高低温超临界二氧化碳余热利用系统的制作方法_3

文档序号:9683840阅读:来源:国知局
气口 5d,所述低温回热器5的第六进气口 5c连接所述压气机7的出气口 ;所述低温透平2的出气口连接所述低温回热器5的第五进气口 5a,所述低温回热器5的第五出气口 5b连接所述冷凝器6的进气口。
[0050]本实施例中,高低温超临界二氧化碳余热利用系统,还包括一总联动轴81,总联动轴81将高温透平1和低温透平2串联连接,总联动轴81的输出端连接外部设备91。总联动轴81为单轴,高温透平1和所述低温透平2共同通过总联动轴81,驱动外部设备91,当外部设备91是风机、压缩机、栗等(含本系统内的从动设备),总联动轴81驱动外部设备做功;当外部设备是发电机时,外部设备驱动发电机发电。
[0051]本发明的所述余热回收器3包括高温段3g和低温段3h,所述第一余热回收管道3e设于所述高温段3g内,燃气轮机的排气或者工业高温烟气等高温热源气体与第一余热回收管道3e内的二氧化碳循环工质进行热交换,将第一余热回收管道3e内的二氧化碳气体加热成高温气体;所述低温段3h是指高温热源气体已经与第一余热回收管道3e内的二氧化碳循环工质进行了热交换,温度已经大大降低,或者热源气体是工业中低温烟气,总之热源气体在400°C以下的部分,所述第二余热回收管道3f设于所述低温段3h内,400°C以下的热源气体与第二余热回收管道3f内的二氧化碳循环工质进行热交换。
[0052]本发明的所述余热回收器3实质上就是一个热交换器,由于热交换器的两侧的气体压力相差甚大(烟气压力通常是环境大气压力,而C02工质压力则多22MPa),因此所述余热回收器3最好采用印刷电路板式换热器,这种换热器能够满足换热过程中的高温高压条件,具有泄漏量少、结构紧凑、高效等优点。
[0053]所述余热回收器3的高温段3g和低温段3h相互独立,所述高温段3g与所述低温段3h之间设有连通管路,所述连通管路上设有第一阀门(图中未示出)。所述余热回收器3的高温段3g设有高温热源气体进入通道3i,所述余热回收器3的低温段3h设有中低温热源气体进入通道3j,所述余热回收器3的低温段3h还设有热源气体排出通道3k,所述高温热源气体进入通道3i上设有第二阀门31,所述中低温热源气体进入通道3j上设有第三阀门3m,所述高温热源气体进入通道3i和所述中低温热源气体进入通道3j汇合于热源气体进入主通道上。
[0054]所述压气机7的出气口与一个三通阀7a的进气口连接,所述三通阀7a的一个出气口与所述高温回热器4的第四进气口 4c连接,所述三通阀7a的另一个出气口与所述低温回热器5的第六进气口 5c连接。通过调整三通阀7a的阀位可以进行高温回热器4和低温回热器5上的流量分配。
[0055]本发明的各部件用耐高温、高压的管线相连接。本发明的高低温超临界二氧化碳余热利用系统分为高温透平循环回路和低温透平循环回路,这两个循环回路内的工质不是完全分离的:在进入冷凝器6前,两循环回路的工质汇合为一股,一起经过冷凝器6冷却至临界点以下,再进入压气机7,由压气机7压缩成为高压气体,在压气机7的出气口,循环工质(二氧化碳)再次分为两股,一股进入高温透平循环回路:冷凝器6—压气机7—高温回热器4 (第四进气口 4c—第四出气口 4d)—余热回收器3 (第一进气口 3a—第一出气口3b)—高温透平1 —高温回热器4(第三进气口 4a—第三出气口 4b)—冷凝器6,一股进入低温透平循环回路:冷凝器6 —压气机7 —低温回热器5 (第六进气口 5c —第六出气口5d)—余热回收器3 (第二进气口 3c—第二出气口 3d)—低温透平2—低温回热器5(第五进气口 5a—第五出气口 5b)—冷凝器6。