CN206539381U - 一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统，包括燃气炉、太阳能集热器、溴化锂吸收式制冷机、超临界二氧化碳循环回路，以及其它设备，太阳能热作为溴化锂吸收式制冷机的热源以及二氧化碳工质的低温热源，燃气炉主要作为二氧化碳工质的高温热源，其排烟作为二氧化碳工质的低温热源，二氧化碳透平排气为溴化锂吸收式制冷机提供一部分热量，也为空气预热器提供热量。本实用新型以燃气及太阳能热作为热源，太阳能热作为低温热源，而燃气作为高温热源，采用超临界二氧化碳循环可以组成新型发电系统或冷热电三联供系统，不但可获得较高的发电效率，并且系统简单、结构紧凑、发电成本较低，适用于分布式能源。

Description

一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统，属于分布式能源技术领域。

背景技术

太阳能是取之不尽、用之不竭的绿色能源，是未来可再生能源的发展方向之一，其中太阳能热发电是太阳能利用的一类重要技术手段，近年来这项技术发展十分迅速。但是，以单纯的太阳能模式运行的太阳能热电站存在许多问题，特别是太阳能热发电系统的投资和发电成本较高，储热技术还不够成熟。因此，太阳能与其它能源综合互补的利用模式，不仅可以有效地解决太阳能利用不稳定的问题，还可利用其它发电技术的优势。对于分布式发电系统，可以考虑将燃气与太阳能热相结合，形成互补发电系统，并且应用先进的动力循环系统，实现比现有的蒸汽朗肯循环系统更高的效率和更小的体积。

近年来，超临界二氧化碳循环成为热点，并且被认为具有诸多潜在优势。二氧化碳的临界点为31℃/7.4MPa，在温度和压力超过临界点时的状态为超临界态。超临界二氧化碳循环的研究始于上世纪四十年代，在六、七十年代取得阶段性研究成果，之后主要由于透平机械、紧凑式热交换器制造技术不成熟而中止，直至本世纪初，超临界二氧化碳循环的研究在美国再度兴起，并为世界其它国家所关注。由于二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本，循环系统简单、结构紧凑、效率高，超临界二氧化碳循环可以与各种热源组合成发电系统，被认为在火力发电、核能发电、太阳能热发电、余热发电、地热发电、生物质发电等领域具有良好的应用前景。

以燃气及太阳能热作为热源，燃气作为高温热源，而太阳能热作为低温热源，采用超临界二氧化碳循环可以组成新型发电系统或冷热电三联供系统，不但可获得较高的发电效率，并且系统简单、结构紧凑、发电成本较低，十分适用于分布式能源。

发明内容

本实用新型的目的是将燃气与太阳能热相结合，组成高温、低温热源互补的发电系统，提高发电效率，并且使系统更加紧凑和小型化。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，包括太阳能热收集和储存子系统，太阳能热收集和储存子系统经由传热回路与溴化锂吸收式制冷机，溴化锂吸收式制冷机经由传热回路获得太阳能热收集和储存子系统中的热量，溴化锂吸收式制冷机同时还获得二氧化碳透平排出工质的余热，并依次传递至空气预热器、冷却器一、带中间冷却的多级压缩机、冷却器二，溴化锂吸收式制冷机产生的冷量传递给冷媒后，被分别送至冷却器一、带中间冷却的多级压缩机、冷却器二，再回到溴化锂吸收式制冷机重新接收冷量，冷却器二输出的冷却后的工质一方面回到太阳能热收集和储存子系统重新吸收热量后输入燃气炉，另一方面经由低温烟气换热器吸收燃气炉排出烟气热量后再输入燃气炉，输入燃气炉的工质吸收燃气炉炉膛中的热量后再通往二氧化碳透平膨胀做功以推动发电机发电；

鼓风机与空气预热器相连，鼓风机产生的空气经过空气预热器加热后进入燃气炉中，同时，燃气经由燃气入口进入燃气炉中，燃气炉排出烟气的余热经由烟气排放口通过低温烟气换热器传递给工质。

优选地，所述太阳能热收集和储存子系统包括热媒循环泵一、太阳能集热器及储热罐，储热罐的出口端经由热媒循环泵一与太阳能集热器的进口端相连，太阳能集热器的出口端与储热罐的进口端相连。

优选地，所述传热回路包括设于所述储热罐内的换热器一和设于所述溴化锂吸收式制冷机内的换热器二，换热器一经由热媒循环泵二与换热器二相连。

优选地，所述溴化锂吸收式制冷机的热量通过水冷器排至环境。

优选地，所述溴化锂吸收式制冷机通过换热器三将冷量传给冷媒，换热器三连接冷媒循环泵，冷媒循环泵出口分为三路，分别通往所述冷却器一、所述带中间冷却的多级压缩机和所述冷却器二。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中的燃气与太阳能热相结合，高温、低温热源互补，超临界二氧化碳循环利用燃气和太阳能热进行发电，可发挥超临界二氧化碳循环发电效率高的优势，并可实现冷热电三联供。

