一种甲醇燃机联合循环发电装置系统及方法与流程

本发明涉及新能源发电，尤其涉及一种甲醇燃机联合循环发电装置系统及方法。

背景技术：

1、燃气轮机是保障能源安全和发展的核心装备、是能源高效、清洁利用的技术保障、是实现能源结构调整的核心动力装备之一，对能源安全和工业发展等方面具有重大的推动作用。燃气轮机以天然气为燃料时，其主要成分是甲烷，燃烧后的产物只有二氧化碳和水，其中二氧化碳的排放量约为燃煤机组的51％。但受限于天然气发电资源禀赋制约突出，对外依存度高，且天然气本质上属于化石能源、高碳能源。因此需要通过调整燃机燃料灵活性保障能源的供应安全。

2、甲醇是燃气轮机现实可行，性能优良的未来替代液体燃料之一，燃用甲醇的燃气轮机具有比燃用目前碳氢液体燃料更低的有害气体和温室气体的排放。

3、超临界二氧化碳循环发电系统具有环境友好、热效率高、经济性好等特点特点，是未来清洁高效发电技术和能源综合利用技术的热点研究方向，是一项将带来发电技术变革的新技术。

4、cn219415854u公开了一种熔盐耦合热电联产机组的梯级储热梯级放热循环系统，包括燃气轮发电机组、余热锅炉、第一汽轮机发电机组和熔盐换热系统；熔盐换热系统包括高温熔盐罐、电加热器、熔盐蒸汽发生器、高温熔盐泵、中温熔盐罐、热水加热器、第一中温熔盐泵、烟气加热器、低温熔盐罐、第一低温熔盐泵和第二低温熔盐泵；高温熔盐罐、电加热器、熔盐蒸汽发生器、高温熔盐泵、低温熔盐罐、第一低温熔盐泵构成高温熔盐循环系统，第一汽轮机发电机组的抽汽口与供汽管道组连通；中温熔盐罐、热水加热器、第一中温熔盐泵、低温熔盐罐、第二低温熔盐泵和烟气加热器构成中温熔盐循环系统；能够实现不同品质能量高效梯级利用的目的。

5、cn116006326a公开了一种联合循环耦合压缩空气的储热调峰系统和方法，其中储热调峰系统包括第一压缩机、第一储气罐、第一换热器、第二换热器、燃气轮机、余热锅炉、第一熔盐罐、第二熔盐罐、第一蒸汽轮机和发电机，有偿调峰发电时，燃气轮机降低发电负荷，产生的多余热烟气输送至第一熔盐罐中进行，另一部分余热进入余热锅炉中，余热锅炉与燃气轮机的余热换热后将水加热为水蒸气，部分水蒸气驱动蒸汽轮机运转，为驱动轴转动提供了动力，从而可驱动发电机运转；参加有偿调峰发电过程中产生的多余的水蒸气输送至第二熔盐罐中，与第二熔盐进行换热，将热量储存在第二熔盐罐中，减少了在启停和调峰过程能量的损失，节约了能源。

6、cn115559813a公开了一种燃机-超临界二氧化碳联合循环及lng冷能发电系统，包括：燃机发电子系统，包括依次连接的第一压缩机、燃烧室、燃气轮机以及第一发电机；lng换热子系统，包括lng输送管路；超临界二氧化碳循环子系统，包括第一循环管路、第二循环管路以及第二发电机。第一循环管路和第二循环管路能够充分利用燃气轮机所排出高温高压气体的能量，解决了传统燃气发电系统发电效率低，能量利用不充分的问题，从而提高了发电效率。lng输送管路能够利用lng的冷能对超临界二氧化碳循环子系统中的循环工质进行冷却，从而能够节省大量的水和减少换热器的面积，使装置布置上能够更为紧凑。

7、但上述装置系统对燃气轮机排出的废气的余热利用率仍有待进一步提高。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种甲醇燃机联合循环发电装置系统及方法，对甲醇燃机模块中燃气透平的排气余热进行梯级利用，先后用于加热超临界二氧化碳透平进口工质、有机工质透平进口工质以及甲醇燃料，而且还提高了循环发电效率。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种甲醇燃机联合循环发电装置系统，所述甲醇燃机联合循环发电装置系统包括顶循环单元、底循环单元和熔盐换热单元；

4、所述顶循环单元包括甲醇燃机模块；所述底循环单元包括超临界二氧化碳分流再压缩循环模块和有机朗肯循环模块；

5、所述甲醇燃机模块经熔盐换热单元与超临界二氧化碳分流再压缩循环模块相连。

6、本发明所述的甲醇燃机联合循环发电装置系统将甲醇燃机循环与超临界二氧化碳分流再压缩循环、有机朗肯循环这两个底循环耦合，实现了甲醇燃机模块排出的废气余热的梯级利用；其中，熔盐换热单元的存在调节了熔盐与二氧化碳的换热量；超临界二氧化碳分流再压缩循环模块，与常规蒸汽循环相比，体积更小、重量更轻、热损更小、转换效率更高，系统仅需要较低的热量即可启动发电机、应对负荷变化调整迅速、支持快速启停，同时还可以节约大量水资源。本发明所述甲醇燃机联合循环发电装置系统还提高了循环发电效率，具有大规模推广应用前景。

