CN118167454A - 一种燃机余热超临界co2循环发电系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃机余热超临界CO2循环发电系统，包括热源换热系统和超临界CO2动力循环系统两部分；热源换热系统包括高温烟气加热器和低温烟气加热器，高温烟气加热器和低温烟气加热器顺次连接；超临界CO2动力循环系统包括超临界CO2透平、回热器、预冷器、超临界CO2压缩机和发电机，超临界CO2压缩机分别与回热器与低温烟气加热器相连通，回热器和低温烟气加热器均与高温烟气加热器相连通，高温烟气加热器与超临界CO2透平相连通，超临界CO2透平与回热器相连通，回热器与预冷器相连通，预冷器与超临界CO2压缩机相连通。本发明将高效、紧凑的超临界CO2动力循环作为燃气轮机排气的底层循环发电系统，具有系统效率高、机组占地尺寸小和成本低等显著优势。
Description
技术领域
本发明属于先进余热发电技术领域，具体而言，尤其是关于一种燃机余热超临界CO2循环发电系统及其运行方法。
背景技术
对于海油石油领域来讲，海上油气平台的电力系统至关重要，海上油气平台的日常生产作业和生活基础均离不开电力。目前，海上油气平台的电力供应主要采用燃气轮机发电。对于燃气轮机来讲，其排烟温度约为500℃左右，直接排放将导致严重的能源浪费。
因此，如何经济有效地利用燃气轮机排气所具有的中高品质余热，同时能够满足海上油气平台对占地尺寸的严苛要求，是当前所面临的关键技术难题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种燃机余热超临界CO2循环发电系统，该系统将高效、紧凑的超临界CO2动力循环作为燃气轮机排气的底层循环发电系统，具有系统效率高、机组占地尺寸小和成本低等显著优势。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
第一方面，本发明提供的一种燃机余热超临界CO2循环发电系统，包括热源换热系统和超临界CO2动力循环系统两部分；所述热源换热系统包括高温烟气加热器和低温烟气加热器，所述高温烟气加热器的烟气侧进口与燃气轮机的排气相连通，所述高温烟气加热器的烟气侧出口与所述低温烟气加热器的烟气侧进口相连通，所述低温烟气加热器的烟气侧出口与排放烟囱相连通；所述超临界CO2动力循环系统包括超临界CO2透平、回热器、预冷器、超临界CO2压缩机和发电机；所述超临界CO2压缩机的工质侧出口分别与所述回热器的冷侧入口与所述低温烟气加热器的工质侧入口相连通，所述回热器的冷侧出口和所述低温烟气加热器的工质侧出口均与所述高温烟气加热器的工质侧入口相连通，所述高温烟气加热器的工质侧出口与所述超临界CO2透平的进口相连通，所述超临界CO2透平的出口与所述回热器的热侧进口相连通，所述回热器的热侧出口与所述预冷器的热侧进口相连通，所述预冷器的热侧出口与所述超临界CO2压缩机的进口相连通；所述发电机与所述超临界CO2透平传动连接，所述超临界CO2透平与所述超临界CO2压缩机同轴连接。
作为优选：所述热源换热系统还包括设置在所述高温烟气加热器与所述低温烟气加热器之间管道上的SCR烟气脱硝装置，用于对烟气中的污染物进行处理。
第二方面，本发明提供的一种上述燃机余热超临界CO2循环发电系统的运行方法，其特征在于，包括：
在热源换热系统中，燃气轮机排出的烟气首先流入高温烟气加热器的烟气侧进口，在高温烟气加热器中放热后流入低温烟气加热器的烟气侧进口，在低温烟气加热器中再次放热后经排放烟囱排出；
