CN213205780U - 基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统 - Google Patents

基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统，涉及碳的减排领域，包括CO2生产系统、太阳能利用系统、超临界水热反应系统以及热电发生系统。本实用新型超临界水热反应系统产生的CO2作为工质进行全天发电，而将微藻夜晚呼吸作用产生的CO2进行压缩、升温后储存起来，可作为白天超临界CO2发电的补充工质，有效缓解白天用电高峰；同时超临界水热反应器生成的烟气可用来加热预热器中的O2，二级压缩机输出的高温高压的CO2可用来加热低温的CO2，实现了余热的梯级利用；且利用太阳能加热进入中温CO2，实现了太阳能的阶梯利用，既解决了CO2的捕集储存问题，又提高了系统热效率。

Description

基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统
技术领域
本实用新型涉及一种控制CO2排放的基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统，属于节能减排和能源技术领域。
背景技术
自从工业文明以来，地球大气中的CO2浓度由于人类的生产活动而急剧上升。CO2作为一种典型的温室气体，直接导致温室效应。目前，超临界CO2发电是控制CO2排放的一种新型利用技术，其以超临界状态的CO2为工质，将热源的能量转化为机械能。由于超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，以其作工质的发电系统可以在620℃温度范围内达到常规蒸汽朗肯循环700℃的效率，受到各国研究者的广泛热捧。
从调整能源结构的角度来看，新能源在社会能源结构中所占比重越来越大，可再生能源尤其是太阳能是当前人们尤其关注的。人类对太阳能利用的发展方向还有植物(比如微藻)的光合作用，植物光合作用可以固定大量二氧化碳，如申请号为201810204218.7的实用新型专利公开了一种利用微藻光合作用的热电联产。而相对光合作用，植物(如微藻)的呼吸作用则将产生大量的CO2，控制这部分CO2排放对于碳的减排同样具有重要意义。并且诸如小球藻之类的微藻，除了改善生态环境外，也可以用于处理工业废水和城市污水。
从能源结构角度来看，短期内人类以化石能源为主要能源的形势不会改变，尤其是我国，煤炭从储量构成到能源消费体系都占绝对主导地位，如何使能源系统环境友好且在分离CO2 的同时提高系统利用效率，是控制CO2排放的能源系统研究的主要目的。
煤的超临界水热反应是利用超临界水的特殊性质，煤和氧气在超临界水中完全互溶后，形成均相反应体系，在极短的反应时间内煤彻底被氧化，释放出大量的热量，最终产物为CO2、H2O、N2等无害物质，无SO2、NOx等有害气体，有显著的环保优势。该技术属于新型的煤炭洁净燃烧技术，符合当前节能、减排的国际发展趋势。与焚烧法、湿式空气氧化法相比，超临界水氧化技术具有无需催化剂、停留时间短、去除效率高、清洁、广谱等优点。
鉴于此，本实用新型提出一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统，该系统不仅可以有效利用微藻呼吸作用产生的CO2，环保无害符合目前节能减排政策，而且能够使超临界水热反应的系统经济性和能源利用效率大大提高，能够以低成本、低能耗捕集CO2，加以循环利用。此外，提高太阳能和化学能的转化利用，降低了CO2分离的投资和能耗。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统，其特征在于，包括CO2生产系统、太阳能利用系统、超临界水热反应系统以及热电发生系统；
所述CO2生产系统包括微藻培养罐、O2罐、一级压缩机、低温回热器、第一高温回热器和储气罐；所述微藻培养罐包括O2输入口、CO2输入口和气体输出口，所述微藻培养罐的气体输出口包括CO2输出口和O2输出口；所述微藻培养罐的O2输出口与O2罐连接，所述O2罐的出口分成两路，其中一路接入所述超临界水热反应系统，另一路与所述微藻培养罐底部的O2输入口连接；所述一级压缩机的入口与所述微藻培养罐的CO2输出口连接，所述一级压缩机的出口接入所述低温回热器；所述低温回热器包括顶部入口、底部入口、顶部出口和底部出口，所述第一高温回热器包括底部入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；所述第一高温回热器通过侧面出口与所述储气罐相连；
