CN115701483A - 垃圾焚烧余热锅炉超临界co2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，利用垃圾焚烧炉高温过热区域作为超临界CO2布雷顿循环热源区域，构建以超临界CO2为工质的高效布雷顿发电系统；在低温区域，包括蒸发段、省煤器，构建以水为工质的饱和蒸汽发电系统。超临界CO2工质吸收垃圾焚烧炉过热段450℃以上的热量，饱和蒸汽吸收蒸发段和省煤器段的中低温热量，两个循环系统分别用超临界CO2高压透平和带再热的饱和蒸汽汽轮机进行发电。本发明利用超临界CO2循环发电技术，结合成熟的饱和蒸汽朗肯循环发电技术，提高了联合循环发电效率，实现温度对口，能量梯级利用，达到节能降耗的目的。
Description
技术领域
本发明属于垃圾焚烧发电技术领域，特别涉及一种超临界CO2与饱和蒸汽双循环工质垃圾焚烧发电方法。
技术背景
针对城市生活垃圾无害化处理率要高于95％，其中垃圾焚烧出路将占无害化处理总能力50％以上的目标。现有垃圾焚烧发电机组的发电效率约为18％～30％，尚低于燃煤发电系统38％～50％的效率范围。由此，对垃圾焚烧发电系统采用超临界CO2循环和饱和蒸汽发电系统进行集成，有望实现垃圾焚烧所产生热量的高效利用，进而能够解决垃圾焚烧发电厂效率偏低的问题。
现有技术中认为超临界CO2可代替水蒸气发电，具有很大的发展潜力。二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本，系统简单、结构紧凑、效率高，并且可以与多种热源组成发电系统，已经在核电、太阳能领域引起了广泛的关注。超临界二氧化碳布雷顿循环作为一种先进的动力循环，可以进一步提高动力循环的效率。在S-CO2布雷顿循环系统中，当高温热源温度在600℃左右时，超临界CO2布雷顿循环的发电效率可达到的40％。在中等压力(8～20MPa)和中等温度(200℃～650℃)下，超临界CO2布雷顿循环的效率高于水蒸气朗肯循环。当然，由于S-CO2循环工质进入锅炉的温度较高，这就造成了锅炉尾部烟道中中低温区域的热量难以吸收。
在发电技术方面，饱和蒸汽发电技术属于低温技术的一种，由于在许多工业生产过程中，都会产生大量的饱和蒸汽，经过简单处理后就可用于发电，而且能够有效减少大气污染。饱和蒸汽发电技术的研究与应用收到了广泛关注。相比较于常规发电使用的汽轮机，饱和蒸汽发电技术使用的汽轮机在膨胀过程中会产生较多的水分，需要充分考虑叶片除湿问题。可以在高低压缸之间设置汽水分离再热器，采用硬质合金、汽轮机去湿疏水装置，对叶片湿度加以控制。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种焚烧厂超临界CO2与饱和蒸汽双循环工质联合发电新型方法。该方法充分利用锅炉中高品位热能，实现能量的梯级利用，提高系统效率，达到节能降耗的目的。
本发明技术方案如下：
一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，利用垃圾焚烧炉高温过热区域作为超临界CO2布雷顿循环热源区域，构建以超临界CO2为工质的高效布雷顿发电系统，包括超临界CO2高压透平、高温回热器、超临界CO2压气机、冷却器；在低温区域，包括蒸发段、省煤器，构建以水为工质的饱和蒸汽发电系统；超临界CO2工质吸收垃圾焚烧炉过热段的热量；饱和蒸汽吸收蒸发段和省煤器段的热量，两个循环系统分别用超临界CO2高压透平和带再热的饱和蒸汽汽轮机进行发电。
进一步的，所述超临界CO2循环系统依次首尾相连的超临界CO2透平4、高温回热器5、超临界CO2压气机6、冷却器7。所述饱和蒸汽发电系统依次首尾相连的给水泵8、汽包9、带中间再热汽轮机10、凝汽器11；
进一步的，所述超临界CO2布雷顿循环的循环工质超临界CO2在全回路中均处于超临界状态。
所述超临界CO2在锅炉内的吸热区域为烟气温度450℃以上的过热段，冷却器7采用空冷或水冷的方式；
进一步地，采用水冷方式下的循环热水可作为垃圾焚烧厂热水供应，或冬季垃圾仓发酵热量来源；采用风冷方式，可加热垃圾焚烧炉的一次风、二次风，节能降耗；
进一步的，所述饱和蒸汽发电在锅炉内的吸热区域为尾部低于450℃的中低温区域。
进一步的，所述饱和蒸汽发电的汽轮机采用现有的机内再热饱和蒸汽发电技术。
其中，采用机内再热汽轮机的再热热量来源于汽包内饱和蒸汽。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用的超临界CO2布雷顿循环发电技术，发电效率可达到的40％，高于水蒸气朗肯循环，设备体积小、能量密度高、对设备材料要求低。
2、本发明采用的超临界CO2工质循环发电技术，吸收高温区域热能，减少余热锅炉中的传热不可逆损失；同时，结合成熟的饱和蒸汽朗肯循环发电技术，大幅度提高了垃圾焚烧炉发电效率，实现了温度对口，能量梯级利用，达到节能降耗的目的。
