CN110017427A - 一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统及工作方法，该系统包括天然气气化系统、空气分离系统和二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统；本发明还公开了该系统的工作方法；空分装置利用液化天然气的冷能进行空气分离，得到二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统所需要的氧气，产生的液氮可向外出售；液化天然气进入二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统中的冷却系统，为循环系统的运行提供冷量；气化后的天然气一部分进入燃烧室与氧气在超临界二氧化碳气氛中燃烧以驱动循环系统发电，其余汇入天然气管网，为用户提供工业和生活用气；本发明的发电厂系统的效率远远超过现有电厂系统，且对外碳排放完全为零。
Description
技术领域
本发明涉及热能动力工程领域，具体涉及一种作为枢纽天然气气化站的高效率发电厂系统及工作方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，城市化进程不断加快，人口对资源的消耗也越来越大。目前燃煤发电仍是我国的最主要电力来源，但燃煤发电会产生大量的硫氧化物和氮氧化物，造成大面积的酸雨危害，还会产生大量二氧化碳，引发温室效应；另外燃煤发电还会产生大量粉尘，严重危害周边居民身体健康。
超临界二氧化碳布雷顿循环凭借其能量密度大、系统结构紧凑、循环效率较高的特点，有望取代蒸汽动力循环。但由于在超临界二氧化碳布雷顿循环中工质不能被加热到很高温度(低于620℃)，系统效率没有明显的竞争优势；压缩机功耗占比太大，严重影响系统效率；循环过程中工质压力全部位于临界压力以上，对各部件的材料提出更高要求，需要重新设计设备，投资成本很大。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种作为枢纽天然气气化站的高效率发电厂系统及工作方法，空分装置利用液化天然气的冷能进行空气分离，得到二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统所需要的氧气；液化天然气进入二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统中的冷却系统，为循环系统的运行提供冷量；气化后的天然气一部分进入燃烧室与氧气在超临界二氧化碳气氛中燃烧以驱动循环系统发电，其余汇入天然气管网，为用户提供工业和生活用气。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，包括天然气气化系统、空气分离系统和二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统；其中，所述天然气气化系统包括液化天然气存储站H、空分装置G、冷却系统D、第一低温泵I、第二低温泵J和天然气运输管网K；具体连接关系为：液化天然气存储站H出口分为三路：第一路与第二低温泵J的入口相连通，第二低温泵J的出口与冷却系统D的高压天然气入口相连通，冷却系统D的高压天然气出口与燃烧室A的天然气入口相连通，第二路与冷却系统D的低压天然气一级入口相连通，第三路与空分装置G的天然气入口相连通，空分装置G的天然气出口与冷却系统D的低压天然气二级入口相连通；冷却系统D的低压天然气出口与天然气运输管网K的入口相连通；
所述空气分离系统包括空分装置G、第一低温泵I、氮气储存罐L和冷却系统D；大气与所述空分装置G的空气入口相连通，空分装置G的氧气出口与第一低温泵I的入口相连通，第一低温泵I的出口与冷却系统D的氧气入口相连通，冷却系统D的氧气出口与燃烧室A的氧气入口相连通；空分装置G的氮气出口与氮气存储装置L的入口相连通；
所述二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统包括燃烧室A、汽轮机B、回热系统C、冷却系统D、压缩机E、低温泵F；所述燃烧室A出口连接汽轮机B入口，汽轮机B出口连接回热系统C放热侧一级入口，回热系统C放热侧一级出口连接冷却系统D的放热侧一级入口，冷却系统D放热侧一级出口连接压缩机E入口，压缩机E出口连接回热系统C放热侧二级入口，回热系统C放热侧二级出口连接冷却系统D放热侧二级入口，冷却系统D放热侧二级出口连接低温泵F入口，低温泵F出口分为两路，一路连接二氧化碳储存罐M入口，另一路连接回热系统C吸热侧入口，回热系统C吸热侧出口连接燃烧室A入口形成二氧化碳跨临界跨流态热力循环系统回路。
所述汽轮机B出口压力为0.005～0.5MPa。
所述回热系统C包括若干换热器。
所述冷却系统D包括若干低温换热器。
所述冷却系统D放热侧一级出口温度不低于二氧化碳相图中气固平衡线上汽轮机B出口压力对应的温度。
所述压缩机E出口压力大于0.6MPa。