所述超临界水热反应系统包括预热器、超临界水热反应器、CO2分离器和第二高温回热器；所述预热器包括侧面入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；所述预热器的侧面入口与所述O2罐的一路出口连接；所述超临界水热反应器包括燃料入口、O2入口和气体出口，所述超临界水热反应器的O2入口与所述预热器的侧面出口相连，所述超临界水热反应器的气体出口与所述预热器的顶部入口相连；所述CO2分离器的入口与所述预热器的顶部出口相连，所述CO2分离器的出口分为两路，其中一路接入所述微藻培养罐底部的CO2输入口，另一路与所述第二高温回热器连接；所述第二高温回热器包括底部入口、底部出口、顶部入口和侧面出口，所述第二高温回热器通过底部出口接入热电发生系统；
所述太阳能利用系统包括低聚光比的抛物槽式集热器，所述低聚光比的抛物槽式集热器包括导热油出口和导热油回流口，其中导热油出口分成两路并分别连接于第一高温回热器的顶部入口和第二高温回热器的底部入口，所述第一高温回热器的顶部出口和第二高温回热器的底部出口汇合后连接于抛物槽式集热器的导热油回流口；
所述热电发生系统包括二级压缩机、一级透平、第一发电机、二级透平、第二发电机和余热锅炉，所述储气罐的出口汇合来自所述第二高温回热器的侧面出口的管道和低温回热器的底部出口的管道连接于所述二级压缩机；所述二级压缩机的出口分为两路，一路接入所述低温回热器的底部入口，另一路接入所述一级透平；所述一级透平与所述二级透平相连，所述一级透平的出口分成两路，一路与所述二级透平连接，另一路汇合来自所述低温回热器的顶部出口的管道连接于所述第一高温回热器的底部入口；所述一级透平和二级透平分别用于带动所述第一发电机和第二发电机发电；所述二级透平与所述余热锅炉的入口相连，所述余热锅炉的输出端与所述一级压缩机的出口汇合后连接于所述低温回热器的顶部入口。
上述基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统的工作方法按气体流动划分为3个过程，具体如下：
1.CO2生产过程：
白天有阳光时，微藻进行光合作用产生O2储存在O2罐中；夜晚O2罐的O2进入微藻培养罐的底部作为呼吸作用的反应物，微藻呼吸作用产生的CO2经过一级压缩机后与来自余热锅炉输出端的乏汽汇合进入低温回热器，混合气体在低温回热器内与来自二级压缩机出口高温高压的CO2进行换热后变为450℃、20Mpa的CO2，随后中温中压的CO2混合来自一级透平的出口乏汽进入第一高温回热器；烟气在第一高温回热器内与吸收太阳能后的导热油进行换热后进入储气罐。
微藻培养罐的气体输出口的两支路汇合处设置有三通阀，夜晚时O2输出口关闭，CO2输出口开启，白天时O2输出口开启，CO2输出口关闭；另外，储气罐的输出口、第二高温回热器的侧面出口和低温回热器的底部出口的管道汇合处设置有四通阀，夜晚时储气罐的输出口与低温回热器的底部出口的阀门处于关闭状态，即超临界水热反应系统、热电发生系统处于运行状态；白天时，储气罐的输出口与低温回热器的底部出口的阀门均处于开启状态。
2.超临界水热反应过程：
O2罐的O2进入预热器与来自超临界水热反应器的出口烟气进行预热，预热后的O2进入超临界水热反应器的底部作为水热反应的氧化剂；燃料在超临界水热反应器的内部发生氧化反应产生CO2、和N2，混合烟气在经过预热器的冷却后进入CO2分离器，分离后纯净的CO2部分进入微藻培养罐的底部作为白天光合作用的反应物，部分进入第二高温回热器与吸收太阳能后的导热油换热。
CO2分离器的输出口设置有三通阀，白天微藻进行光合作用时，CO2分离器的两支路阀门均处于开启状态，夜晚微藻进行呼吸作用时，CO2分离器与微藻培养罐连接的支路阀门处于关闭状态，CO2分离器与第二高温回热器相连的支路阀门处于开启状态。
3.热电发生过程：
