CN111094720B - 回热式超临界co2动力循环的低等级热优化 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于发电的系统和方法。特别地，所述系统和方法利用向膨胀的涡轮排气流添加热，以增加用于回收的可用热量，并且在其中用于加热压缩的二氧化碳流，以用于再循环回到所述发电系统和方法的燃烧器。

Description

回热式超临界CO2动力循环的低等级热优化
技术领域
本公开提供了用于通过燃烧含碳燃料以及从低等级热源如太阳能热源输入热来发电的系统和方法。
背景技术
二氧化碳(CO2)是燃烧含碳燃料的已知产物，并且需要利用含碳燃料燃烧的发电系统来捕获所产生的CO2。授予Allam等的美国专利号8,596,075描述了使用CO2工作流的发电系统，其中由燃烧产生的CO2可被抽取用于各种最终用途。授予Palmer等的美国专利公开号2013/0118145描述了使用CO2工作流的发电系统，其中可进一步用太阳能加热器加热被加热的高压再循环CO2流。这似乎需要在超过150巴(或甚至高于300巴)的压力和高于500℃的温度下在超临界CO2流内发生太阳能加热。然而，如果超临界CO2将被直接加热，则此类温度和压力条件导致关于聚光太阳能(CSP)接收器的设计的重大挑战。如果超临界CO2要被中间热传递回路加热，则挑战变成发现热交换器材料，其不仅可应对超临界 CO2的高温和高压，而且可应对可能来自可在高温如超过约400℃的温度下与 CSP应用一起使用的加热器传递流体的不期望的影响。因此，在本领域中仍然需要具有合并太阳能加热的能力的用于发电的另外的系统和方法。
发明内容
本公开涉及系统和方法，其中可将诸如太阳能的各种低等级热源与超临界 CO2动力循环有效地整合，诸如例如，通过将低等级加热直接与回热式热交换器链界接，而不是利用终端热传递(例如，加热到循环中最高期望温度)。因此，本公开涵盖发电系统和方法，其中将低等级加热与CO2动力循环整合，诸如通过与回热器热交换器直接相互作用。
在本发明的一些实施方案中，涡轮排气可在其进入回热式热交换器链之前和/或在其进入回热式热交换器链之后(即，部分通过回热器热交换器)被预热。 CO2动力循环中的低压流体被直接加热，同时仍在再循环CO2中提供高温热回收，但不与低等级热源如聚光太阳能(CSP)系统直接连通。这种配置可能是有利的，因为它减少或消除了可能由中间热传递流体与高压CO2流在热交换器中的接触而引起的任何不期望的影响。因此，可将技术和商业风险降到最低。
低压CO2也可通过与良性传热流体直接接触而加热，该良性传热流体可以使得再循环CO2不被永久污染的方式管理。例如，CSP系统或其他形式的热(例如，来自燃气涡轮的烟道气)可用于产生蒸汽(其他工作流体可包括CO2、以及形成高于大约100℃的气相且在不比环境冷的温度下为液体的化合物)。然后，在来自CO2动力循环的涡轮排气进入回热式热交换器链之前和/或在其进入回热式热交换器链之后(即，部分通过回热器热交换器)，该蒸汽可与其合并。然后，蒸汽可在回热式热交换器链的出口处在专用水分离步骤中作为液态水分离。然后，可将其泵送回到热源并转化为蒸汽以再次开始该工艺。
本发明所公开的系统和方法的优点集中在进一步优化主回热式热交换器链的热传递性能，以便提升进入燃烧器/加热器的再循环CO2的温度。这与利用太阳能加热通过直接加热再循环CO2流本身的已知系统和方法有根本的不同。
在一个或多个实施方案中，本公开提供了用于发电的方法。在示例性实施方案中，所述方法可包括：在燃烧器中在压缩的二氧化碳流存在下用氧化剂燃烧燃料以形成压缩的燃烧产物流；使所述压缩的燃烧产物流膨胀穿过涡轮以发电并提供膨胀的燃烧产物流；使所述膨胀的燃烧产物流通过主热交换器以从其中回收可用热量并形成冷却的涡轮排气流；从所述冷却的涡轮排气流中去除水以提供二氧化碳流；压缩所述二氧化碳流以形成所述压缩的二氧化碳流；将所述压缩的二氧化碳流再循环回到所述燃烧器；在低等级热源中加热循环流体流以形成加热的循环流体流；以及使用所述加热的循环流体流来增加所述膨胀的燃烧产物流中的所述可用热量。在另外的实施方案中，所述方法可关于一个或多个下列陈述来表征，这些陈述可以任何顺序或数目组合。
可在使用所述加热的循环流体流来增加所述膨胀的燃烧产物流中的所述可用热量之后，将所述循环流体流再循环回到所述低等级热源以被再加热。
可在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游从所述加热的循环流体流传递热。
