CN107355265A - 超临界二氧化碳高效灵活热电联产系统 - Google Patents

超临界二氧化碳高效灵活热电联产系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超临界二氧化碳高效灵活热电联产系统，其包括超临界二氧化碳动力循环发电系统；超临界二氧化碳逆循环供热系统，分流热网回水加热系统。本发明在现有的超临界二氧化碳动力循环发电系统的基础上增加超临界二氧化碳逆循环，从而可以提升原动力循环冷端的余热品质，达到可以供暖的要求，实现了热电联产的目标，显著提高了能源的综合利用效率。通过将热网回水加热系统进行分流，一部分可以直接通过动力循环冷端较高温度的余热进行加热，另一部分通过热泵技术吸收了那段较低温度的余热给热网回水进行加热。实现了能量的分级分质利用的同时，也可以通过调节分流的比例，从而调节对外供电和供热的比例，实现系统完全热电解耦。

Description

超临界二氧化碳高效灵活热电联产系统
技术领域
本发明属于新型热力循环技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳高效灵活热电联产系统。
背景技术
随着风电、光电等具有间歇性的新能源发电比例的增加，对电网的快速调峰能力提出了更高的要求。然而现有燃煤热电联产机组多采用“以热定电”的方式，调峰能力差，目前北方冬季供暖期热负荷需求大，电负荷需求小，常规热电联产机组需要优先保证供暖热负荷，但由于热电解耦能力差，使得电负荷也很高，挤占了新能源的发电份额，导致弃风、弃光现象严重，造成严重的浪费，因此提高热电联产机组的灵活性，实现热电解耦具有重要意义。
超临界二氧化碳循环发电系统，可以在更低的吸热温度下实现更高的循环发电效率，且设备尺寸远远小于同参数的蒸汽机组，技术经济性很好。同时，超临界二氧化碳循环具有调节灵活，无抽气环节，冷端余热工质温度高的特点，可直接用于供热，先天具有一定的热电解耦能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现热电完全解耦的超临界二氧化碳高效灵活热电联产系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括超临界二氧化碳动力循环发电系统和超临界二氧化碳逆循环供热系统；
所述的超临界二氧化碳动力循环发电系统包括热源以及与热源的出口相连的带有发电机的膨胀机，膨胀机的出口经管路依次与二级回热器、一级回热器及工质热水加热器相连，所述的工质热水加热器的入、出口分别与热网回水、热网出水相连，工质热水加热器降温后的工质分为两支，主流经预冷器继续降温后与主压缩机相连，经主压缩机升压后进入一级回热器加热，另一支流直接与再压缩机相连，经再压缩机升压后与主流混合经二级回热器后工质进入热源吸热，预冷器经出入水管路与冷却塔相连；
所述的超临界二氧化碳逆循环供热系统包括并联在预冷器与冷却塔出入水管路上的热泵蒸发器以及与热泵蒸发器相连的热泵回热器，热泵回热器的出口与带有热泵电动机的热泵压缩机相连，经热泵压缩机升压后进入热泵热水加热器后经热泵膨胀阀与热泵回热器相连形成闭式循环，热泵热水加热器加热热网回水后出口与热网出水相连。
所述的预冷器与冷却塔相连的出水管路上安装有循环水泵。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
通过在现有的超临界二氧化碳动力循环发电系统的基础上增加超临界二氧化碳逆循环，从而可以提升原动力循环冷端的余热品质，达到可以供暖的要求，实现了热电联产的目标，显著提高了能源的综合利用效率。
通过将热网回水加热进行分流，一部分可以直接通过工质热水加热器循环冷端较高温度的余热进行加热，另一部分通过热泵热水加热器吸收了那段较低温度的余热给热网回水进行加热。前者为简单的同质的热-热转化，而后者为低品位的热和高品质的电向中品位的热转化，因此，实现了能量的分级分质利用的同时，也可以通过调节分流的比例，从而调节对外供电和供热的比例，实现系统完全热电解耦。
总体来看，本发明能够使得超临界二氧化碳循环热电联产系统实现热电完全解耦，从而提高了能源的综合利用效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
其中，1为热源；2为二级回热器；3为一级回热器；4为工质热水加热器；5为热泵电动机；6为热泵压缩机；7为热泵热水加热器；8为热泵回热器；9为热泵膨胀阀；10为冷却塔；11为热泵蒸发器；12为循环水泵；13为预冷器；14为主压缩机；15为再压缩机；16为膨胀机；17为发电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括超临界二氧化碳动力循环发电系统和超临界二氧化碳逆循环供热系统；
所述的超临界二氧化碳动力循环发电系统包括热源1以及与热源1的出口相连的带有发电机17的膨胀机16，膨胀机16的出口经管路依次与二级回热器2、一级回热器3及工质热水加热器4相连，所述的工质热水加热器4的入、出口分别与热网回水、热网出水相连，工质热水加热器4降温后的工质分为两支，主流经预冷器13继续降温后与主压缩机14相连，经主压缩机14升压后进入一级回热器3加热，另一支流直接与再压缩机15相连，经再压缩机15升压后与主流混合经二级回热器2后工质进入热源1吸热，预冷器13经出入水管路与冷却塔10相连，预冷器13与冷却塔10相连的出水管路上安装有循环水泵12；
经工质热水加热器降温后的工质4分为两支，主流通过预冷器13继续降温后进入主压缩机14升压后进入一级回热器3加热，另一支流直接通过再压缩机15升压后与主流混合。之后工质进入热源1吸热后进入膨胀机16膨胀做功带动发电机17发电。
所述的超临界二氧化碳逆循环供热系统包括并联在预冷器13与冷却塔10出入水管路上的热泵蒸发器11以及与热泵蒸发器11相连的热泵回热器8，热泵回热器8的出口与带有热泵电动机5的热泵压缩机6相连，经热泵压缩机6升压后进入热泵热水加热器7后经热泵膨胀阀9与热泵回热器8相连形成闭式循环，热泵热水加热器7加热热网回水后出口与热网出水相连。
低温低压的二氧化碳经过热泵蒸发器11吸收循环冷却水的热量升温，经过热泵回热器吸热后8进入热泵压缩机6升压，之后进入热泵热水加热器7加热热网回水，最后通过热泵膨胀阀9减压后通过热泵回热器8放热后再次进入热泵蒸发器形成闭式循环。
热网回水分为两部分，一部分通过工质热水加热器4利用工质的高温预热进行加热，另一部分通过热泵热水加热器7利用热泵技术提高循环冷水的余热品质加热热网回水。两部分的供热比例可以根据热网和电网的需求灵活调节，实现热电解耦的目标。