第二高温回热器的侧面出口输出的CO2、储气罐输出的CO2和经过低温回热器冷却的CO2混合进入二级压缩机变为700℃、30Mpa的CO2，高温高压的CO2分为两部分，一部分进入低温回热器加热低温CO2，另一部分进入一级透平进行做功，带动第一发电机发电；做功后的乏汽分为两部分，一部分与低温回热器的顶部出口输出的CO2混合进入第一高温回热器，另一部分进入二级透平推动第二发电机发电，二级透平的出口乏汽则进入余热锅炉，供用户供热使用，余热锅炉的出口乏汽汇合一级压缩机出口的CO2进入低温回热器。
进一步的，本实用新型系统超临界水热反应器的出口烟气温度压力为22Mpa、600℃，储气罐的CO2压力温度为25Mpa、600℃，二级压缩机的出口压力温度为30Mpa、700℃。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：
本实用新型一方面将超临界水热反应系统产生的CO2作为工质进行全天发电；另一方面将微藻夜晚呼吸作用产生的CO2进行压缩、回热器升温后储存起来，作为白天超临界CO2发电的工质，能够缓解白天用电高峰；此外，该系统可利用白天微藻光合作用产生的O2作为超临界水热反应的氧化剂。
本实用新型实现了物质的循环利用，微藻白天光合作用产生的O2可供夜晚呼吸使用，而夜晚产生的CO2在经过发电后可作为白天光合作用的反应物。此外，超临界水热反应器生成的600℃、22Mpa的烟气可用来加热预热器中的O2，二级压缩机输出的700℃、30MpaCO2可用来加热低温回热器中的低温CO2，实现了余热的梯级利用。
本实用新型还利用太阳能集热器吸收太阳能加热进入高温回热器的CO2，实现了太阳能的阶梯利用。并且，所采用的太阳能集热器采用抛物槽式聚光结构，结构简单，制造和运行成本较低，有利于大规模的推广和应用。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
图2是本实用新型对比例的结构示意图。
图中：微藻培养罐1、O2罐2、一级压缩机3、低温回热器4、第一高温回热器5、储气罐6、预热器7、超临界水热反应器8、CO2分离器9、第二高温回热器10、抛物槽式集热器11、二级压缩机12、一级透平13、第一发电机14、二级透平15、第二发电机16、余热锅炉17。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1，本实施例中，一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统，包括CO2生产系统、太阳能利用系统、超临界水热反应系统以及热电发生系统；
CO2生产系统包括微藻培养罐1、O2罐2、一级压缩机3、低温回热器4、第一高温回热器5和储气罐6；微藻培养罐1包括O2输入口、CO2输入口和气体输出口，微藻培养罐1的气体输出口包括CO2输出口和O2输出口；
本实施例中微藻培养罐1中所用的微藻培养液是利用城市污水或超临界水热反应器中沉淀的盐类配制所得的微藻培养液，最终所得的微藻培养液，按每升计算，含有NaHCO3(4.5g)、MgSO4(0.2g)、NaNO3(1.5g)、CaCl2(0.04g)、FeSO4(0.01g)、K2SO4(1.0g)；
本实施例中微藻培养罐1中所用的微藻为能在工业浓盐水中生长的盐水藻或能在城市污水中生长的淡水藻如小球藻等，盐水藻可以取自中西部高原荒漠的大小盐湖中，小球藻取自泉州小球藻生产基地；因此本实用新型的微藻培养可在贫瘠地带或盐碱地等极端环境下进行。
微藻培养罐1的O2输出口与O2罐2连接，O2罐2的出口分成两路，其中一路接入超临界水热反应系统，另一路与微藻培养罐1底部的O2输入口连接；一级压缩机3的入口与微藻培养罐1的CO2输出口连接，一级压缩机3的出口接入低温回热器4；低温回热器4包括顶部入口、底部入口、顶部出口和底部出口，第一高温回热器5包括底部入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；第一高温回热器5通过侧面出口与储气罐6相连；
超临界水热反应系统包括预热器7、超临界水热反应器8、CO2分离器9和第二高温回热器10；预热器7包括侧面入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；预热器7的侧面入口与O2罐2的一路出口连接；超临界水热反应器8包括燃料入口、O2入口和气体出口，超临界水热反应器8的O2入口与预热器7的侧面出口相连，超临界水热反应器8的气体出口与预热器7的顶部入口相连；CO2分离器9的入口与预热器7的顶部出口相连，CO2分离器9的出口分为两路，其中一路接入微藻培养罐1底部的CO2输入口，另一路与第二高温回热器10连接；第二高温回热器10包括底部入口、底部出口、顶部入口和侧面出口，第二高温回热器10通过底部出口接入热电发生系统；