2、本实用新型的系统简单，结构紧凑，发电成本较低，可实现小型化和模块化，适用于分布式能源。

3、本实用新型的太阳能集热器工作温度低，可采用低成本的平板或真空管集热器，有利于降低系统造价。

附图说明

图1为本实施例提供的一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统；

其中，1-热媒循环泵一，2-太阳能集热器，3-储热罐，4-热媒循环泵二，5-换热器一，6-换热器二，7-水冷器，8-换热器三，9-冷媒循环泵，10-鼓风机，11-二氧化碳泵，12-换热器四，13-低温烟气换热器，14-高温烟气换热器，15-二氧化碳透平，16-发电机，17-换热器五，18-溴化锂吸收式制冷机，19-空气预热器，20-冷却器一，21-带中间冷却的多级压缩机，22-冷却器二，23-燃气入口，24-燃气炉，25-烟气排放口。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为本实施例提供的一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统结构示意图，所述的一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统由以下部件组成：

热媒循环泵一1，用于驱动传热介质流动，通过传热介质从太阳能集热器2中吸收热量；

太阳能集热器2，用于吸收太阳光辐射能量并转换为热能，可采用平板或真空管集热器，工作温度为120-200℃，采用的传热介质为导热油或其它适用介质；

储热罐3，用于储热太阳能热；

热媒循环泵二4，用于驱动传热介质流动，通过传热介质从储热罐3中吸收热量用于溴化锂吸收式制冷机18制冷；

换热器一5，用于将储热罐3的热量传递给传热介质；

换热器二6，用于将传热介质的热量释放给溴化锂吸收式制冷机18中的发生器；

热媒循环泵二6、换热器一5和换热器二6组成的传热回路中的采用的传热介质为导热油或其它适用介质，工作温度为150-200℃；

水冷器7，用于将溴化锂吸收式制冷机18产生的热量释放至环境；

换热器三8，用于将化锂吸收式制冷机18产生的冷量传给冷媒水；

冷媒循环泵9，用于驱动冷媒水流动；

鼓风机10；用于向燃气炉24提供空气；

二氧化碳泵11，用于二氧化碳工质增压，出口压力为15-25MPa；

换热器四12，用于使二氧化碳工质吸收储热罐3的热量；

低温烟气换热器13，用于使二氧化碳工质吸收燃气炉24排出烟气热量；

高温烟气换热器14，用于使二氧化碳工质吸收燃气炉24炉膛中的热量，由两个或两个以上不同工作温度的换热器组合；

二氧化碳透平15，用于将二氧化碳工质的热能转换成机械能，入口温度为450-650℃，出口压力为1-3MPa；

发电机16，用于将二氧化碳透平15输出的机械能转换成电能，发电功率为几百千瓦至几千千瓦；

换热器五17，用于将二氧化碳透平15排出工质的热量传递给溴化锂吸收式制冷机18中的发生器；

溴化锂吸收式制冷机18，用于产生冷量，通过换热器二6、换热器五17将热量输入发生器，冷量由冷媒回路输出至冷却器一20，带中间冷却的多级压缩机21，冷却器二22，产生的热量由水冷器7排出，溴化锂吸收式制冷机18为双效制冷机；

空气预热器19，用于预热进入燃气炉24的空气；

冷却器一20，用于冷却二氧化碳工质；

带中间冷却的多级压缩机21，用于逐级增压二氧化碳工质并中间冷却，级数为3级或3级以上；

冷却器二22，用于冷却二氧化碳工质至液态；

燃气入口23，用于注入燃气至燃气炉24；

燃气炉24，用于燃气燃烧产生热量，所用的燃气为天然气、煤气或其它适用燃料；

烟气排放口25，用于燃气炉24烟气排放；

系统的各个设备之间通过管道连接，根据系统控制需要，管道上可布置阀门、流体机械、仪表。组成系统的其它部分还有辅助设施、电气系统、仪控系统等。

上述的一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统的工作方法如下：

在热媒循环泵一1的驱动下传热介质从储热罐3输送至太阳能集热器2，太阳能集热器2吸收太阳光辐射能量，并加热其中的传热介质，加热后的传热介质输送至储热罐3，如此循环使储热罐3中的传热介质达到预期的温度(例如：150℃)并同时将热量储存其中，用于为溴化锂吸收式制冷机18提供一部分热量，以及为二氧化碳泵11输出的二氧化碳工质提供一部分热量。