在超临界CO2动力循环系统中，超临界CO2压缩机流出的超临界CO2工质被分流为两路，一路流入回热器的冷侧入口，在回热器中通过回热被热侧工质加热后由回热器的冷侧出口流出，另一路流入低温烟气加热器的工质侧入口，在低温烟气加热器中吸收烟气放热后由低温烟气加热器的工质侧出口流出，并与回热器的冷侧出口工质汇合后流入高温烟气加热器的工质侧入口，在高温烟气加热器中吸收烟气放热后流入超临界CO2透平，高温高压的超临界CO2在超临界CO2透平中膨胀做功驱动发电机发电，然后经超临界CO2透平流出并流入回热器的热侧入口，在回热器中放热后流入预冷器，在预冷器中超临界CO2工质被冷却到接近临界点参数后返回超临界CO2压缩机中。
作为优选：所述高温烟气加热器的烟气出口温度为300℃～380℃，处于SCR脱硝反应的温度窗口区间。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明的超临界CO2动力循环具有高效、紧凑的先天优势，作为燃气轮机排气的底层循环发电系统非常适合于对占地尺寸有严格要求的海洋石油领域，具有系统效率高、机组占地尺寸小和成本低等显著优势。
2、本发明的超临界CO2动力循环采用分流加热循环，能够将燃气轮机的排烟温度降低到120℃以下。
3、本发明可实现与SCR脱硝装置的良好匹配，最大程度地降低烟气中的氮氧化物排放。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明一实施例提供的燃机余热超临界CO2循环发电系统的结构示意图。
图中各附图标记如下：
1-燃气轮机；2-高温烟气加热器；3-SCR脱硝装置；4-低温烟气加热器；5-超临界CO2透平；6-回热器；7-预冷器；8-超临界CO2压缩机；9-发电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本发明提供的燃机余热超临界CO2循环发电系统，包括热源换热系统和超临界CO2动力循环系统两部分；热源换热系统包括高温烟气加热器和低温烟气加热器，高温烟气加热器和低温烟气加热器顺次连接；超临界CO2动力循环系统包括超临界CO2透平、回热器、预冷器、超临界CO2压缩机和发电机，超临界CO2压缩机分别与回热器与低温烟气加热器相连通，回热器和低温烟气加热器均与高温烟气加热器相连通，高温烟气加热器与超临界CO2透平相连通，超临界CO2透平与回热器相连通，回热器与预冷器相连通，预冷器与超临界CO2压缩机相连通。本发明将高效、紧凑的超临界CO2动力循环作为燃气轮机排气的底层循环发电系统，具有系统效率高、机组占地尺寸小和成本低等显著优势。
下面，结合附图对本发明实施例提供的燃机余热超临界CO2循环发电系统及其运行方法进行详细的说明。
实施例1：
请参阅图1，本实施例提供的一种燃机余热超临界CO2循环发电系统，包括热源换热系统和超临界CO2动力循环系统两部分。
热源换热系统包括高温烟气加热器2和低温烟气加热器4，高温烟气加热器2的烟气侧进口与燃气轮机1的排气相连通，高温烟气加热器2的烟气侧出口与低温烟气加热器4的烟气侧进口相连通，低温烟气加热器4的烟气侧出口与排放烟囱相连通。
超临界CO2动力循环系统包括超临界CO2透平5、回热器6、预冷器7、超临界CO2压缩机8和发电机9。超临界CO2压缩机8的工质侧出口分别与回热器6的冷侧入口与低温烟气加热器4的工质侧入口相连通，回热器6的冷侧出口和低温烟气加热器4的工质侧出口均与高温烟气加热器2的工质侧入口相连通，高温烟气加热器2的工质侧出口与超临界CO2透平5的进口相连通，超临界CO2透平5的出口与回热器6的热侧进口相连通，回热器6的热侧出口与预冷器7的热侧进口相连通，预冷器7的热侧出口与超临界CO2压缩机8的进口相连通。发电机9与超临界CO2透平5传动连接，超临界CO2透平5和超临界CO2压缩机8同轴连接。
上述实施例中，优选地，热源换热系统还包括设置在高温烟气加热器2与低温烟气加热器4之间管道上的SCR烟气脱硝装置3，用于对烟气中的污染物(如氮氧化物)进行处理。
实施例2：
基于实施例1提供的燃机余热超临界CO2循环发电系统，本发明还提供了一种该燃机余热超临界CO2循环发电系统的运行方法，包括以下内容：