太阳能利用系统包括低聚光比的抛物槽式集热器11，低聚光比的抛物槽式集热器11包括导热油出口和导热油回流口，其中导热油出口分成两路并分别连接于第一高温回热器5的顶部入口和第二高温回热器10的底部入口，第一高温回热器5的顶部出口和第二高温回热器10的底部出口汇合后连接于抛物槽式集热器11的导热油回流口；
热电发生系统包括二级压缩机12、一级透平13、第一发电机14、二级透平15、第二发电机16和余热锅炉17，储气罐6的出口汇合来自第二高温回热器10的侧面出口的管道和低温回热器4的底部出口的管道连接于二级压缩机12；二级压缩机12的出口分为两路，一路接入低温回热器4的底部入口，另一路接入一级透平13；一级透平13与二级透平15相连，一级透平13的出口分成两路，一路与二级透平15连接，另一路汇合来自低温回热器4的顶部出口的管道连接于第一高温回热器5的底部入口；一级透平13和二级透平15分别用于带动第一发电机14和第二发电机16发电；二级透平15与余热锅炉17的入口相连，余热锅炉17的输出端与一级压缩机3的出口汇合后连接于低温回热器4的顶部入口。
上述基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统的工作方法按气体流动划分为3个过程，具体如下：
1.CO2生产过程：
白天有阳光时，微藻进行光合作用产生O2储存在O2罐2中；夜晚O2罐2的O2进入微藻培养罐1的底部作为呼吸作用的反应物，微藻呼吸作用产生的CO2经过一级压缩机3后与来自余热锅炉17输出端的乏汽汇合进入低温回热器4，混合气体在低温回热器4内与来自二级压缩机12出口高温高压的CO2进行换热后变为450℃、20Mpa的CO2，随后中温中压的CO2混合来自一级透平13的出口乏汽进入第一高温回热器5；烟气在第一高温回热器5内与吸收太阳能后的导热油进行换热后进入储气罐6。
微藻培养罐1的气体输出口的两支路汇合处设置有三通阀，夜晚时O2输出口关闭，CO2输出口开启，白天时O2输出口开启，CO2输出口关闭；另外，储气罐6的输出口、第二高温回热器10的侧面出口和低温回热器4的底部出口的管道汇合处设置有四通阀，夜晚时储气罐6的输出口与低温回热器4的底部出口的阀门处于关闭状态，即超临界水热反应系统、热电发生系统处于运行状态；白天时，储气罐6的输出口与低温回热器4的底部出口的阀门均处于开启状态。
2.超临界水热反应过程：
O2罐2的O2进入预热器7与来自超临界水热反应器8的出口600℃、22Mpa的烟气进行预热，预热后的O2进入超临界水热反应器8的底部作为水热反应的氧化剂；燃料在超临界水热反应器8的内部发生氧化反应产生CO2、和N2，混合烟气在经过预热器7的冷却后进入CO2分离器9，分离后纯净的CO2部分进入微藻培养罐1的底部作为白天光合作用的反应物，部分进入第二高温回热器10与吸收太阳能后的导热油换热。
CO2分离器9的输出口设置有三通阀，白天微藻进行光合作用时，CO2分离器9的两支路阀门均处于开启状态，夜晚微藻进行呼吸作用时，CO2分离器9与微藻培养罐1连接的支路阀门处于关闭状态，CO2分离器9与第二高温回热器10相连的支路阀门处于开启状态。
3.热电发生过程：
第二高温回热器10的侧面出口输出的CO2、储气罐6输出的CO2和经过低温回热器4冷却的CO2混合进入二级压缩机12变为700℃、30Mpa的CO2，高温高压的CO2分为两部分，一部分进入低温回热器4加热低温CO2，另一部分进入一级透平13进行做功，带动第一发电机14发电；做功后的乏汽分为两部分，一部分与低温回热器4的顶部出口输出的CO2混合进入第一高温回热器5，另一部分进入二级透平15推动第二发电机16发电，二级透平15的出口乏汽则进入余热锅炉17，供用户供热使用，余热锅炉17的出口乏汽汇合一级压缩机3出口的CO2进入低温回热器4。
对比例。
参见图2，本实施例中，电力调峰系统包括CO2生产系统、太阳能利用系统、超临界水热反应系统以及热电发生系统；
