CN215292607U - 一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，利用超临界二氧化碳循环代替常规蒸汽朗肯循环；在余热锅炉中布置高温二氧化碳加热器、中温二氧化碳加热器和低温二氧化碳加热器加热超临界二氧化碳，高温二氧化碳加热器出口高温高压二氧化碳进入超临界二氧化碳循环；一次风以二氧化碳和烟气为热源分三级加热，二次风以二氧化碳和烟气为热源分二级加热；主压缩机出口分别与低温回热器高压二氧化碳入口和低温二氧化碳加热器二氧化碳入口连接；高温二氧化碳加热器二氧化碳入口与中温二氧化碳加热器二氧化碳出口和高温回热器高压二氧化碳出口连接。本实用新型提高了垃圾焚烧发电效率，缩小了垃圾焚烧发电厂的占地面积。
Description
技术领域
本实用新型属于垃圾发电技术领域，特别涉及一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统。
背景技术
近年来，随着我国社会经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，“垃圾围城”现象日益严峻，如何安全，无害化处理垃圾已成为我国目前发展所面临的主要问题之一。垃圾焚烧是垃圾处理的一种主要方式，其焚烧释放的热量可用来发电、供热、供冷等，具有减量化、无害化、资源化等优点。“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划指出，2020年底我国城市生活垃圾无害化处理率要高于 95％，其中垃圾焚烧处理将占无害化处理总能力50％以上。因此，推进垃圾资源化利用，大力发展垃圾焚烧发电是我国垃圾处理行业今后发展的重点之一。然而，垃圾焚烧发电机组的发电效率仅为18％～25％。
超临界二氧化碳循环具有高效、环保等优点，被视为未来发电的主要发展方向之一，其在火力发电，核能发电，太阳能热发电，余热发电，地热发电，生物质发电等领域的研究较多，但在垃圾焚烧发电领域的研究较少。超临界二氧化碳是一种理想工质，其成本低、不可燃、无腐蚀性且化学性质不活泼。当高温热源温度在600℃左右时，超临界二氧化碳循环的发电效率可达到的40％。并且，在中等压力 (8～20MPa)和中等温度(200℃～650℃)下，超临界二氧化碳循环的效率高于蒸汽朗肯循环。超临界二氧化碳循环核系统心设备结构简单，可模块化制造，电站的制造成本和运行成本较低。另外，由于超临界二氧化碳密度较大，相应的涡轮机械尺寸较小，系统结构紧凑。
由此，对垃圾焚烧锅炉与超临界二氧化碳发电循环进行集成，可缩小垃圾焚烧发电厂的占地面积，有望实现垃圾焚烧所产生热量的高效利用，进而解决垃圾焚烧发电厂效率偏低的问题。
实用新型内容
根据背景技术中所提到垃圾焚烧发电厂发电效率偏低的问题，并且注意到，在中等压力(8～20MPa)和中等温度(200℃～650℃)下，超临界二氧化碳循环的效率高于蒸汽朗肯循环，且超临界二氧化碳密度较大，相应的涡轮机械尺寸较小，系统结构紧凑。本实用新型提出了一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，主要包括垃圾焚烧炉，余热锅炉和超临界二氧化碳循环，以超临界二氧化碳循环代替常规蒸汽朗肯循环进行发电，提高了垃圾焚烧发电效率，缩小了垃圾焚烧发电厂的占地面积。
所述高温二氧化碳加热器出口高温高压二氧化碳进入透平膨胀做功，进而带动发电机发电；透平出口二氧化碳依次经过高温回热器与低温回热器释放热量，低温回热器出口二氧化碳分成两部分，一部分直接进入再压缩机加压，另一部分分成两股进入一次风一级加热器和二次风一级加热器进一步冷却；再压缩机出口高压二氧化碳与低温回热器出口高压二氧化碳混合后进入高温回热器，一次风一级加热器和二次风一级加热器出口二氧化碳混合后经主压缩机加压后分成两部分，一部分依次进入低温回热器和高温回热器吸收二氧化碳热量，另一部分依次经余热锅炉中的低温二氧化碳加热器和中温二氧化碳加热器吸收烟气热量；高温回热器出口高压二氧化碳与中温二氧化碳加热器出口二氧化碳混合后进入高温二氧化碳加热器吸收烟气热量，出口高温高压二氧化碳进入透平，由此完成整个循环。
所述垃圾焚烧炉出口高温烟气进入余热锅炉，依次经过高温二氧化碳加热器，中温二氧化碳加热器，低温二氧化碳加热器和一次风三级加热器，而后分成两股经过一次风二级加热器和二次风二级加热器，余热锅炉出口烟气进入烟气处理系统。
所述垃圾焚烧炉的一次风加热过程为：一次风进入一次风一级加热器吸收二氧化碳的热量，而后一次风进入余热锅炉，依次经过一次风二级加热器和一次风三级加热器吸收烟气热量，达到设计温度后从下部送至垃圾焚烧炉用于干燥和助燃。
所述垃圾焚烧炉的二次风加热过程为：二次风进入二次风一级加热器吸收二氧化碳的热量，而后二次风进入余热锅炉，在二次风二级加热器中吸收烟气热量，达到设计温度后送至垃圾焚烧炉用于提高燃烧效果及保持燃烧室的温度。
具体地，高温二氧化碳加热器为辐射式换热器。
具体地，中温二氧化碳加热器、低温二氧化碳加热器、一次风三级加热器、一次风二级加热器和二次风二级加热器为对流式换热器。
具体地，低温二氧化碳加热器出口烟气温度为220～320℃。
具体地，低温二氧化碳加热器进口二氧化碳温度为80～180℃。