所述冷却系统D二级出口温度等于压缩机E出口压力对应的二氧化碳的饱和温度。
所述低温泵F、第一低温泵I和第二低温泵J出口压力以及燃烧室内部压力为10～30MPa。
所述燃烧室温度为1000～1500℃。
所述的一种二氧化碳跨临界跨流态热力循环系统的工作方法，液化天然气储存站H中的液化天然气分为三路，一路经第二低温泵J加压，在冷却系统D放出冷量并气化，随后进入燃烧室A，第二路进入冷却系统D放出冷量并气化，随后进入天然气运输管网K，第三路进入空分装置G放出冷量后进入冷却系统D再次放出冷量并气化，随后进入天然气运输管网K；空分装置G吸收液化天然气的冷量，产生液氧和液氮，其中液氧经第一低温泵I加压，在冷却系统D放出冷量并汽化，随后进入燃烧室A，液氮存入氮气储存罐L；天然气和氧气在充满超临界二氧化碳的燃烧室A中燃烧，产生高温高压的超临界二氧化碳和水的混合物后进入汽轮机B做功，其中二氧化碳变成过热气体，随后混合物又在回热系统C中定压放热，混合物中的水被冷凝后排出进入水储存罐N，二氧化碳进入冷却系统D定压放热，又经压缩机E压缩并再次进入回热系统C定压放热，再进入冷却系统D定压放热直到成为饱和液体二氧化碳后，进入低温泵F升压，又在回热系统C中定压吸热，而后进入燃烧室A完成循环。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
空分装置利用液化天然气的冷能进行空气分离，得到二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统所需要的氧气，产生的液氮可向外出售；液化天然气进入二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统中的冷却系统，为循环系统的运行提供冷量；气化后的天然气一部分进入燃烧室与氧气在超临界二氧化碳气氛中燃烧以驱动循环系统发电，其余汇入天然气管网，为用户提供工业和生活用气；在汽轮机入口温度和压力分别为1200℃和10MPa的工况下，系统实际循环效率为67％，且做到了零成本的100％的碳捕集与封存，产生的液体二氧化碳可以出售。
附图说明
图1为本发明一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统示意图。
图2为本发明一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统的二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统的温熵图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，包括天然气气化系统、空气分离系统和二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统；其中，
所述天然气气化系统包括液化天然气存储站H、空分装置G、冷却系统D、低温泵I、低温泵J和天然气运输管网K；具体连接关系为：液化天然气存储站H出口分为三路：第一路与第二低温泵J的入口相连通，第二低温泵J的出口与冷却系统D的高压天然气入口相连通，冷却系统D的高压天然气出口与燃烧室A的天然气入口相连通，第二路与冷却系统D的低压天然气一级入口相连通，第三路与空分装置G的天然气入口相连通，空分装置G的天然气出口与冷却系统D的低压天然气二级入口相连通；冷却系统D的低压天然气出口与天然气运输管网K的入口相连通；
所述空气分离系统包括空分装置G、低温泵I、氮气储存罐L和冷却系统D；大气与所述空分装置G的空气入口相连通，空分装置G的氧气出口与第一低温泵I的入口相连通，第一低温泵I的出口与冷却系统D的氧气入口相连通，冷却系统D的氧气出口与燃烧室A的氧气入口相连通；空分装置G的氮气出口与氮气存储装置L的入口相连通；
所述二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统包括燃烧室A、汽轮机B、回热系统C、冷却系统D、压缩机E、低温泵F；所述燃烧室A出口连接汽轮机B入口，汽轮机B出口连接回热系统C放热侧一级入口，回热系统C放热侧一级出口连接冷却系统D的放热侧一级入口，冷却系统D放热侧一级出口连接压缩机E入口，压缩机E出口连接回热系统C放热侧二级入口，回热系统C放热侧二级出口连接冷却系统D放热侧二级入口，冷却系统D放热侧二级出口连接低温泵F入口，低温泵F出口分为两路，一路连接二氧化碳储存罐M入口，另一路连接回热系统C吸热侧入口，回热系统C吸热侧出口连接燃烧室A入口形成二氧化碳跨临界跨流态热力循环系统回路。
作为本发明的优选实施方式，所述汽轮机B出口压力为0.005～0.5MPa。
作为本发明的优选实施方式，所述回热系统C包括若干换热器。
作为本发明的优选实施方式，所述冷却系统D包括若干低温换热器。
作为本发明的优选实施方式，所述冷却系统D放热侧一级出口温度不低于二氧化碳相图中气固平衡线上汽轮机B出口压力对应的温度。
作为本发明的优选实施方式，所述压缩机E出口压力大于0.6MPa.