Claims (2)

1.超临界二氧化碳高效灵活热电联产系统，其特征在于：包括超临界二氧化碳动力循环发电系统和超临界二氧化碳逆循环供热系统；
所述的超临界二氧化碳动力循环发电系统包括热源(1)以及与热源(1)的出口相连的带有发电机(17)的膨胀机(16)，膨胀机(16)的出口经管路依次与二级回热器(2)、一级回热器(3)及工质热水加热器(4)相连，所述的工质热水加热器(4)的入、出口分别与热网回水、热网出水相连，工质热水加热器(4)降温后的工质分为两支，主流经预冷器(13)继续降温后与主压缩机(14)相连，经主压缩机(14)升压后进入一级回热器(3)加热，另一支流直接与再压缩机(15)相连，经再压缩机(15)升压后与主流混合经二级回热器(2)后工质进入热源(1)吸热，预冷器(13)经出入水管路与冷却塔(10)相连；
所述的超临界二氧化碳逆循环供热系统包括并联在预冷器(13)与冷却塔(10)出入水管路上的热泵蒸发器(11)以及与热泵蒸发器(11)相连的热泵回热器(8)，热泵回热器(8)的出口与带有热泵电动机(5)的热泵压缩机(6)相连，经热泵压缩机(6)升压后进入热泵热水加热器(7)后经热泵膨胀阀(9)与热泵回热器(8)相连形成闭式循环，热泵热水加热器(7)加热热网回水后出口与热网出水相连。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳高效灵活热电联产系统，其特征在于：所述的预冷器(13)与冷却塔(10)相连的出水管路上安装有循环水泵(12)。
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