CN209875312U - 适用于低温环境的热力发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于低温环境的热力发电系统，二氧化碳泵出口连接二氧化碳收集装置和低温回热器高压侧进口，低温回热器高压侧出口、低温余热回收器高压侧、高温回热器高压侧、燃烧室进口依次连接，氧气供给装置、燃料供给装置均连接燃烧室，燃烧室出口连接透平进口，透平连接发电机，透平排气口、高温回热器低压侧、低温回热器低温侧、冷却器进口依次连接，冷却器出口连接水分离器进口，水分离器的二氧化碳出口连接压缩机组进口，压缩机组出口连接冷凝器进口，冷凝器出口连接二氧化碳泵进口。本实用新型系统能量利用效率高，系统发电效率高，系统不排放污染物，100％捕集二氧化碳且回收凝结水，且系统参数不高，关键设备研发投入小。

Description

适用于低温环境的热力发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种适用于低温环境的热力发电系统，属于热力发电技术领域。

背景技术

根据热力学原理，热力循环的热端温度越高、冷端温度越低，则其热效率越高。热端温度往往受限于高温材料的性能，例如：超超临界汽轮机组中透平进汽最高温度通常为600℃等级，燃气轮机中透平进气温度通常为1100～1400℃等级。冷端温度受限于环境条件，包括大气温度和水源温度。冷端的有效利用与工质物性有密切关联。尽管高纬度、高海拔地区和其它有冷源条件的地区，以及有冷源条件的季节，这些环境中往往有零度以下的充足的冷源条件，但是，对于汽轮机组而言，水在零度以下要结冰，以及低压缸出口设计压力的限制，无法充分利用这样的冷端条件；对于燃气轮机，低的进气温度对提升效率有利，不过空气的临界温度太低，其作用有限。相比上述工质的热力循环，以二氧化碳为工质的动力循环更适合于低温环境条件，这是因为二氧化碳的临界点为31℃/7.4MPa，很容易在低温条件下适当加压液化。

直燃加热的半闭式超临界二氧化碳循环热端温度可达到类似燃气轮机的温度，并且超临界二氧化碳循环采用回热、临界点附近压缩减少耗功，使其具有极高的循环效率。半闭式超临界二氧化碳循环可采用纯氧燃烧，以避免产生NOx污染物，并可以方便地捕集燃烧产生的二氧化碳。

如何充分利用低温环境条件和直燃加热的高温优势，构建高效率的热力发电系统是本领域技术人员致力于解决的难题。此类发电系统在行业上未见有相关报道。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：如何充分利用低温环境条件和直燃加热的高温优势，构建高效率的热力发电系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种适用于低温环境的热力发电系统，其特征在于：包括二氧化碳泵，二氧化碳泵出口分两路，一路连接二氧化碳收集装置，另一路连接低温回热器高压侧进口，低温回热器高压侧出口连接低温余热回收器进口，低温余热回收器出口连接高温回热器高压侧进口，高温回热器高压侧出口连接燃烧室进口，氧气供给装置连接燃烧室氧气进口，燃料供给装置连接燃烧室燃料进口，燃烧室出口连接透平进口，透平连接发电机，透平排气口连接高温回热器低压侧进口，高温回热器低压侧出口连接低温回热器低温侧进口，低温回热器低压侧出口连接冷却器进口，冷却器出口连接水分离器进口，水分离器的水出口连接水收集装置进口，水分离器的二氧化碳出口连接压缩机组进口，压缩机组出口连接冷凝器进口，冷凝器出口连接二氧化碳泵进口。

优选地，所述压缩机组为带中间冷却的压缩机组。

优选地，所述低温余热回收器利用温度为30～40℃的外部低品位余热加热二氧化碳工质。

更优选地，所述外部的低品位余热包括燃煤电厂汽轮机排汽凝结热、太阳能热、地热、工业废热。

优选地，所述燃料供给装置提供气体或液体的燃料。

优选地，所述燃料供给装置提供的燃料包括天然气、合成气、氢、有机化合物燃料。

上述的适用于低温环境的热力发电系统使用时，步骤为：二氧化碳泵将液体二氧化碳工质增压，增压后的二氧化碳工质经低温回热器加热，再经再低温余热回收器加热，再经高温回热器加热，然后进入燃烧室被燃料和氧气燃烧加热，燃烧室燃烧所需的氧气和燃料分别由氧气供给装置、燃料供给装置提供；燃烧室排出的混合气进入透平膨胀做功，推动发电机产生电力；透平排气依次经高温回热器和低温回热器释放余热，再经冷却器冷却，然后通过水分离器除湿，除湿后的气体再经压缩机组增压，然后经冷凝器冷却成液体，再进入二氧化碳泵；二氧化碳泵出口分两路，一路将多余的二氧化碳储存于二氧化碳收集装置，另一路二氧化碳重新进入循环。

