CN209875313U - 集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统，包括液空储能子系统和超临界二氧化碳循环子系统；系统包括的主要设备有：空分装置、氧气压缩机、燃料供给装置、氨吸收式制冷机、二氧化碳循环泵、换热器、燃烧室、透平、发电机、水分离器、二氧化碳收集装置、传热介质循环泵等。本实用新型的超临界二氧化碳循环的冷端可工作于低温，使透平膨胀比增大，透平进气温度可以进一步提高，从而有利于提高循环热效率。系统中不需要配置压缩机，结构简单，性能可靠，无污染，零排放，实现了100％碳捕集。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电技术领域，具体涉及一种集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统。
背景技术
超临界二氧化碳动力循环是当前的研究热点，其循环效率高，用途广，具有良好的应用前景。超临界二氧化碳动力循环可分为两类：一类采用直燃加热方式，超临界二氧化碳在燃烧器中被燃气直接加热至高温，燃烧产物在透平出口后的处理工艺中排放或收集；另一类采用间接加热方式，超临界二氧化碳由主加热器加热至高温，主加热器可由燃料燃烧、聚光太阳能热、核能等多种方式提供热量。
由于直燃加热可以获得高的初参数，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，使直燃加热循环具有远高于间接加热循环的热效率。但是，直燃加热的超临界二氧化碳循环透平进气温度和压力高，在最优膨胀比下，透平排气温度过高，材料许用应力难以满足要求，无法直接进入回热器，这就不得不增大膨胀比，这就需要在冷端增加压缩设备，还会造成循环效率损失。上述问题限制了直燃加热循环难以进一步提高温度至1200℃以上，循环热效率得不到充分的提升。
因此，如何对纯氧燃烧直燃加热的半闭式超临界二氧化碳循环系统进行改进，在不增设压缩设备的基础上，提高系统的热效率，是本领域技术人员致力于解决的难题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：如何对纯氧燃烧直燃加热的半闭式超临界二氧化碳循环系统进行改进，在不增设压缩设备的基础上，提高系统的热效率。
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集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统，其特征在于：包括超临界二氧化碳循环子系统和空分及氨吸收制冷子系统；
所述超临界二氧化碳循环子系统包括二氧化碳循环泵，二氧化碳循环泵出口连接换热器高压二氧化碳进口，换热器高压二氧化碳出口连接燃烧室二氧化碳进口，氧气压缩机出口连接燃烧室氧气进口，燃料供给装置出口连接燃烧室燃料进口，燃烧室出口连接透平进口，透平出口连接换热器的透平排气进口，换热器的透平排气出口连接水分离器进口，水分离器出口连接氨吸收式制冷机的冷量输出端的进口，氨吸收式制冷机的冷量输出端的出口连接二氧化碳循环泵进口和二氧化碳收集装置进口；
所述空分及氨吸收制冷子系统包括空分装置，空分装置氧气出口连接所述氧气压缩机进口，传热介质循环泵出口连接空分装置冷却机构进口，空分装置冷却机构出口连接氨吸收式制冷机的热源端的进口，氨吸收式制冷机的热源端的出口连接所述换热器传热介质进口，所述换热器传热介质出口连接传热介质循环泵进口。
优选地，所述空分装置为压缩深冷空分装置。
优选地，所述氨吸收制冷机还设有散热端。
优选地，所述氨吸收式制冷机的输入热源端连接外部低品位热源。
本实用新型通过降低超临界二氧化碳循环的冷端温度，得益于二氧化碳工质的特性，其冰点很低，冷端温度可以降至零下几十度，同时，随着冷端温度的下降，循环的热效率显著提高。对于比较容易、经济地获得冷量的场地，直燃加热循环冷端工质直接液化，构成典型的朗肯循环，系统中不需要配置压缩机，仅配备氨吸收制冷设备。
本实用新型提供的装置克服了现有技术的不足，超临界二氧化碳循环的冷端可工作于低温，使透平膨胀比增大，透平进气温度可以进一步提高，从而有利于提高循环热效率。系统中不需要配置压缩机，结构简单，性能可靠，无污染，零排放，实现了100％碳捕集。
附图说明
图1为本实施例提供的集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统示意图；
附图标记说明：1-空分装置，2-氧气压缩机，3-燃料供给装置，4-氨吸收式制冷机，5-二氧化碳循环泵，6-换热器，7-燃烧室，8-透平，9-发电机，10-水分离器，11-二氧化碳收集装置，12-传热介质循环泵，41-氨吸收式制冷机热源端， 42-氨吸收式制冷机散热端，43-氨吸收式制冷机冷量端。
具体实施方式
图1为本实施例提供的集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统示意图，所述的集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统包括超临界二氧化碳循环子系统和空分及氨吸收制冷子系统。
超临界二氧化碳循环子系统包括二氧化碳循环泵5，二氧化碳循环泵5出口连接换热器6高压二氧化碳进口，换热器6高压二氧化碳出口连接燃烧室7二氧化碳进口，氧气压缩机2出口和燃料供给装置3出口分别连接燃烧室7氧气进口和燃料进口，燃烧室7出口连接透平8进口，透平8出口连接换热器6的透平排气进口，换热器6的透平排气出口连接水分离器10进口，水分离器10出口连接氨吸收式制冷机4的冷量输出端43的进口，氨吸收式制冷机4的冷量输出端43 的出口分两路，分别连接二氧化碳循环泵5进口和二氧化碳收集装置11进口。
