通，压气机的出口与烟气换热器的入口连通，压气机的出口同时与低温回热器低温侧连通，低温回热器低温侧经过高温回热器低温侧和第二透平后与低温回热器高温侧入口连通，二氧化碳储罐的入口与压气机出口相连，二氧化碳储罐的出口与低温回热器低温侧入口相连，第一透平与第一发电机连接，第二透平与第二发电机连接。本发明发电效果显著。

技术研发人员：张春伟;于彬;董爱华;谢敏;王永堂;陈松
受保护的技术使用者：哈电发电设备国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2020.04.15
技术公布日：2020.07.31