7、优选地，所述有机朗肯循环模块包括循环连接的燃气-有机工质换热装置、有机工质透平、有机工质冷却装置和有机工质输送装置。

8、优选地，所述甲醇燃机模块经燃气-有机工质换热装置与有机朗肯循环模块相连，将燃气-有机工质换热装置出口的低温燃气用于甲醇燃料的预热，提高了循环发电效率。

9、优选地，所述有机朗肯循环模块还包括第一发电机和第一电动机。

10、优选地，所述第一发电机与有机工质透平相连。

11、优选地，所述第一电动机与有机工质输送装置相连。

12、优选地，所述甲醇燃机模块包括依次连接的空气压缩装置、燃烧室、燃气透平和第二发电机。

13、优选地，所述空气压缩装置与燃气透平同轴连接，可平衡轴向推力并提升装置结构紧凑度。

14、优选地，所述甲醇燃机模块还包括甲醇燃料预热装置。

15、优选地，所述甲醇燃料预热装置上设置有甲醇燃料进口管道和废气排出管道。

16、本发明所述甲醇燃机模块通过低温废气对甲醇燃料进行预热。

17、优选地，所述甲醇燃料预热装置分别与燃烧室和燃气-有机工质换热装置相连。

18、优选地，所述熔盐换热单元包括循环连接的燃气-熔盐换热装置、第一熔盐储存装置、熔盐-二氧化碳换热装置和第二熔盐储存装置。

19、优选地，所述燃气透平、燃气-熔盐换热装置和燃气-有机工质换热装置依次连接。

20、优选地，所述超临界二氧化碳分流再压缩循环模块包括依次连接的熔盐-二氧化碳换热装置、二氧化碳透平、第一二氧化碳回热装置、第二二氧化碳回热装置、二氧化碳冷却装置、二氧化碳主压缩装置。

21、优选地，所述二氧化碳主压缩装置依次与第二二氧化碳回热装置、第一二氧化碳回热装置和熔盐-二氧化碳换热装置相连。

22、优选地，所述二氧化碳透平与第三发电机相连。

23、优选地，所述二氧化碳主压缩装置与第二电动机相连。

24、优选地，所述超临界二氧化碳分流再压缩循环模块还包括二氧化碳旁路压缩装置。

25、优选地，所述二氧化碳旁路压缩装置分别与第一二氧化碳回热装置和第二二氧化碳回热装置相连。

26、优选地，所述二氧化碳旁路压缩装置与第三电动机相连。

27、第二方面，本发明还提供一种甲醇燃机联合循环发电的方法，所述方法采用第一方面所述的甲醇燃机联合循环发电装置系统进行；所述方法包括：

28、将顶循环甲醇燃机循环与两个底循环超临界二氧化碳分流再压缩循环、有机朗肯循环耦合，通过熔盐换热调节二氧化碳的换热量，实现甲醇燃机模块出口废气余热的梯级利用。

29、所述方法具体包括：

30、空气通过空气压缩装置压缩后，与通过甲醇燃料预热装置加热后的燃料甲醇在燃烧室混合燃烧，得到的燃气进入燃气透平膨胀作功，带动第二发电机发电；

31、膨胀作功后的燃气进入燃气-熔盐换热装置，熔盐加热后进入第一熔盐储存装置，继续通过熔盐-二氧化碳换热装置加热二氧化碳后进入第二熔盐储存装置，降温后的熔盐回到燃气-熔盐换热装置加热；

32、以熔盐-二氧化碳换热装置为起点，二氧化碳在熔盐-二氧化碳换热装置被加热后，进入二氧化碳透平膨胀作功，带动第三发电机发电；二氧化碳依次通过第一二氧化碳回热装置和第二二氧化碳回热装置，在第二二氧化碳回热装置出口处分流：一股通过二氧化碳冷却装置预冷后进入二氧化碳主压缩装置压缩，之后进入第二二氧化碳回热装置；另一股直接进入二氧化碳旁路压缩装置压缩，两股二氧化碳工质混合，一起进入第一二氧化碳回热装置，再回到熔盐-二氧化碳换热装置；

33、有机工质进入燃气-有机工质换热装置被加热后，进入有机工质透平膨胀作功，带动第一发电机发电；之后有机工质通过有机工质冷却装置降温，再进入有机工质输送装置，回到燃气-有机工质换热装置。

34、本发明所述的甲醇燃机联合循环发电的方法将甲醇燃机膨胀作功后产生的废气首先与熔盐换热，该部分热量在超临界二氧化碳分流再压缩循环模块中被合理利用；之后废气继续与有机工质换热，该部分热量在有机朗肯循环模块中被利用；最后废气进入甲醇燃料预热装置将甲醇燃料预热，实现了对甲醇燃机模块中燃气透平的排气余热的梯级利用，且大幅度提高了装置系统的发电效率。

35、优选地，所述空气在空气压缩装置内进行等熵压缩。

36、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

37、(1)本发明提供的甲醇燃机联合循环发电装置系统甲醇燃机循环与超临界二氧化碳分流再压缩循环、有机朗肯循环这两个底循环耦合，实现了甲醇燃机模块排出的废气余热的梯级利用；将燃气-有机工质换热装置出口的低温燃气用于甲醇燃料的预热，提高了循环发电效率；

38、(2)本发明提供的甲醇燃机联合循环发电装置系统中各个循环单元均对环境无污染，有利于电力行业能源脱碳，应用前景广阔。