可使所述膨胀的涡轮排气流和所述加热的循环流体流通过副热交换器。
可使所述加热的循环流体流通过所述主热交换器。
可将所述加热的循环流体流在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游与所述膨胀的涡轮排气流混合。
可将所述加热的循环流体流与所述膨胀的涡轮排气流混合，同时使所述膨胀的涡轮排气流通过所述主热交换器。
与所述膨胀的涡轮排气流混合的所述循环流体流的至少一部分可在通过所述主热交换器之后与所述膨胀的涡轮排气流分离。
可使与所述循环流体混合的所述膨胀的涡轮排气流通过所述主热交换器下游的分离单元。
可使在通过所述主热交换器之后从所述膨胀的涡轮排气流中分离的所述循环流体流的所述至少一部分再循环回到所述低等级热源以被再加热。
所述循环流体流可包含水。
所述循环流体流可包含二氧化碳。
所述循环流体流可包含制冷剂。
所述主热交换器可包括多个热交换单元。
侧部加热器可定位于第一热交换单元和第二热交换单元之间，所述膨胀的涡轮排气流可通过所述侧部加热器，并且所述加热的循环流体流可通过所述侧部加热器以向所述膨胀的涡轮排气流提供热。
可将所述加热的循环流体流在所述多个热交换单元的两个热交换单元之间与所述膨胀的涡轮排气流混合。
所述低等级热源可以是太阳能加热器。
在一个或多个实施方案中，本公开可提供用于发电的系统。在示例性实施方案中，所述系统可包括：燃烧器，其被配置成接收燃料、氧化剂和压缩的二氧化碳流；涡轮，其被配置成使从所述燃烧器接收的燃烧器排气流膨胀；主热交换器，其被配置成从接收自所述涡轮的膨胀涡轮排气流回收可用热量；分离器，其被配置成从接收自所述主热交换器的所述膨胀涡轮排气流中去除水；压缩机，其被配置成压缩从所述分离器接收的二氧化碳流；管线，其被配置成将压缩的二氧化碳从所述压缩机经由所述主热交换器传送到所述燃烧器；低等级热源，其被配置成提供加热的循环流体流；以及至少一个组合器，其配置成用于将来自所述加热的循环流体流的热与所述膨胀的涡轮排气流组合。在另外的实施方案中，所述系统的特征可在于一个或多个下列陈述，这些陈述可以任何顺序或数目组合。
所述至少一个组合器可包括定位在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游的副热交换器，所述副热交换器被配置用于在所述加热的循环流体流和所述膨胀的涡轮排气流之间交换热。
所述主热交换器可包括多个热交换单元。
所述组合器可定位在所述多个热交换单元中的两个热交换单元之间。
所述低等级热源可以是太阳能加热器。
附图简单说明
图1是显示根据本公开的利用低等级加热来加热低压流而不与低压流混合的发电循环的示例性实施方案的流程图。
图2是显示根据本公开的利用低等级加热来加热低压流的发电循环的示例性实施方案的流程图，其通过将加热流与低压流组合并在此后去除加热流来实现。
图3A到图3D提供了发电循环的一部分的示例性实施方案的流程图，其示出了相对于穿过多个热交换单元而将热添加到涡轮排气流。
具体实施方式
现在将在下文中参考本主题的示例性实施方案更全面地描述本主题。描述这些示例性实施方案使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员完全传达本主题的范围。实际上，本主题可以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文所述的实施方案；相反，提供这些实施方案使得本公开将满足适用的法律要求。除非上下文另有明确规定，否则如本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一(a、an)”、“所述”包括复数个指代物。
本公开涉及用于发电的系统和方法。所述系统和方法可关于各种实施方案进行例示，其中将太阳能加热与动力循环整合，其中将高压、高温的再循环CO2流进一步加热(例如，在燃烧器中)，在涡轮中膨胀以用于发电，在回热器交换器中冷却，再加压，并且在回热器热交换器中再加热。可适于根据本公开使用的用于发电的系统和方法以及其元件的非限制性示例描述于美国专利号8，596，075、美国专利号8,776,532、美国专利号8,959,887、美国专利号8,986,002、美国专利号9,068,743、美国专利号9,416,728、美国专利号9,546,814、美国专利10,018,115 和美国公开号2012/0067054(其公开内容以引用方式并入本文)中。与利用低等级加热的先前系统和方法不同，本发明所公开的系统和方法不需要再循环CO2流在已经在回热器热交换器链中加热之后过热。