具体地，中温二氧化碳加热器出口烟气温度为350～450℃。
具体地，中温二氧化碳加热器进口二氧化碳温度为200～300℃。
具体地，高温二氧化碳加热器出口烟气温度为550～650℃。
具体地，高温二氧化碳加热器进口二氧化碳温度为350～480℃。
具体地，高温二氧化碳加热器出口二氧化碳温度为500～800℃，压力为15～30MPa。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提出的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，是一种新型垃圾焚烧发电系统。在中等压力(8～20MPa)和中等温度(200℃～650℃)下，超临界二氧化碳循环的效率高于蒸汽朗肯循环，且超临界二氧化碳密度较大，相应的涡轮机械尺寸较小，系统结构紧凑。该系统由垃圾焚烧炉，余热锅炉和超临界二氧化碳循环组成，以超临界二氧化碳循环代替常规蒸汽朗肯循环进行发电，提高了垃圾焚烧发电效率，且超临界二氧化碳设备结构紧凑，缩小了垃圾焚烧发电厂的占地面积。
附图说明
图1为一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统结构示意图。
图中：1-垃圾焚烧炉；2-余热锅炉；3-高温二氧化碳加热器；4-中温二氧化碳加热器；5-低温二氧化碳加热器；6-一次风三级加热器；7-一次风二级加热器；8-二次风二级加热器；9-透平；10-发电机；11- 高温回热器；12-低温回热器；13-再压缩机；14-二次风一级加热器；15-一次风一级加热器；16-主压缩机
具体实施方式
本实用新型提供了一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及应用。
图1所示为一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统。
如图1所示，本实用新型提供的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，主要包括了垃圾焚烧炉，余热锅炉和超临界二氧化碳循环。其中余热锅炉包括高温二氧化碳加热器3，中温二氧化碳加热器4，低温二氧化碳加热器5，一次风三级加热器6，一次风二级加热器7和二次风二级加热器8。其中超临界二氧化碳循环包括透平 9，发电机10，高温回热器11，低温回热器12，再压缩机13，二次风一级加热器14，一次风一级加热器15和主压缩机16。
优选地，高温二氧化碳加热器3为辐射式换热器。
优选地，中温二氧化碳加热器4、低温二氧化碳加热器5、一次风三级加热器6、一次风二级加热器7和二次风二级加热器8为对流式换热器。
优选地，低温二氧化碳加热器5出口烟气温度为220～320℃。
优选地，低温二氧化碳加热器5进口二氧化碳温度为80～180℃。
优选地，中温二氧化碳加热器4出口烟气温度为350～450℃。
优选地，中温二氧化碳加热器4进口二氧化碳温度为200～300℃。
优选地，高温二氧化碳加热器3出口烟气温度为550～650℃。
优选地，高温二氧化碳加热器3进口二氧化碳温度为350～480℃。
优选地，高温二氧化碳加热器3出口二氧化碳温度为500～800℃，压力为15～30MPa。
如图1所示高温二氧化碳加热器3出口高温高压二氧化碳进入透平9膨胀做功，进而带动发电机10发电；透平9出口二氧化碳依次经过高温回热器11与低温回热器12释放热量，低温回热器12低压出口二氧化碳分成两部分，一部分直接进入再压缩机13加压，另一部分分成两股进入一次风一级加热器15和二次风一级加热器14进一步冷却；再压缩机13出口与低温回热器12出口高压二氧化碳混合后进入高温回热器11，一次风一级加热器15和二次风一级加热器14 出口二氧化碳混合后经主压缩机16加压后分成两部分，一部分依次进入低温回热器12和高温回热器11吸收二氧化碳热量，另一部分依次经余热锅炉2中的低温二氧化碳加热器5和中温二氧化碳加热器4 吸收烟气热量；高温回热器11出口高压二氧化碳与中温二氧化碳加热器4出口二氧化碳混合后进入高温二氧化碳加热器3吸收烟气热量，出口高温高压二氧化碳进入透平9，由此完成整个循环。
垃圾焚烧炉1出口高温烟气进入余热锅炉2，依次经过高温二氧化碳加热器3，中温二氧化碳加热器4，低温二氧化碳加热器5和一次风三级加热器6，而后分成两股经过一次风二级加热器7和二次风二级加热器8，余热锅炉2出口烟气进入烟气处理系统。
垃圾焚烧炉1的一次风加热过程为：一次风进入一次风一级加热器15吸收二氧化碳的热量，而后一次风进入余热锅炉2，依次经过一次风二级加热器7和一次风三级加热器6吸收烟气热量，达到设计温度后从下部送至垃圾焚烧炉1用于干燥和助燃。垃圾焚烧炉1的二次风加热过程为：二次风进入二次风一级加热14器吸收二氧化碳的热量，而后二次风进入余热锅炉2，在二次风二级加热器8中吸收烟气热量，达到设计温度后送至垃圾焚烧炉1用于提高燃烧效果及保持燃烧室的温度。