进入高温透平循环回路的0)2工质首先进入高温回热器4 (第四进气口 4c —第四出气口 4d)内,与高温透平1的排气进行热交换,温度升高,然后再进入余热回收器3的高温段3g,在第一余热回收管道3e内被燃气轮机排气或工业高温烟气加热成为高温高压气体,然后再进入高温透平1膨胀做功,做功后的C02气体压力降至临界点以下,但是仍有较高温度,所以其经过高温回热器4(第三进气口 4a —第三出气口 4b),与从压气机7出来的、进入高温回热器4 (第四进气口 4c —第四出气口 4d)的气体进行热交换,其后进入冷凝器6的前端,与低温透平循环回路的C02工质汇合。进入低温透平循环回路的C02工质首先进入低温回热器5 (第六进气口 5c—第六出气口 5d)内,与低温透平2的排气进行热交换,温度升高,然后再进入余热回收器3的低温段3h,在第二余热回收管道3f内被燃气轮机排气或工业中低温烟气加热成为中低温高压气体,然后再进入低温透平2膨胀做功,做功后的C02气体压力降至临界点以下,但是仍有一定温度,所以其经过低温回热器5 (第五进气口 5a—第五出气口 5b),与从压气机7出来的、进入低温回热器5 (第六进气口 5c—第六出气口 5d)的气体进行热交换,其后进入冷凝器6的前端,与高温透平循环回路的C02工质汇合。两股气体汇合成一股后,再次进入冷凝器6开始新的循环。
[0056]本发明的所述高温回热器4、低温回热器5实质上也均是热交换器,高温回热器4使高温透平1的排气与从压气机7出来的、将要进入高温透平循环回路的气体进行热交换;低温回热器5使低温透平2的排气与从压气机7出来的、将要进入低温透平循环回路的气体进行热交换。
[0057]本发明的高温透平1和低温透平2的排气压力大致相当,具体的排气压力根据实际工况进行优选,此主要与冷凝器性能和外界冷源有关,同时也与热源的最高温度有关。
[0058]本发明所述的冷凝器6,受其换热性能和环境影响,决定了系统的冷端温度。如在热带、沙漠或内陆干旱地区,冷凝器出口所能允许的最低温度往往高于二氧化碳的临界温度Ter,此时该热力循环为布雷顿循环。如高玮度地区或者冬季或者有可供利用的外界冷源(如LNG、深层海水等),可以使循环的冷端温度明显低于二氧化碳的临界温度Tcr,冷凝器出口的循环工质为液态,压气机7由栗替换,此时该热力循环为朗肯循环。
[0059]本发明的高低温超临界二氧化碳余热利用系统的使用方法是:当所述热源气体为燃气轮机的排气或者工业高温烟气等高温热源气体,热源气体高于一定值(比如400°C )时,热源气体经过高温热源气体进入通道3i进入所述余热回收器3的高温段3g,与第一余热回收管道3e内的循环工质进行热交换,经过热交换温度下降到400°C以下的热源气体由高温段3g与低温段3h之间的连通管路进入所述余热回收器3的低温段3h,400°C以下的热源气体在低温段3h内与第二余热回收管道3f内的循环介质进行热交换,之后,经过热交换温度又大大降低的热源气体由热源气体排出通道3k排出所述余热回收器3。这种情况下,关闭第三阀门3m,避免高温热源气体直接接入所述余热回收器3的低温段3h ;调整三通阀7a的阀位在合理的位置,使高温透平循环回路、低温透平循环回路都投入工作。
[0060]综上所述,本发明的高低温超临界二氧化碳余热利用系统,以燃气轮机的高温排气或工业余热/废热作为热源,以C02作为动力循环工质,通过设计高温透平和低温透平,充分利用了排气热能,实现了热能的梯级利用。当用于燃气轮机联合循环时,本发明不
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