在一个或多个示例性实施方案中，低等级热被直接提供给回热式热交换器链。如本文所用，低等级热可意指约100℃到约550℃、约150℃到约500℃或约200℃到约450℃范围内的热。这可基本上消除对来自另外的外部源的热整合 (诸如来自空气分离单元(ASU)、热气压缩机和/或其他源的压缩热)的任何需要。例如，低等级热可直接或间接地加热回热式热交换器链中的涡轮排气。热的添加使得涡轮排气和再循环CO2之间的CP失衡得以减轻，由此增加进入燃烧器中的再循环CO2温度。
在一个或多个实施方案中，可组合各种类型的附加加热。在此类情况下，可特别地在循环中的不同点处将组合的热源添加到不同的流。例如，可从ASU 和/或热气压缩机向已经被压缩并且准备再循环回到燃烧器中的再循环流提供附加加热(例如，当再循环流在热交换器中被加热时添加到再循环流，或者在热交换器的热端和燃烧器之间的某一点处添加)。在此类情况下，还可将低等级热添加到涡轮排气流中，使得其可在进入回热式热交换器链之前过热。一部分热传递流体也可被冷却到涡轮排气温度以下，以提供甚至更低等级的加热，并且这补充了由ASU和/或热气压缩机提供的加热，或者甚至降低了必须从此类源提供的加热量。这种补充的热提供了与上述相同的CP益处。它还可使得通过用于低等级热生成的未冷却压缩机(热气压缩机与中冷压缩机的比率变化)的流动得以减少，由此将内部寄生负载消耗降到最低并增加净发电。低等级热添加不仅提高了效率，而且提高了功率输出，因为它可以减少对内热生成的需要，该内热生成可产生更高的净效率，但导致功率输出降低。或者，可不减少通过未冷却的低等级热生成压缩机的流动，并且回热式热交换器链中的过多可用热量可用于对诸如热电联供系统中的第三方工业过程进行热补充，或者用于减小主热交换器链的有效大小。根据本公开的低等级加热的添加特别有益，因为其可增加热交换器内的内部温度差(approach)并减小热交换器的相对大小。
图1中示出了用于进行根据本公开的发电方法的示例性发电系统10。如其中所示，燃烧器110被配置用于接收管线103中的来自氧化剂源102的氧化剂和用于接收管线105中的来自燃料源104的燃料。来自管线105的燃料与来自管线103的氧化剂在燃烧器110中燃烧，以形成在管线117中离开燃烧器的燃烧器排气。使管线117中的燃烧器排气通过涡轮120以在发电机125中发电，并且膨胀的燃烧器排气在管线123中作为涡轮排气离开涡轮。涡轮120可被称为第一涡轮或主涡轮。使在管线123中离开主涡轮120的膨胀的涡轮排气通过回热器热交换器130以冷却涡轮排气并向一个或多个另外的流提供热。回热器热交换器130可被称为第一热交换器或主热交换器。冷却的涡轮排气在管线133 中离开主热交换器130，并且传送到水分离器135，用于纯化涡轮排气流中的CO2。水和任何夹带的成分通过管线137抽取，并且基本纯的CO2在管线139中离开水分离器135。管线139中的基本上纯的CO2首先在压缩机140中被压缩，然后通过管线141传送到泵145，以在适于输入回到燃烧器110的压力下在管线147 中形成再循环CO2流。尽管示出了压缩机140和泵145，但应当理解，可使用元件中的一个或组合来压缩再循环CO2流。例如，可使用中间冷却的多级压缩机。管线147中的一部分再循环CO2可通过CO2产物管线149从系统中抽取。另外或可供选择地，产物CO2可在不同的压力下从管线139和/或管线141中抽取。管线147中的再循环CO2通过返回通过主热交换器130而被加热，以作为管线 151排出，用于再循环回到燃烧器110中。以这种方式，管线151被配置成将压缩的二氧化碳从压缩机140(尤其是从压缩机和泵145)经由主热交换器130传送到燃烧器110。如果期望，可抽取管线151和/或管线147和/或管线141中的一部分再循环CO2并将其添加到管线103中，用作管线103中的氧化剂的稀释剂。
低等级热源170用于向循环流提供加热。可利用能够在必要的温度范围内提供加热的任何热源。在一些实施方案中，可利用CSP加热单元。在另外的示例中，可使用燃气涡轮或通常用于发电方法中的其他已知热源。优选地，低等级热源170被配置成提供在约100℃到约550℃、约150℃到约500℃或约200℃到约450℃范围内的温度下的加热的循环流体流。循环流体可以是在所需温度条件下可流动并提供有效热传递的任何材料。在所示例的实施方案中，用于传递低等级热的循环流体流不一定必需与涡轮排气流相容，因为这两个流并未相互混合。