在热源换热系统中，燃气轮机1排出的烟气首先流入高温烟气加热器2的烟气侧进口，在高温烟气加热器2中放热后流入低温烟气加热器4的烟气侧进口，在低温烟气加热器4中再次放热后经排放烟囱排出。
在超临界CO2动力循环系统中，超临界CO2压缩机8流出的超临界CO2工质被分流为两路，一路流入回热器6的冷侧入口，在回热器6中通过回热被热侧工质加热后由回热器6的冷侧出口流出，另一路流入低温烟气加热器4的工质侧入口，在低温烟气加热器4中吸收烟气放热后由低温烟气加热器4的工质侧出口流出，并与回热器6的冷侧出口工质汇合后流入高温烟气加热器2的工质侧入口，在高温烟气加热器2中吸收烟气放热后流入超临界CO2透平5，高温高压的超临界CO2在超临界CO2透平5中膨胀做功驱动发电机9发电，然后经超临界CO2透平5流出并流入回热器6的热侧入口，在回热器6中放热后流入预冷器7，在预冷器7中超临界CO2工质被冷却到接近临界点参数后返回超临界CO2压缩机8中。
上述实施例中，优选地，高温烟气加热器2的烟气出口温度为300℃～380℃，处于SCR脱硝反应的温度窗口区间。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (4)
1.一种燃机余热超临界CO2循环发电系统，其特征在于，包括热源换热系统和超临界CO2动力循环系统两部分；
所述热源换热系统包括高温烟气加热器和低温烟气加热器，所述高温烟气加热器的烟气侧进口与燃气轮机的排气相连通，所述高温烟气加热器的烟气侧出口与所述低温烟气加热器的烟气侧进口相连通，所述低温烟气加热器的烟气侧出口与排放烟囱相连通；
所述超临界CO2动力循环系统包括超临界CO2透平、回热器、预冷器、超临界CO2压缩机和发电机；所述超临界CO2压缩机的工质侧出口分别与所述回热器的冷侧入口与所述低温烟气加热器的工质侧入口相连通，所述回热器的冷侧出口和所述低温烟气加热器的工质侧出口均与所述高温烟气加热器的工质侧入口相连通，所述高温烟气加热器的工质侧出口与所述超临界CO2透平的进口相连通，所述超临界CO2透平的出口与所述回热器的热侧进口相连通，所述回热器的热侧出口与所述预冷器的热侧进口相连通，所述预冷器的热侧出口与所述超临界CO2压缩机的进口相连通；所述发电机与所述超临界CO2透平传动连接，所述超临界CO2透平与所述超临界CO2压缩机同轴连接。
2.根据权利要求1所述的燃机余热超临界CO2循环发电系统，其特征在于，所述热源换热系统还包括设置在所述高温烟气加热器与所述低温烟气加热器之间管道上的SCR烟气脱硝装置，用于对烟气中的污染物进行处理。
3.一种如权利要求1或2所述的燃机余热超临界CO2循环发电系统的运行方法，其特征在于，包括：
在热源换热系统中，燃气轮机排出的烟气首先流入高温烟气加热器的烟气侧进口，在高温烟气加热器中放热后流入低温烟气加热器的烟气侧进口，在低温烟气加热器中再次放热后经排放烟囱排出；
在超临界CO2动力循环系统中，超临界CO2压缩机流出的超临界CO2工质被分流为两路，一路流入回热器的冷侧入口，在回热器中通过回热被热侧工质加热后由回热器的冷侧出口流出，另一路流入低温烟气加热器的工质侧入口，在低温烟气加热器中吸收烟气放热后由低温烟气加热器的工质侧出口流出，并与回热器的冷侧出口工质汇合后流入高温烟气加热器的工质侧入口，在高温烟气加热器中吸收烟气放热后流入超临界CO2透平，高温高压的超临界CO2在超临界CO2透平中膨胀做功驱动发电机发电，然后经超临界CO2透平流出并流入回热器的热侧入口，在回热器中放热后流入预冷器，在预冷器中超临界CO2工质被冷却到接近临界点参数后返回超临界CO2压缩机中。
4.根据权利要求3所述的运行方法，其特征在于，所述高温烟气加热器的烟气出口温度为300℃～380℃，处于SCR脱硝反应的温度窗口区间。
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