CO2生产系统包括微藻培养罐1、O2罐2、一级压缩机3、低温回热器4、第一高温回热器5和储气罐6；微藻培养罐1包括O2输入口、CO2输入口和气体输出口，微藻培养罐1的气体输出口包括CO2输出口和O2输出口；
本实施例中微藻培养罐1中所用的微藻培养液是利用城市污水或超临界水热反应器中沉淀的盐类配制所得的微藻培养液，最终所得的微藻培养液，按每升计算，含有NaHCO3(4.5g)、MgSO4(0.2g)、NaNO3(1.5g)、CaCl2(0.04g)、FeSO4(0.01g)、K2SO4(1.0g)；
本实施例中微藻培养罐1中所用的微藻为能在工业浓盐水中生长的盐水藻或能在城市污水中生长的淡水藻如小球藻等，盐水藻可以取自中西部高原荒漠的大小盐湖中，小球藻取自泉州小球藻生产基地；因此本实用新型的微藻培养可在贫瘠地带或盐碱地等极端环境下进行。
微藻培养罐1的O2输出口与O2罐2连接，O2罐2的出口分成两路，其中一路接入超临界水热反应系统，另一路与微藻培养罐1底部的O2输入口连接；一级压缩机3的入口与微藻培养罐1的CO2输出口连接，一级压缩机3的出口接入低温回热器4；低温回热器4包括顶部入口、底部入口、顶部出口和底部出口，第一高温回热器5包括底部入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；第一高温回热器5通过侧面出口与储气罐6相连；
超临界水热反应系统包括预热器7、超临界水热反应器8、CO2分离器9和第二高温回热器10；预热器7包括侧面入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；预热器7的侧面入口与O2罐2的一路出口连接；超临界水热反应器8包括燃料入口、O2入口和气体出口，超临界水热反应器8的O2入口与预热器7的侧面出口相连，超临界水热反应器8的气体出口与预热器7的顶部入口相连；CO2分离器9的入口与预热器7的顶部出口相连，CO2分离器9的出口分为两路，其中一路接入微藻培养罐1底部的CO2输入口，另一路与第二高温回热器10连接；第二高温回热器10包括底部入口、底部出口、顶部入口和侧面出口，第二高温回热器10通过底部出口接入热电发生系统；
太阳能利用系统包括低聚光比的抛物槽式集热器11，低聚光比的抛物槽式集热器11包括导热油出口和导热油回流口，其中导热油出口分成两路并分别连接于第一高温回热器5的顶部入口和第二高温回热器10的底部入口，第一高温回热器5的顶部出口和第二高温回热器10的底部出口汇合后连接于抛物槽式集热器11的导热油回流口；
热电发生系统包括二级压缩机12、一级透平13、第一发电机14、二级透平15、第二发电机16和余热锅炉17，储气罐6的出口汇合来自第二高温回热器10的侧面出口的管道连接于二级压缩机12；二级压缩机12的出口接入一级透平13；一级透平13的出口与二级透平15连接，一级透平13和二级透平15分别用于带动第一发电机14和第二发电机16发电；二级透平15与余热锅炉17的入口相连，余热锅炉17的输出端与一级压缩机3的出口汇合后连接于低温回热器4的顶部入口。
上述电力调峰系统的工作方法按气体流动划分为3个过程，具体如下：
1.CO2生产过程：
白天有阳光时，微藻进行光合作用产生O2储存在O2罐2中；夜晚O2罐2的O2进入微藻培养罐1的底部作为呼吸作用的反应物，微藻呼吸作用产生的CO2经过一级压缩机3后与来自余热锅炉17输出端的乏汽汇合进入低温回热器4，混合气体在低温回热器4内与来自二级压缩机12出口高温高压的CO2进行换热后变为450℃、20Mpa的CO2，随后中温中压的CO2混合来自一级透平13的出口乏汽进入第一高温回热器5；烟气在第一高温回热器5内与吸收太阳能后的导热油进行换热后进入储气罐6。
微藻培养罐1的气体输出口的两支路汇合处设置有三通阀，夜晚时O2输出口关闭，CO2输出口开启，白天时O2输出口开启，CO2输出口关闭；另外，储气罐6的输出口、第二高温回热器10的侧面出口和低温回热器4的底部出口的管道汇合处设置有四通阀，夜晚时储气罐6的输出口与低温回热器4的底部出口的阀门处于关闭状态，即超临界水热反应系统、热电发生系统处于运行状态；白天时，储气罐6的输出口与低温回热器4的底部出口的阀门均处于开启状态。
2.超临界水热反应过程：