如图1中所示，通过管线169向低等级热源170提供循环流体，并且在发电系统10的操作期间可根据需要提供补充流体。循环流体在低等级热源170中被加热到期望的温度，并且通过管线171以将热传递到管线123中的涡轮排气流。系统10包括至少一个组合器，该组合器被配置用于将来自加热的循环流体流的热与膨胀的涡轮排气流组合。组合器可呈现各种形式，并且可以是适于在流之间传递热和/或直接混合流的任何元件。可用作本文的组合器的元件的非限制性示例包括热交换器、侧部加热器、管接头、阀、混合单元等。
图1示出了用于管线171中的循环流体的替代途径。循环流体可通过管线 172，以便在传送到主热交换器130中之前向管线123中的涡轮排气提供加热。如通过虚线所示，可包括任选的管线加热器129以促进从管线172到管线123 的热传递。因此，管线加热器129可被称为副热交换器。或者，循环流体可通过管线173，以便在通过主热交换器期间向管线123中的涡轮排气提供加热。优选地，管线173中的循环流体被提供到主热交换器130中的一点，使得在涡轮排气损失其大部分热之前实现热传递。例如，当从管线173中的循环流体传递热时，在通过主热交换器130期间的点处，涡轮排气温度可以是其初始温度的 40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％(例如，最高达 99.9％的最大值)。在某些实施方案中，管线173中的循环流体可将其热传递到管线123中的涡轮排气，同时通过主涡轮排气130，而涡轮排气的温度在约150℃到约550℃、约200℃到约500℃、约250℃到约475℃或约300℃到约450℃范围内。管线171中的循环流体可仅通过管线172，可仅通过管线173，或者可被分流以在管线172和管线173之间通过。在后一配置的情况下，可包括分流器(未示出)以控制在管线172和管线173之间分流的循环流体的比率。因此，可能在涡轮的下游和主热交换器的上游从加热的循环流体流传递热。或者，可能在循环中处于主热交换器冷端上游的某点处从加热的循环流体流传递热。
来自低等级热源170的加热的循环流体流可用于增加膨胀的燃烧产物流中的可用热量。膨胀的燃烧产物流中的可用热量被用于加热被传送回到燃烧器的压缩的二氧化碳流，并且期望从膨胀的涡轮排气流中回收热以提供此类加热。然而，对于可以这种方式回收的热量存在明确的限制。通过将热从加热的循环流体流添加到膨胀的涡轮排气流，可增加可在主热交换器130中抽取以加热压缩的二氧化碳流的可用热量。优选地，来自离开低等级热源的加热的循环流体流的热的添加足以使来自膨胀的涡轮排气流的可用热量增加至少5％、至少10％或至少20％。例如，来自加热的循环流体流的热的添加可足以使来自膨胀的涡轮排气流的可用热量增加至少3℃、至少5℃、至少10℃、至少20℃、至少50℃或至少100℃(最高达最大值或300℃)。更特别地，来自加热的循环流体流的热的添加可足以使来自膨胀的涡轮排气流的可用热量增加约10℃到约300℃、约 20℃到约200℃或约25℃到约100℃。可通过将来自加热的循环流体流的热添加到膨胀的涡轮排气流和不将来自加热的循环流体流的热添加到膨胀的涡轮排气流，同时保持离开涡轮的膨胀的涡轮排气流的温度基本恒定，测量离开主热交换器130的热端的压缩二氧化碳流的温度来计算可用热量的增加。在一些实施方案中，诸如当加热的循环流体与涡轮排气流相互混合时，提供了处于初始涡轮排气温度下的总加热质量流的有益增加。因此，在示例性实施方案中，相对于立即离开涡轮的排气流的质量，可使朝向冷端通过主热交换器的加热流体的质量流增加至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少75％或至少90％(例如，具有200％的最大质量增加)。在某些实施方案中，可使朝向冷端通过主热交换器的加热流体的质量流增加约5％到约 200％、约10％到约150％、约20％到约100％或约25％到约90％。
在将热传递到涡轮排气流之后，循环流体在管线177中传送以进行再加热。可在管线177中提供任选的冷却器175以降低其温度并且任选地抽取另外的可用热以用于发电系统10中。然后，循环流体通过管线177返回通过低等级热源，以被再加热到期望的温度。