本实用新型提出的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，主要包括垃圾焚烧炉，余热锅炉和超临界二氧化碳循环，以超临界二氧化碳循环代替常规蒸汽朗肯循环进行发电，提高了垃圾焚烧发电效率，缩小了垃圾焚烧发电厂的占地面积。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，可对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (8)
1.一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，其特征是包括了垃圾焚烧炉(1)、余热锅炉(2)和超临界二氧化碳循环；余热锅炉包括高温二氧化碳加热器(3)，中温二氧化碳加热器(4)，低温二氧化碳加热器(5)，一次风三级加热器(6)，一次风二级加热器(7)和二次风二级加热器(8)；超临界二氧化碳循环包括透平(9)，发电机(10)，高温回热器(11)，低温回热器(12)，再压缩机(13)，二次风一级加热器(14)，一次风一级加热器(15)和主压缩机(16)；透平(9)带动发电机(10)发电；透平(9)出口与高温回热器(11)和低温回热器(12)依次连接，低温回热器(12)低压二氧化碳出口与再压缩机(13)入口，二次风一级加热器(14)二氧化碳入口和一次风一级加热器(15)二氧化碳入口分别连接；再压缩机(13)出口与高温回热器(11)高压二氧化碳入口相连；二次风一级加热器(14)和一次风一级加热器(15)二氧化碳出口与主压缩机(16)入口相连，主压缩机(16)出口分别与低温二氧化碳加热器(5)二氧化碳入口和低温回热器(12)高压二氧化碳入口相连接；低温二氧化碳加热器(5)出口，中温二氧化碳加热器(4)入口和高温二氧化碳加热器(3)入口依次连接；低温回热器(12)高压二氧化碳出口与高温回热器(11)高压二氧化碳入口相连接，高温回热器(11)高压二氧化碳出口与高温二氧化碳加热器(3)二氧化碳入口相连；高温二氧化碳加热器(3)二氧化碳出口与透平(9)入口相连；垃圾焚烧炉(1)出口与余热锅炉(2)入口相连；高温二氧化碳加热器(3)，中温二氧化碳加热器(4)，低温二氧化碳加热器(5)和一次风三级加热器(6)为串联布置；一次风二级加热器(7)和二次风二级加热器(8)为并联布置；余热锅炉(2)出口与烟气处理系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，其特征在于一次风一级加热器(15)，一次风二级加热器(7)和一次风三级加热器(6)在一次风侧依次连接。
3.根据权利要求1所述的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，其特征在于二次风一级加热器(14)和二次风二级加热器(8)在二次风侧依次连接。
4.根据权利要求1所述的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，其特征在于主压缩机(16)出口分别连接低温二氧化碳加热器(5)二氧化碳入口和低温回热器(12)高压二氧化碳入口。
5.根据权利要求1所述的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，其特征在于高温二氧化碳加热器(3)二氧化碳入口与中温二氧化碳加热器(4)二氧化碳出口和高温回热器(11)高压二氧化碳出口连接。
6.根据权利要求1所述的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，其特征在于高温二氧化碳加热器(3)为辐射式换热器。
7.根据权利要求1所述的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，其特征在于中温二氧化碳加热器(4)，低温二氧化碳加热器(5)，一次风三级加热器(6)，一次风二级加热器(7)和二次风二级加热器(8)为对流式换热器。
8.根据权利要求1所述的一种集成超临界二氧化碳循环的垃圾焚烧发电系统，其特征在于低温二氧化碳加热器(5)出口烟气温度为220～320℃；低温二氧化碳加热器(5)进口二氧化碳温度为80～180℃；中温二氧化碳加热器(4)出口烟气温度为350～450℃；中温二氧化碳加热器(4)进口二氧化碳温度为200～300℃；高温二氧化碳加热器(3)出口烟气温度为550～650℃；高温二氧化碳加热器(3)进口二氧化碳温度为350～480℃；高温二氧化碳加热器(3)出口二氧化碳温度为500～800℃，压力为15～30MPa。
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| CN115640659A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-01-24 | 中国核动力研究设计院 | 一种跨临界二氧化碳离心压气机的设计方法 |
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| CN115640659B (zh) * | 2022-12-08 | 2023-04-07 | 中国核动力研究设计院 | 一种跨临界二氧化碳离心压气机的设计方法 |
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