作为本发明的优选实施方式，所述冷却系统D二级出口温度等于压缩机E出口压力对应的二氧化碳的饱和温度。
作为本发明的优选实施方式，所述低温泵F、低温泵I、低温泵J出口压力、燃烧室内部压力为10～30MPa。
作为本发明的优选实施方式，所述燃烧室温度为1000～1500℃。
所述的一种二氧化碳跨临界跨流态热力循环系统的工作方法，液化天然气储存站H中的液化天然气分为三路，一路经第二低温泵J加压，在冷却系统D放出冷量并气化，随后进入燃烧室A，第二路进入冷却系统D放出冷量并气化，随后进入天然气运输管网K，第三路进入空分装置G放出冷量后进入冷却系统D再次放出冷量并气化，随后进入天然气运输管网K；空分装置G吸收液化天然气的冷量，产生液氧和液氮，其中液氧经第一低温泵I加压，在冷却系统D放出冷量并汽化，随后进入燃烧室A，液氮存入氮气储存罐L；天然气和氧气在充满超临界二氧化碳的燃烧室A中燃烧，产生高温高压的超临界二氧化碳和水的混合物后进入汽轮机B做功，其中二氧化碳变成过热气体，随后混合物又在回热系统C中定压放热，混合物中的水被冷凝后排出进入水储存罐N，二氧化碳进入冷却系统D定压放热，又经压缩机E压缩并再次进入回热系统C定压放热，再进入冷却系统D定压放热直到成为饱和液体二氧化碳后，进入低温泵F升压，又在回热系统C中定压吸热，而后进入燃烧室A完成循环。
上述一种二氧化碳跨临界跨流态热力循环系统的温熵图如图2所示，1-2过程中工质进入汽轮机B做功，2-3过程工质在回热系统C中定压放热，3-4过程工质在冷却系统D中定压放热，4-5过程工质在压缩机E中升压，5-6过程工质在回热系统C中定压放热，6-7过程工质在冷却系统D中定压放热直到成为饱和液体，7-8过程工质在低温泵F中近似等熵压缩，8-9过程工质在回热系统C中被定压加热，9-1过程工质被高温热源A定压加热。
Claims (10)
1.一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，其特征在于，包括天然气气化系统、空气分离系统和二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统；其中，
所述天然气气化系统包括液化天然气存储站(H)、空分装置(G)、冷却系统(D)、第一低温泵(I)、第二低温泵(J)和天然气运输管网(K)；具体连接关系为：液化天然气存储站(H)出口分为三路：第一路与第二低温泵(J)的入口相连通，第二低温泵(J)的出口与冷却系统(D)的高压天然气入口相连通，冷却系统(D)的高压天然气出口与燃烧室(A)的天然气入口相连通，第二路与冷却系统(D)的低压天然气一级入口相连通，第三路与空分装置(G)的天然气入口相连通，空分装置(G)的天然气出口与冷却系统(D)的低压天然气二级入口相连通；冷却系统(D)的低压天然气出口与天然气运输管网(K)的入口相连通；
所述空气分离系统包括空分装置(G)、第一低温泵(I)、氮气储存罐(L)和冷却系统(D)；大气与所述空分装置(G)的空气入口相连通，空分装置(G)的氧气出口与第一低温泵(I)的入口相连通，第一低温泵(I)的出口与冷却系统(D)的氧气入口相连通，冷却系统(D)的氧气出口与燃烧室(A)的氧气入口相连通；空分装置(G)的氮气出口与氮气存储装置(L)的入口相连通；
所述二氧化碳跨临界跨流态循环发电系统包括燃烧室(A)、汽轮机(B)、回热系统(C)、冷却系统(D)、压缩机(E)、低温泵(F)和二氧化碳储存罐(M)；所述燃烧室(A)出口连接汽轮机(B)入口，汽轮机(B)出口连接回热系统(C)放热侧一级入口，回热系统(C)放热侧一级出口连接冷却系统(D)的放热侧一级入口，冷却系统(D)放热侧一级出口连接压缩机(E)入口，压缩机(E)出口连接回热系统(C)放热侧二级入口，回热系统(C)放热侧二级出口连接冷却系统(D)放热侧二级入口，冷却系统(D)放热侧二级出口连接低温泵(F)入口，低温泵(F)出口分为两路，一路连接二氧化碳储存罐(M)入口，另一路连接回热系统(C)吸热侧入口，回热系统(C)吸热侧出口连接燃烧室(A)入口形成二氧化碳跨临界跨流态热力循环系统回路。