在一个或多个实施方案中，循环流体可以是被配置成在高于大约100℃的温度下形成气相并且被配置成在较低温度下转化成液体(例如，在大约环境温度下，诸如在约15℃到约90℃、约18℃到约80℃或约20℃到约70℃范围内的液体) 的材料。在一些实施方案中，水可用作循环流体。在其他实施方案中，二氧化碳可用作循环流体。在另外的实施方案中，水和二氧化碳的混合物可用作循环流体。在其他实施方案中，已知的制冷剂可用作循环流体。
图2示出了发电系统，其基本上类似于图1中所示的系统，但被配置用于循环流体与涡轮排气流的混合物以实现其加热。如图2中所示，通过管线169 向低等级热源170提供循环流体，并且在发电系统10的操作期间可根据需要提供补充流体。循环流体在低等级热源170中被加热到期望的温度，并且通过管线171以将热传递到管线123中的涡轮排气流。图2再次示出了用于管线171 中的循环流体的替代途径。循环流体可通过管线172，以便在传送到主热交换器 130中之前向管线123中的涡轮排气提供加热。循环流体可通过管线173，以便在通过主热交换器130期间向管线123中的涡轮排气提供加热。在任一情况下，循环流体均可与涡轮排气组合以形成混合流。因此，在管线133中离开主热交换器的流包含与循环流体组合的涡轮排气。可在水分离器135中处理该组合的流，以从涡轮排气中去除水，该水在管线137中离开。在水用作循环流体的实施方案中，来自管线137的一部分水可在管线178中转移到管线177，以用于传送回到低等级热源170。如果期望，分流器、阀或类似元件(图2中未示出)可设置在管线137中以促进管线137中适当比率的水的去除。在循环流体包含二氧化碳的实施方案中，二氧化碳可从管线139中去除，离开水分离器135的顶部。具体地，来自管线139的一部分二氧化碳可在管线179中转移到管线177，以用于传送回到低等级热源170。再次，分流器、阀或类似元件(图2中未示出)可设置在管线139中以促进管线139中适当比率的二氧化碳的去除。在一个或多个实施方案中，可包括一个或多个另外的分离单元，以促进循环流体的分离，用于再循环回到低等级热源。例如，第一流体分离单元136a可定位于管线133中，用于从主热交换器和水分离器135之间的涡轮排气流中去除循环流体。作为另一示例，第二流体分离单元136b可定位于管线139中，用于从水分离器135和压缩机140之间的再循环CO2流中去除循环流体。作为又一示例，第三流体分离单元136c可定位于管线137中，用于从离开水分离器135的水流中去除循环流体。在每种情况下，可提供另外的管线，用于将去除的循环流体传送回到管线177，用以传送到低等级热源170中。
除了低等级加热之外，在本系统和方法中还可提供更进一步的加热。虽然在压缩之前低等级加热向涡轮排气流提供附加加热方面特别有益，但向压缩的再循环CO2流提供附加加热仍然可能是有用的。参照图2，可提供附加的热源 190，并且可经由管线191提供热，其可能是可用于将热传递到压缩的再循环CO2流的加热流体流。来自附加的热源190的热可在任何点添加到管线151中的流中。因此，在再循环CO2流在主热交换器130中被加热时或在通过主热交换器之后且在传送到燃烧器110中之前可将来自附加热源的热添加到再循环CO2流中。如果期望，补充热交换器可用于管线191中的流和管线151中的压缩的再循环CO2流之间的热交换。同样，可以类似于关于图3A和图3B所述的方式利用侧部加热器。附加的热源190可以是例如ASU、来自锅炉的蒸汽流、来自热气压缩机的流等。
在一个或多个实施方案中，主热交换器130可由多个热交换单元形成。来自低等级热源170的热然后可在多个点处并且以多种方式被添加到管线123中的涡轮排气中。在图3A(仅显示了发电系统的一部分，其另外在图1和图2中示出)的示例性实施方案中，涡轮排气流通过第一热交换单元130a、第二热交换单元130b和第三热交换单元130c。尽管示出了三个热交换单元，但应当理解，可使用两个热交换单元，或者可利用超过三个的热交换单元。如所示出的，第一热交换单元130a是高温单元，第二热交换单元130b是中温单元，并且第三热交换单元130c是低温单元。管线123中的涡轮排气流依序通过热交换单元。在通过第一热交换单元之后，涡轮排气流通过第一侧部加热器132a，在此其被管线171中逆流通过第一侧部加热器的循环流体流逆向加热。以这种方式，涡轮排气流在第一热交换单元130a和第二热交换单元130b之间的温度范围内被加热。