O2罐2的O2进入预热器7与来自超临界水热反应器8的出口600℃、22Mpa的烟气进行预热，预热后的O2进入超临界水热反应器8的底部作为水热反应的氧化剂；燃料在超临界水热反应器8的内部发生氧化反应产生CO2、和N2，混合烟气在经过预热器7的冷却后进入CO2分离器9，分离后纯净的CO2部分进入微藻培养罐1的底部作为白天光合作用的反应物，部分进入第二高温回热器10与吸收太阳能后的导热油换热。
CO2分离器9的输出口设置有三通阀，白天微藻进行光合作用时，CO2分离器9的两支路阀门均处于开启状态，夜晚微藻进行呼吸作用时，CO2分离器9与微藻培养罐1连接的支路阀门处于关闭状态，CO2分离器9与第二高温回热器10相连的支路阀门处于开启状态。
3.热电发生过程：
第二高温回热器10的侧面出口输出的CO2混合储气罐6输出的CO2进入二级压缩机12变为700℃、30Mpa的CO2，高温高压的CO2进入一级透平13进行做功，带动第一发电机14发电；做功后的乏汽分进入二级透平15推动第二发电机16发电，二级透平15的出口乏汽则进入余热锅炉17，供用户供热使用，余热锅炉17的出口乏汽汇合一级压缩机3出口的CO2进入低温回热器4。
相比实施例，对比例中少了一级透平13、二级压缩机12出口的抽气，对比例中低温回热器4的低温CO2靠辅助电源加热。
对上述的实施例和对比例进行了模拟计算，环境压力和温度分别取22℃和0.10MPa。所有模拟计算均假设白天太阳光正常的情况下，此时储气罐6输出CO2流量取25kg/s，CO2分离器9出口CO2进入微藻培养罐1与进入第二高温回热器10的比例为1：9；低聚光比的抛物槽式集热器11参考华电-中科太阳能试验基地所用的抛物槽式太阳能集热器，几何聚光比为91，导热油选用DOWTHERMA为传热介质；超临界水热反应器8所用水煤浆为大同燃煤制成，水煤浆供给速度为8kg/s。模拟参数设定如表1所示。
表1系统基本循环参数
循环参数 对照实施例1 实施例1
储气罐CO<sub>2</sub>压力、温度(Mpa、℃) 25、600 25、600
二级压缩机出口压力、温度(Mpa、℃) 30、700 30、700
一、二级压缩机压比 18.5 18.5
一、二级压缩机等熵效(%) 0.89 0.89
一、二级透平等熵效率(%) 0.91 0.91
一级透平抽气系数 / 0.3
余热锅炉节点温差 10 10
超临界水热反应器温度(℃)、压力(Mpa) / 700、25
预热器出口O<sub>2</sub>温度(℃) 230 230
为全面合理评价系统性能，采用基于热力学第一定律的热效率对系统性能进行分析，最终所得的系统热力学性能如下表2：
表2热力性能比较
对照实施例1 实施例1
水煤浆输入热值(KW) 143 143
电能消耗(KW·h) 30 0
太阳能输入热值（KW） 80 95
输出功(KW) 104 125
系统热效率(%) 41.1 52.5
注：表2计算公式：系统热效率＝系统输出功/(水煤浆输入热值+太阳能输入热值+电能消耗)
从上表2可以看出，模拟条件下，基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的调峰系统消耗水煤浆143kw，太阳能输入热值80kw，输出功为125kw，实施例的热效率为52.5％，而对比例中电能消耗30 KW·h，太阳能输入热值降低，输出功减少，其热效率为41.1％。
分析上述热效率明显提高的根本原因在于：首先是利用二级压缩机出口部分高温高压CO2加热进入低温回热器的低温CO2，省去对比例中辅助电源加热，可回收热量供热，降低热损；其次是对一级透平13的出口进行抽气回热，有效吸收导热油中的热量，充分实现了太阳能的梯级利用。
再者，本实用新型将微藻夜晚呼吸作用产生的CO2进行压缩、回热器升温后储存起来，作为白天超临界CO2发电的工质，能够缓解白天用电高峰，且该系统可利用白天微藻光合作用产生的O2作为超临界水热反应的氧化剂。同时实现了物质的循环利用，微藻白天光合作用产生的O2可供夜晚呼吸使用，而夜晚产生的CO2在经过发电后可作为白天光合作用的反应物。
综上所述，本实用新型中基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统具有很好的系统热力性能与经济效益，节能效果明显。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本实用新型已以实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统，其特征在于，包括CO2生产系统、太阳能利用系统、超临界水热反应系统以及热电发生系统；