在热媒循环泵二4的驱动下传热介质循环流动，通过换热器一5从储热罐3吸收热量，再通过换热器二6将热量传给溴化锂吸收式制冷机18中的发生器，水冷器7将溴化锂吸收式制冷机18产生的热量释放至环境，从而使溴化锂吸收式制冷机18实现制冷工作，二氧化碳透平15排出的二氧化碳工质的一部分热量通过换热器五17也提供给溴化锂吸收式制冷机18用于制冷，溴化锂吸收式制冷机18通过换热器三8将冷量传给冷媒，冷媒循环泵9出口分为三路，分别通往冷却器一20、带中间冷却的多级压缩机21和冷却器二22，冷却二氧化碳工质，冷媒最后再经换热器五17返回至冷媒循环泵9。

鼓风机10将空气输送至空气预热器19加热，再送往燃气炉24，燃气通过燃气入口23进入燃气炉24，燃气在燃气炉24中燃烧产生的热量通过高温烟气换热器14和低温烟气换热器13传给二氧化碳工质。

在超临界二氧化碳循环回路中，二氧化碳泵11将液态的低温二氧化碳工质增压至高压(例如：升至20MPa)，之后分为两路，一路通往换热器四12，从储热罐3吸收热量，另一路通往低温烟气换热器13，吸收燃气炉24排出烟气热量，二氧化碳工质在加热过程中温度超过临界温度后转变为超临界状态，然后两路二氧化碳工质合并成一路进入高温烟气换热器14，吸收燃气炉24炉膛中的热量，高温二氧化碳(例如：500℃)工质进入二氧化碳透平15，二氧化碳工质膨胀做功并推动发电机16发电，二氧化碳透平15排出的二氧化碳工质压力降低(例如：2MPa)，温度也降低，之后先经过换热器五17，将一部分热量用于溴化锂吸收式制冷机18的制冷，再经过空气预热器19将一部分热量传给鼓风机10排出的空气以节省燃气炉24的燃料消耗，然后二氧化碳工质经过冷却器一20降温(例如：降至10℃)，再经带中间冷却的多级压缩机21逐级增压(例如：分4级)，级与级之间中间冷却(例如：降至10℃)以减少压缩功耗，二氧化碳工质压力升高(例如：5MPa)，再经冷却器二22降温至液态(例如：10℃)，液态的低温二氧化碳工质最后回到二氧化碳泵11，如此完成超临界二氧化碳循环发电。

本实用新型的系统也可用于冷热电三联供，溴化锂吸收式制冷机18可用于供冷，供热所需热量可由燃气炉24、储热罐3、二氧化碳透平15排气提供，超临界二氧化碳循环提供电能。

Claims (5)

1.一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，包括太阳能热收集和储存子系统，太阳能热收集和储存子系统经由传热回路与溴化锂吸收式制冷机(18)，溴化锂吸收式制冷机(18)经由传热回路获得太阳能热收集和储存子系统中的热量，溴化锂吸收式制冷机(18)同时还获得二氧化碳透平(15)排出工质的余热，并依次传递至空气预热器(19)、冷却器一(20)、带中间冷却的多级压缩机(21)、冷却器二(22)，溴化锂吸收式制冷机(18)产生的冷量传递给冷媒后，被分别送至冷却器一(20)、带中间冷却的多级压缩机(21)、冷却器二(22)，再回到溴化锂吸收式制冷机(18)重新接收冷量，冷却器二(22)输出的冷却后的工质一方面回到太阳能热收集和储存子系统重新吸收热量后输入燃气炉(24)，另一方面经由低温烟气换热器(13)吸收燃气炉(24)排出烟气热量后再输入燃气炉(24)，输入燃气炉(24)的工质吸收燃气炉(24)炉膛中的热量后再通往二氧化碳透平(15)膨胀做功以推动发电机(16)发电；

鼓风机(10)与空气预热器(19)相连，鼓风机(10)产生的空气经过空气预热器(19)加热后进入燃气炉(24)中，同时，燃气经由燃气入口(23)进入燃气炉(24)中，燃气炉(24)排出烟气的余热经由烟气排放口(25)通过低温烟气换热器(13)传递给工质。

2.如权利要求1所述的一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，所述太阳能热收集和储存子系统包括热媒循环泵一(1)、太阳能集热器(2)及储热罐(3)，储热罐(3)的出口端经由热媒循环泵一(1)与太阳能集热器(2)的进口端相连，太阳能集热器(2)的出口端与储热罐(3)的进口端相连。

3.如权利要求2所述的一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，所述传热回路包括设于所述储热罐(3)内的换热器一(5)和设于所述溴化锂吸收式制冷机(18)内的换热器二(6)，换热器一(5)经由热媒循环泵二(4)与换热器二(6)相连。

4.如权利要求1所述的一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，所述溴化锂吸收式制冷机(18)的热量通过水冷器(7)排至环境。

5.如权利要求1所述的一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，所述溴化锂吸收式制冷机(18)通过换热器三(8)将冷量传给冷媒，换热器三(8)连接冷媒循环泵(9)，冷媒循环泵(9)出口分为三路，分别通往所述冷却器一(20)、所述带中间冷却的多级压缩机(21)和所述冷却器二(22)。