在又一示例性实施方案中，如图3B中所示，管线123中的涡轮排气流在通过第二热交换单元130b之后且在通过第三热交换单元130c之前通过第二侧部加热器132b。再次，涡轮排气流被管线171中逆流通过第二侧部加热器132b的循环流体流逆向加热。以这种方式，涡轮排气流在第二热交换单元130b和第三热交换单元130c之间的温度范围内被加热。在一些实施方案中，第一侧部加热器 132a和第二侧部加热器132b两者均可存在，并且管线171中的循环流体可被分流，使得离开低等级热源170的加热的循环流体的第一部分通过第一侧部加热器132a，并且离开低等级热源的加热的循环流体的第二部分通过第二侧部加热器132b。第一部分和第二部分之间的比率可根据需要进行调节。例如，第一部分和第二部分的重量比可以是约4∶1到约1∶4、约2∶1到约1∶2或约1∶1。尽管未示出，但本公开还涵盖如下实施方案，其中侧部加热器定位在第一热交换单元 130a的上游，以便在涡轮排气流进入第一热交换单元之前加热管线123中的涡轮排气流。
类似于前述，在循环流体与涡轮排气流混合的实施方案中可利用多个热交换单元。如图3C中所示，管线123中的涡轮排气流依序通过第一热交换单元130a、第二热交换单元130b和第三热交换单元130c。第一管接头134a定位于第一热交换单元130a和第二热交换单元130b之间。管线171中的热循环流体流与第一管接头134a中的涡轮排气流合并以形成混合流。然后，混合流通过第二热交换单元130b和第三热交换单元130c，随后传送到第一流体分离单元136a。循环流体在管线177中被分离并离开，用于返回传送到低等级加热器中进行再加热，并且涡轮排气流在管线133中离开，用于如本文另外所述的那样进一步处理。以这种方式，涡轮排气流在第一热交换单元130a和第二热交换单元130b之间的温度范围内被加热。
图3d中显示了又一示例性实施方案，其中第二管接头134b定位在第二热交换单元130b和第三热交换单元130c之间。管线171中的热循环流体流与第二管接头134b中的涡轮排气流合并以形成混合流。然后，混合流通过第三热交换单元130c，随后传送到第一流体分离单元136a。循环流体在管线177中被分离并离开，用于返回传送到低等级加热器中进行再加热，并且涡轮排气流在管线 133中离开，用于如本文另外所述的那样进一步处理。以这种方式，涡轮排气流在第二热交换单元130b和第三热交换单元130c之间的温度范围内被加热。在一些实施方案中，第一管接头134a和第二管接头134b两者均可存在，并且管线 171中的循环流体可被分流，使得离开低等级热源170的加热的循环流体的第一部分被传送到第一管接头，并且离开低等级热源的加热的循环流体的第二部分被传送到第二管接头。第一部分和第二部分之间的比率可根据需要进行调节，并且可在如上文所述的范围内。尽管未示出，但本公开还涵盖如下实施方案，其中管接头定位在第一热交换单元130a的上游，以便在进入第一热交换单元之前加热管线123中的涡轮排气流。
前述系统和方法特别有益于低等级热源(诸如太阳能加热系统)与利用CO2工作流的系统和方法的整合。然而，应当理解，此类系统和方法可用于在高压和低压之间CP值存在差异的任何工作流体。
受益于在前述描述和相关联的附图中呈现的教导，本主题所属领域的技术人员将想到本发明所公开的主题的许多修改和其他实施方案。因此，应当理解，本公开不限于本文所述的具体实施方案，并且修改和其他实施方案意在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文中采用了特定术语，但它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是用于限制目的。

Claims (21)

1.一种用于发电的方法，所述方法包括：
在燃烧器中在压缩的二氧化碳流存在下用氧化剂燃烧燃料以形成压缩的燃烧产物流；
使所述压缩的燃烧产物流膨胀穿过涡轮以发电并提供膨胀的燃烧产物流；
使所述膨胀的燃烧产物流通过主热交换器以从其中回收可用热量并形成冷却的涡轮排气流；
从所述冷却的涡轮排气流中去除水以提供二氧化碳流；
压缩所述二氧化碳流以形成所述压缩的二氧化碳流；
将所述压缩的二氧化碳流再循环回到所述燃烧器；
在低等级热源中加热循环流体流以形成加热的循环流体流；以及