2.按照权利要求1所述的一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，其特征在于：所述汽轮机(B)出口压力为0.005～0.5MPa。
3.按照权利要求1所述的一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，其特征在于：所述回热系统(C)包括若干换热器。
4.按照权利要求1所述的一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，其特征在于：所述冷却系统(D)包括若干低温换热器。
5.按照权利要求1所述的一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，其特征在于：所述冷却系统(D)放热侧一级出口温度不低于二氧化碳相图中气固平衡线上汽轮机(B)出口压力对应的温度。
6.按照权利要求1所述的一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，其特征在于：所述压缩机(E)出口压力大于0.6MPa。
7.按照权利要求1所述的一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，其特征在于：所述冷却系统(D)二级出口温度等于压缩机(E)出口压力对应的二氧化碳的饱和温度。
8.按照权利要求1所述的一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，其特征在于：所述低温泵(F)、第一低温泵(I)和第二低温泵(J)出口压力以及燃烧室(A)内部压力为10～30MPa。
9.按照权利要求1所述的一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统，其特征在于：所述燃烧室(A)温度为1000～1500℃。
10.权利要求1至9任一项所述的一种作为枢纽天然气气化站的发电厂系统的工作方法，其特征在于：液化天然气储存站(H)中的液化天然气分为三路，一路经第二低温泵(J)加压，在冷却系统(D)放出冷量并气化，随后进入燃烧室(A)，第二路进入冷却系统(D)放出冷量并气化，随后进入天然气运输管网(K)，第三路进入空分装置(G)放出冷量后进入冷却系统(D)再次放出冷量并气化，随后进入天然气运输管网(K)；空分装置(G)吸收液化天然气的冷量，产生液氧和液氮，其中液氧经第一低温泵(I)加压，在冷却系统(D)放出冷量并汽化，随后进入燃烧室(A)，液氮存入氮气储存罐(L)；天然气和氧气在充满超临界二氧化碳的燃烧室(A)中燃烧，产生高温高压的超临界二氧化碳和水的混合物后进入汽轮机(B)做功，其中二氧化碳变成过热气体，随后混合物又在回热系统(C)中定压放热，混合物中的水被冷凝后排出进入水储存罐(N)，二氧化碳进入冷却系统(D)定压放热，又经压缩机(E)压缩并再次进入回热系统(C)定压放热，再进入冷却系统(D)定压放热直到成为饱和液体二氧化碳后，进入低温泵(F)升压，又在回热系统(C)中定压吸热，而后进入燃烧室(A)完成循环。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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