所述CO2生产系统包括微藻培养罐（1）、O2罐（2）、一级压缩机（3）、低温回热器（4）、第一高温回热器（5）和储气罐（6）；所述微藻培养罐（1）包括O2输入口、CO2输入口和气体输出口，所述微藻培养罐（1）的气体输出口包括CO2输出口和O2输出口；所述微藻培养罐（1）的O2输出口与O2罐（2）连接，所述O2罐（2）的出口分成两路，其中一路接入所述超临界水热反应系统，另一路与所述微藻培养罐（1）底部的O2输入口连接；所述一级压缩机（3）的入口与所述微藻培养罐（1）的CO2输出口连接，所述一级压缩机（3）的出口接入所述低温回热器（4）；所述低温回热器（4）包括顶部入口、底部入口、顶部出口和底部出口，所述第一高温回热器（5）包括底部入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；所述第一高温回热器（5）通过侧面出口与所述储气罐（6）相连；
所述超临界水热反应系统包括预热器（7）、超临界水热反应器（8）、CO2分离器（9）和第二高温回热器（10）；所述预热器（7）包括侧面入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；所述预热器（7）的侧面入口与所述O2罐（2）的一路出口连接；所述超临界水热反应器（8）包括燃料入口、O2入口和气体出口，所述超临界水热反应器（8）的O2入口与所述预热器（7）的侧面出口相连，所述超临界水热反应器（8）的气体出口与所述预热器（7）的顶部入口相连；所述CO2分离器（9）的入口与所述预热器（7）的顶部出口相连，所述CO2分离器（9）的出口分为两路，其中一路接入所述微藻培养罐（1）底部的CO2输入口，另一路与所述第二高温回热器（10）连接；所述第二高温回热器（10）包括底部入口、底部出口、顶部入口和侧面出口，所述第二高温回热器（10）通过底部出口接入热电发生系统；
所述太阳能利用系统包括低聚光比的抛物槽式集热器（11），所述低聚光比的抛物槽式集热器（11）包括导热油出口和导热油回流口，其中导热油出口分成两路并分别连接于第一高温回热器（5）的顶部入口和第二高温回热器（10）的底部入口，所述第一高温回热器（5）的顶部出口和第二高温回热器（10）的底部出口汇合后连接于抛物槽式集热器（11）的导热油回流口；
所述热电发生系统包括二级压缩机（12）、一级透平（13）、第一发电机（14）、二级透平（15）、第二发电机（16）和余热锅炉（17），所述储气罐（6）的出口汇合来自所述第二高温回热器（10）的侧面出口的管道和低温回热器（4）的底部出口的管道连接于所述二级压缩机（12）；所述二级压缩机（12）的出口分为两路，一路接入所述低温回热器（4）的底部入口，另一路接入所述一级透平（13）；所述一级透平（13）与所述二级透平（15）相连，所述一级透平（13）的出口分成两路，一路与所述二级透平（15）连接，另一路汇合来自所述低温回热器（4）的顶部出口的管道连接于所述第一高温回热器（5）的底部入口；所述一级透平（13）和二级透平（15）分别用于带动所述第一发电机（14）和第二发电机（16）发电；所述二级透平（15）与所述余热锅炉（17）的入口相连，所述余热锅炉（17）的输出端与所述一级压缩机（3）的出口汇合后连接于所述低温回热器（4）的顶部入口；
所述微藻培养罐（1）的气体输出口的两支路汇合处设置有三通阀；另外，所述储气罐（6）的输出口、第二高温回热器（10）的侧面出口和低温回热器（4）的底部出口的管道汇合处设置有四通阀。
2.根据权利要求1所述的基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的系统，其特征在于，所述CO2分离器（9）的输出口设置有三通阀。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114958400A (zh) * 2022-03-31 2022-08-30 华电电力科学研究院有限公司 一种生物质综合利用方法

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