使用所述加热的循环流体流来增加用所述主热交换器回收的所述膨胀的燃烧产物流中的所述可用热量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在使用所述加热的循环流体流来增加所述膨胀的燃烧产物流中的所述可用热量之后，将所述循环流体流再循环回到所述低等级热源以被再加热。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游从所述加热的循环流体流传递热。
4.根据权利要求3所述的方法，其中使所述膨胀的涡轮排气流和所述加热的循环流体流通过副热交换器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述加热的循环流体流通过所述主热交换器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述加热的循环流体流在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游与所述膨胀的涡轮排气流混合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述膨胀的涡轮排气流通过所述主热交换器的同时，将所述加热的循环流体流与所述膨胀的涡轮排气流混合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中与所述膨胀的涡轮排气流混合的所述循环流体流的至少一部分在通过所述主热交换器之后与所述膨胀的涡轮排气流分离。
9.根据权利要求8所述的方法，其中使与所述循环流体混合的所述膨胀的涡轮排气流通过所述主热交换器下游的分离单元。
10.根据权利要求8所述的方法，其中使在通过所述主热交换器之后从所述膨胀的涡轮排气流中分离的所述循环流体流的所述至少一部分再循环回到所述低等级热源以被再加热。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述循环流体流包含水。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述循环流体流包含二氧化碳。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述主热交换器包括多个热交换单元。
14.根据权利要求13所述的方法，其中侧部加热器定位于第一热交换单元和第二热交换单元之间，所述膨胀的涡轮排气流通过所述侧部加热器，并且所述加热的循环流体流通过所述侧部加热器以向所述膨胀的涡轮排气流提供热。
15.根据权利要求13所述的方法，其中在所述多个热交换单元的两个热交换单元之间将所述加热的循环流体流与所述膨胀的涡轮排气流混合。
16.权利要求1所述的方法，其中所述低等级热源是太阳能加热器。
17.一种用于发电的系统，所述系统包括：
燃烧器，其被配置成接收燃料、氧化剂和压缩的二氧化碳流；
涡轮，其被配置成使从所述燃烧器接收的燃烧器排气流膨胀；
主热交换器，其被配置成从接收自所述涡轮的膨胀的涡轮排气流回收可用热量；
分离器，其被配置成从接收自所述主热交换器的所述膨胀的涡轮排气流中去除水；
压缩机，其被配置成压缩从所述分离器接收的二氧化碳流；
管线，其被配置成将压缩的二氧化碳从所述压缩机经由所述主热交换器传送到所述燃烧器；
低等级热源，其被配置成提供加热的循环流体流；以及
至少一个组合器，其配置成用于在所述主热交换器冷端上游将来自所述加热的循环流体流的热与所述膨胀的涡轮排气流组合。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个组合器包括定位在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游的副热交换器，所述副热交换器被配置用于在所述加热的循环流体流和所述膨胀的涡轮排气流之间交换热。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述主热交换器包括多个热交换单元。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述组合器定位在所述多个热交换单元中的两个热交换单元之间。
21.根据权利要求17所述的系统，其中所述低等级热源是太阳能加热器。
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