CN107606676A - 一种实现热电解耦的超临界二氧化碳系统 - Google Patents
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Abstract
一种实现热电解耦的超临界二氧化碳系统，主要包括压缩机、第一供热换热器、涡流管、第二供热换热器、加热器、第三供热换热器。本发明通过热电机组和热泵加涡流管系统的结合，一方面用压缩机消耗了热电机组超发的电量，另一方面通过涡流管降温作用吸收了循环冷却水的废热，实现高效供热。该技术在使用热泵技术提高能源利用率的同时，采用涡流管技术降低了系统对于压缩机压比的要求，提高了系统的实用性，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于热电联产领域，具体涉及一种实现热电解耦的超临界二氧化碳系统。
背景技术
化石能源终将枯竭，同时环保及污染问题日益受到人们的重视，近年来以风电、光电为代表的新能源发电装机容量的显著增长，但新能源发电上网负荷的大波动性对我国火电机组的调峰能力提出了更高的要求。火电机组灵活性不足的问题日益显现，尤其是热电机组调峰能力不足的问题更为突出，北方地区采暖季因为火电机组调峰能力差而导致的弃风、弃光问题越来越多。因此，火电机组灵活性改造势在必行，而热电解耦则是热电机组灵活性改造的重点工作之一。
以我国目前常用的抽气机组为例，抽凝机组大多是从低压缸之前抽汽，并用该部分抽汽加热热网回水实现供热的，抽凝热电机组供热量和发电量的比例由抽汽参数和抽汽流量决定，其热电比具备一定的调节幅度。但是，受抽汽参数、汽轮机低压缸最小凝器流量等条件的限制，抽凝热电机组提供一定供热负荷时，存在最低的供电负荷。抽凝热电机组的供电负荷调节能力受到供热负荷的严重制约，且供热负荷越大，供电负荷的调节能力越弱。由此可见，目前热电机组“以热定电”的问题非常严重，调峰能力很差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高热电机组的调峰能力，切实可行，且成本低的实现热电解耦的超临界二氧化碳系统，从而解决热电机组“以热定电”的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括压缩机以及与压缩机出口相连的第一供热换热器的工质侧入口，第一供热换热器工质侧出口与涡流管的入口相连，涡流管的高温侧出口与第二供热换热器工质侧入口相连，涡流管的低温侧出口与加热器的入口相连，加热器出口的流体与第二供热换热器工质侧出口的流体汇合后与压缩机入口相连，第一供热换热器、第二供热换热器的热网侧低温端分别与热网回水连通，高温端分别与热网供水向连通。
本发明还包括第三供热换热器，第三供热换热器的工质侧入口与汽机抽气侧相连，工质出口与汽机回热系统，第三供热换热器的热网侧低温端与热网回水连通，高温端与热网供水向连通。
所述的加热器的高温侧入口与待冷却的循环冷却水相连，低温侧出口与凝汽器相连。
传统热电解耦热泵消耗了热电机组超发的电量，而非直接将电能转换为热能；本发明与单纯的热泵供热相比，涡流管的引入缓解了采用单纯热泵循环时对压缩机压比的较高要求，可采用技术较为成熟的较低压比的压缩机，有利用此项技术的实际应用，也有利于成本控制。
本发明进一步的改进在于，热网回水既可以通过汽机抽气加热，也可以通过热泵机组中的第一供热换热器和第二供热换热器加热。在总供热量保持不变的情况下，两部分加热量的比例可以根据实际需求任意调节。
本发明进一步的改进在于，发电机组从凝汽器吸热后的循环冷却水被分为两路，一路进入冷却塔向环境放热，另一路则进入本系统加热器加热从涡流管低温端流出的低温工质，两路完成降温的循环冷却水汇合后被再次送入凝汽器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该系统在总供热量保持不变的情况下，抽气供热与热泵机组供热的比例可以根据实际需求任意调节。当供电需求旺盛时，提高抽气加热的加热量，同时提高热电机组供电负荷；当供电需求较低时，提高热泵机组的加热量，降低热电机组出力，在保证总共热量不变的情况下，减少热电机组的供电负荷。进而实现了完全热电解耦，解决了传统热电机组“以热定电”的问题。