附图说明
图1为超临界CO2和饱和蒸汽联合双循环垃圾焚烧发电系统。
附图标号：
1-垃圾焚烧炉过热器；2-垃圾焚烧炉蒸发器；3-省煤器；4-超临界CO2高压透平；5-高温回热器；6-超临界CO2压气机；7-冷却器；8-给水泵；9-汽包；10-饱和蒸汽发电汽轮机；11-凝汽器；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1为本实施案例提供的超临界二氧化碳与饱和蒸汽联合循环发电系统结构示意图，所述方案的主要部件组成如下：超临界CO2压气机6，用于压缩CO2工质，提高压力；高温回热器5,具有高压侧进口、高压侧出口、低压侧进口、低压侧出口；超临界CO2高压透平4，与压气机6同轴，轴功传递给压气机6，做功后的二氧化碳工质由低压侧输入高温回热器5；冷却器7，用于冷却高温回热器5低压侧出口的二氧化碳工质；汽包9是水工质加热、蒸发过程的连接枢纽，保证正常的水循环；汽轮机10，不同于常规过热蒸汽发电汽轮机，采用机内再热饱和蒸汽技术，避免膨胀过程产生较多水分腐蚀叶片；系统的各个设备之间通过管道连接，根据系统控制需要，官道上布置阀门、流体机械、仪表灯。组成系统的替她部分还有辅助设施、电器设施、仪控系统等，以及为满足安全、环保要求的设施。
本发明集成超临界CO2和饱和蒸汽发电双循环系统的工作方法如下：
在超临界二氧化碳循环回路中，超临界CO2压气机6将冷态的二氧化碳工质增压至高压，通往高温回热器5吸收热量，再进入垃圾焚烧余热锅炉过热段1加热，过热器1出来的高温高压二氧化碳工质进入超临界CO2高压透平4膨胀做功，推动压气机6和发电机工作；高压透平4排出的二氧化碳工质的温度和压力降低，进入高温回热器4的低压侧，并将热量回给高压侧的二氧化碳工质，接着进入冷却器7进行冷却，如此完成超临界二氧化碳循环发电。
在饱和蒸汽循环回路中，低温水经过给水泵8进入省煤器和蒸发器换热，产生的饱和水和饱和蒸汽进入汽包9，从汽包9中出来的主蒸汽到汽轮机10中做功，汽包9中另一路饱和蒸汽用于汽轮机再热，汽轮机排汽通过凝汽器11冷凝后排出。如此完成饱和蒸汽发电过程。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，其特征在于，利用垃圾焚烧炉高温过热区域作为超临界CO2布雷顿循环热源区域，构建以超临界CO2为工质的高效布雷顿发电系统，包括超临界CO2高压透平、高温回热器、超临界CO2压气机、冷却器；在低温区域，包括蒸发段、省煤器，构建以水为工质的饱和蒸汽发电系统；超临界CO2工质吸收垃圾焚烧炉过热段的热量；饱和蒸汽吸收蒸发段和省煤器段的热量，两个循环系统分别用超临界CO2高压透平和带再热的饱和蒸汽汽轮机进行发电。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，其特征在于，所述超临界CO2循环系统是采用依次首尾相连的超临界CO2透平、高温回热器、超临界CO2压气机和冷却器。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，其特征在于，所述饱和蒸汽发电系统是采用依次首尾相连的给水泵、汽包、带中间再热汽轮机、凝汽器。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，其特征在于，所述超临界CO2布雷顿循环的循环工质超临界CO2在全回路中均处于超临界状态。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，其特征在于，所述超临界CO2在锅炉内的吸热区域为烟气温度450℃以上的过热段，冷却器采用空冷或水冷的方式。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，其特征在于，采用水冷方式下的循环热水作为垃圾焚烧厂热水供应，或冬季垃圾仓发酵热量来源。
7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，其特征在于，采用风冷方式，加热垃圾焚烧炉的一次风、二次风。
8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，其特征在于，所述饱和蒸汽发电在锅炉内的吸热区域为尾部低于450℃的中低温区域。
9.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧余热锅炉超临界CO2和饱和蒸汽双循环工质联合发电方法，其特征在于，采用机内再热汽轮机的再热热量来源于汽包内饱和蒸汽。
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