优选地，所述二氧化碳泵出口压力为5～8MPa。

优选地，所述透平进口工质温度为900℃以上，透平排气温度为800℃以下，透平排气压力为1～3MPa。

优选地，所述冷凝器的温度为0～5℃，高于水的冰点。

优选地，所述燃烧室和透平中的高温部件通过抽取的较低温度的二氧化碳工质冷却。

优选地，所述二氧化碳收集装置收集的二氧化碳可用于工业用途、增强型石油开采或者进行封存。

本实用新型提供的适用于低温环境的热力发电系统，对于低温环境条件的高纬度、高海拔地区，或者低温季节，具有如下有益效果：

1、系统能量利用效率高，可回收30～40℃的极低品位热量。

2、系统发电效率高，在同等透平进口温度条件下，发电效率可相当于或高于燃气轮机联合循环机组。

3、系统不排放污染物，100％捕集二氧化碳，100％回收凝结水。

4、系统参数不高，燃烧室和透平可结合燃气轮机设计，研发投入小。

附图说明

图1为本实施例提供的适用于低温环境的热力发电系统示意图；

附图标记说明：

1-二氧化碳泵，2-低温回热器，3-低温余热回收器，4-高温回热器，5-燃烧室，6-氧气供给装置，7-燃料供给装置，8-透平，9-发电机，10-冷却器，11-水分离器，12-水收集装置，13-压缩机组，14-冷凝器，15-二氧化碳收集装置。

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。

图1为本实施例提供的适用于低温环境的热力发电系统示意图，所述的适用于低温环境的热力发电系统包括二氧化碳泵1，二氧化碳泵1出口分两路，一路连接二氧化碳收集装置15，另一路连接低温回热器2高压侧进口，低温回热器2高压侧出口连接低温余热回收器3进口，低温余热回收器3出口连接高温回热器4高压侧进口，高温回热器4高压侧出口连接燃烧室5进口，氧气供给装置6连接燃烧室5氧气进口，燃料供给装置7连接燃烧室5燃料进口，燃烧室5出口连接透平8进口，透平8连接发电机9，透平8排气口连接高温回热器4低压侧进口，高温回热器4低压侧出口连接低温回热器2低温侧进口，低温回热器2低压侧出口连接冷却器10进口，冷却器10出口连接水分离器11进口，水分离器11的水出口连接水收集装置12，水分离器11的二氧化碳出口连接压缩机组13进口，压缩机组13出口连接冷凝器14进口，冷凝器14出口连接二氧化碳泵1进口。

上述的适用于低温环境的热力发电系统在低温环境(如：-5℃)使用时，具体实施步骤如下：

二氧化碳泵1将液体二氧化碳工质增压至6.5MPa，增压后的二氧化碳工质经低温回热器2加热，再经再低温余热回收器3加热至30℃，再经高温回热器4加热，然后进入燃烧室5被燃气燃烧加热至1000℃，燃烧室5燃烧所需的氧气由氧气供给装置6提供、燃料(如：天然气)由燃料供给装置7提供。燃烧室5排出的混合气进入透平8膨胀至1.8MPa，透平8推动发电机9产生电力，透平8排气依次经高温回热器4和低温回热器2释放余热，再经冷却器10冷却至1℃，然后通过水分离器11除湿，除湿后的水进入水收集装置12，除湿后的气体再经压缩机组13分三段增压至3.7MPa并中间冷却，经冷凝器14冷却成液体，再进入二氧化碳泵1。二氧化碳泵1出口分两路，一路将多余的二氧化碳储存于二氧化碳收集装置15，另一路二氧化碳重新进入循环。

如果不考虑低温余热回收器3的热源消耗(如：来自火电厂汽轮机凝汽潜热)，扣除厂用电及各种损耗后，上述热力发电系统的净发电效率可达65％以上，并且零排放，综合性能优于燃气轮机联合循环机组。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，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实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种适用于低温环境的热力发电系统，其特征在于：包括二氧化碳泵(1)，二氧化碳泵(1)出口分两路，一路连接二氧化碳收集装置(15)，另一路连接低温回热器(2)高压侧进口，低温回热器(2)高压侧出口连接低温余热回收器(3)进口，低温余热回收器(3)出口连接高温回热器(4)高压侧进口，高温回热器(4)高压侧出口连接燃烧室(5)进口，氧气供给装置(6)连接燃烧室(5)氧气进口，燃料供给装置(7)连接燃烧室(5)燃料进口，燃烧室(5)出口连接透平(8)进口，透平(8)连接发电机(9)，透平(8)排气口连接高温回热器(4)低压侧进口，高温回热器(4)低压侧出口连接低温回热器(2)低温侧进口，低温回热器(2)低压侧出口连接冷却器(10)进口，冷却器(10)出口连接水分离器(11)进口，水分离器(11)的二氧化碳出口连接压缩机组(13)进口，压缩机组(13)出口连接冷凝器(14)进口，冷凝器(14)出口连接二氧化碳泵(1)进口。

2.如权利要求1所述的一种适用于低温环境的热力发电系统，其特征在于：所述水分离器(11)的水出口连接水收集装置(12)。

3.如权利要求1所述的一种适用于低温环境的热力发电系统，其特征在于：所述压缩机组(13)为带中间冷却的压缩机组。