引入了涡流管，可以大大缓解热泵系统对于压缩机压比的较高要求。传统热泵系统加热的原理是单纯依靠压缩机对低温低压工质进行压缩做功来提高工质温度，供热后再通过节流降压获得低于循环冷却水的温度，并从循环冷却水中吸收热量。为了获得符合使用需要的温差，往往要求压缩机有较大的压缩比，否则无法达到需要的供热温度，或者无法通过节流获得低于循环冷却水的温度，以实现从循环冷却水中吸取需要的热量。这样对于压缩机制造提出了较高要求，提高了成本，也限制了使用范围。而涡流管的使用可以大大缓解以上问题。涡流管可以将一定压力的流体自然的分为冷热两股流体，实现了温度以及热量的分离，而非单纯通过节流效应降低温度。这样通过压缩机增压并供热后的工质，通过涡流管后不仅可以获得低于环境温度的低温工质，还可以再次获得高温工质继续供热，这部分热量即从低温工质中吸取，不消耗电能。涡流管是静设备，成本低，这样系统可以降低对于压缩机压比的需求，成本更低，提高实用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中，1为压缩机、2为第一供热换热器、3为涡流管、4为第二供热换热器、5为加热器、6为第三供热换热器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
参见图1，本发明包括压缩机1以及与压缩机1出口相连的第一供热换热器2的工质侧入口，第一供热换热器2工质侧出口与涡流管3的入口相连，涡流管3的高温侧出口与第二供热换热器4工质侧入口相连，涡流管3的低温侧出口与加热器5的入口相连，加热器5出口的流体与第二供热换热器4工质侧出口的流体汇合后与压缩机1入口相连，加热器5的高温侧入口与待冷却的循环冷却水相连，低温侧出口与凝汽器相连，第三供热换热器6的工质侧入口与汽机抽气侧相连，工质出口与汽机回热系统，第一供热换热器2、第二供热换热器4和第三供热换热器6的热网侧低温端分别与热网回水连通，高温端分别与热网供水向连通。
当供电需求较低时，降低热电机组出力，采用过剩电能驱动电机，电机带动热泵系统中的压缩机1运转，将工质加压，升压后的工质温度也升高，高温高压的工质进入第一供热换热器2将热量传递给热网，第一供热换热器出口的工质进入涡流管3，涡流管3将工质自然的分为高温和低温两股工质，高温工质进入第二供热换热器4继续供热，低温工质进入加热器5吸收待冷却的循环冷却水的热量，从第二换供热换热器4工质侧出口及加热器5出口流出的工质汇合后再次进入压缩机1，完成整个循环。本发明的第三供热换热器6的作用是使热网回水既可以通过汽机抽气加热，也可以通过热泵机组中的第一供热换热器和第二供热换热器加热。在总供热量保持不变的情况下，两部分加热量的比例可以根据实际需求任意调节。
进入第三供热换热器6热侧的工质为汽机抽汽，汽机抽气进入第三供热换热器6，加热热网回水后被送入热电机组的回热系统。
本系统中待冷却的循环冷却水来自汽机系统中的凝汽器，并且是来自凝汽器的部分待冷却的循环冷却水，而这部分循环冷却水的量由热泵系统的加热器5的吸热量来确定，其余部分仍然被原汽机系统中的冷却塔所冷却。
Claims (3)
1.一种实现热电解耦的超临界二氧化碳系统，其特征在于：包括压缩机(1)以及与压缩机(1)出口相连的第一供热换热器(2)的工质侧入口，第一供热换热器(2)工质侧出口与涡流管(3)的入口相连，涡流管(3)的高温侧出口与第二供热换热器(4)工质侧入口相连，涡流管(3)的低温侧出口与加热器(5)的入口相连，加热器(5)出口的流体与第二供热换热器(4)工质侧出口的流体汇合后与压缩机(1)入口相连，第一供热换热器(2)、第二供热换热器(4)的热网侧低温端分别与热网回水连通，高温端分别与热网供水向连通。
2.根据权利要求1所述的实现热电解耦的超临界二氧化碳系统，其特征在于：还包括第三供热换热器(6)，第三供热换热器(6)的工质侧入口与汽机抽气侧相连，工质出口与汽机回热系统，第三供热换热器(6)的热网侧低温端与热网回水连通，高温端与热网供水向连通。
3.根据权利要求1所述的实现热电解耦的超临界二氧化碳系统，其特征在于：所述的加热器(5)的高温侧入口与待冷却的循环冷却水相连，低温侧出口与凝汽器相连。
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