空分及氨吸收制冷子系统包括空分装置1，空分装置1为压缩深冷空分装置，空分装置1的氧气出口连接氧气压缩机2进口，传热介质循环泵12出口连接空分装置1冷却机构进口，空分装置1冷却机构出口连接氨吸收式制冷机4的热源端41的进口，氨吸收式制冷机4的热源端41的出口连接超临界二氧化碳循环的换热器6传热介质进口，换热器6传热介质出口连接传热介质循环泵12进口。
上述循环系统中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、仪表，组成系统的其它部分还有辅助设施、电气系统、控制系统等。
本实施例提供的集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统使用时的具体步骤如下：
空分装置1工作，生产氧气，经氧气压缩机2增压(如：35MPa)，提供给超临界二氧化碳循环的燃烧室7，同时，燃料供给装置3提供燃料(如：天然气) 给燃烧室7。
传热介质循环泵12驱动传热介质，将空分装置1中空气压缩过程产生的热量带至氨吸收式制冷机4的热源端41，将高温段热量用于氨吸收式制冷过程，其余热量在超临界二氧化碳循环的换热器6释放给二氧化碳工质。
氨吸收制冷机4设置有热源端41、散热端42和冷量输出端43。氨吸收式制冷机4在热驱动下工作，输入热源采用外部低品位热源，产生的冷量在氨吸收式制冷机4的冷量输出端43供给二氧化碳工质的冷凝液化，氨吸收式制冷机4的散热端42通过外部环境冷却条件(如：水冷、风冷)实现氨吸收制冷机4的释热。
二氧化碳循环泵5将液态二氧化碳工质增压(如：35MPa)，经换热器6吸收透平8排气余热和空分装置1余热并气化，然后工质进入燃烧室7被燃料与氧气的燃烧加热至高温(如：1200℃)，燃气进入透平8膨胀降温降压(如：750℃ /3MPa)，并做功推动发电机9产生电力，透平8排气进入换热器6释放余热后冷却，再进入水分离器10除湿，水分离器10出来的二氧化碳经氨吸收式制冷机 4的冷量输出端43液化，燃烧产生的二氧化碳进入二氧化碳收集装置11，其余进入二氧化碳循环泵5。
通过上述运行方式，超临界二氧化碳循环系统的发电效率可达60％，相当于同温度等级燃气轮机联合循环的发电效率。
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)
1.一种集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统，其特征在于：包括超临界二氧化碳循环子系统和空分及氨吸收制冷子系统；
所述超临界二氧化碳循环子系统包括二氧化碳循环泵(5)，二氧化碳循环泵(5)出口连接换热器(6)高压二氧化碳进口，换热器(6)高压二氧化碳出口连接燃烧室(7)二氧化碳进口，氧气压缩机(2)出口连接燃烧室(7)氧气进口，燃料供给装置(3)出口连接燃烧室(7)燃料进口，燃烧室(7)出口连接透平(8)进口，透平(8)出口连接换热器(6)的透平排气进口，换热器(6)的透平排气出口连接水分离器(10)进口，水分离器(10)出口连接氨吸收式制冷机(4)的冷量输出端(43)的进口，氨吸收式制冷机(4)的冷量输出端(43)的出口连接二氧化碳循环泵(5)进口和二氧化碳收集装置(11)进口；
所述空分及氨吸收制冷子系统包括空分装置(1)，空分装置(1)氧气出口连接所述氧气压缩机(2)进口，传热介质循环泵(12)出口连接空分装置(1)冷却机构进口，空分装置(1)冷却机构出口连接氨吸收式制冷机(4)的热源端(41)的进口，氨吸收式制冷机(4)的热源端(41)的出口连接所述换热器(6)传热介质进口，所述换热器(6)传热介质出口连接传热介质循环泵(12)进口。
2.如权利要求1所述的一种集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统，其特征在于：所述空分装置(1)为压缩深冷空分装置。
3.如权利要求1所述的一种集成超临界二氧化碳循环与氨吸收制冷的发电系统，其特征在于：所述氨吸收式制冷机(4)的输入热源端连接外部低品位热源。
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|---|---|---|---|---|
| CN114543443A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-27 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种液化空气与超临界二氧化碳耦合循环储能系统及方法 |
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| CN114543443A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-27 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种液化空气与超临界二氧化碳耦合循环储能系统及方法 |
| CN114543443B (zh) * | 2022-01-20 | 2024-02-20 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种液化空气与超临界二氧化碳耦合循环储能系统及方法 |
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