CN216008698U - 一种集成超临界co2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成超临界CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统，该系统包括：生物质气化系统、烧生物质燃料气的燃气轮机发电系统、超临界CO2循环发电系统和吸收式热泵等部分。其中，生物质气化并净化后的生物质燃料气在燃烧室燃烧后进入燃气轮机做功，利用燃气轮机尾部烟气在余热锅炉中加热CO2工质，CO2循环代替常规蒸汽朗肯循环进行发电，通过余热锅炉后的烟气作为吸收式热泵的高温热源，以地源作为吸收式热泵的低温热源；在供暖季，利用吸收式热泵加热热网水，实现了对生物质气化发电的深度余热利用。综上，整个系统实现了热电联产，实现了能量的梯级利用，并利用CO2循环提高了对生物质燃料气产生热量的利用效率。
Description
技术领域
本实用新型属于生物质气化发电技术领域，特别涉及一种集成超临界CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统。
背景技术
目前在世界上，我国的能源消耗总量排第一，在当前鼓励倡导可再生能源开发利用、实现能源结构转型的发展形势下，可再生能源如生物质能发电供暖不仅有助于改善我国能源结构、应对天气变化、落实我国一次能源尤其是煤炭消耗限制策略并最终达成非化石能源利用目标，还有利于构建低碳社会、走上可持续发展道路，清洁的生物质能源不仅是可再生能源，同时其储量仅次于煤、石油、天然气，在世界上的储量排在第四位，约占世界能源消费的10.0％。生物质经过气化以及净化后送入燃烧室中燃烧，带动燃气轮机产生电能，考虑到燃料气燃烧后的排气温度过高，可以在尾气排放处额外设置一个余热锅炉进行余热利用，通常该余热锅炉用于加热蒸汽进蒸汽轮机做功发电，即生物质气化联合循环发电系统。
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。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，因此采用超临界二氧化碳循环替代常规蒸汽朗肯循环进行发电，能使机组效率更高。
供热技术方面，通过余热锅炉放热后的烟气还具有一部分热量可以被利用，若能通过吸收式热泵回收利用余热承担一部分供热任务，不仅有效回收利用了这部分余热，同时实现了能量的梯级利用，保证供热需求提高机组的能源利用率，具有重要的节能潜力与发展意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种集成超临界CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统，其特征在于，系统主要包括生物质气化系统、燃气轮机发电系统，吸收式热泵，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，提高了生物质气化发电效率。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
所述生物质进入生物质气化炉进行气化，气化后的合成气进入合成气净化装置净化处理后，再进入到燃烧室中燃烧变成烟气；气化炉中的气化剂和燃烧室中的氧气均由压缩机处理过的空气提供；燃烧室中进行燃烧后的烟气进入燃气轮机做功带动同轴1#发电机发电；燃气轮机中做完功的乏气进入余热锅炉中加热二氧化碳，然后进入吸收式热泵作为高温驱动热源放热。
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2#发电机发电；透平出口二氧化碳经过回热器释放热量，然后进入地源加热器中对地源进行预热，地源加热器出口的二氧化碳进入二氧化碳压缩机进行压缩；二氧化碳压缩机出口的二氧化碳分成两部分，一部分进入回热器吸收二氧化碳热量，另一部分依次经过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；回热器出口的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。
所属吸收式热泵以余热锅炉出口烟气作为高温热源，在地源加热器中预热过的地源作为低温热源，加热热网水为居民供热。
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CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统，是一种新型生物质气化发电系统。该系统由生物质气化燃气轮机发电系统，余热锅炉，超临界二氧化碳循环和吸收式热泵组成。
受生物质整体气化联合循环启发，考虑到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，可以缩小生物质气化发电占地面积，而且在中等温度压力之下超临界二氧化碳循环的效率高于蒸汽朗肯循环，故采用超临界二氧化碳循环取代蒸汽朗肯循环。
另外该系统利用余热锅炉出口烟气作为高温驱动热源，以地源作为低温驱动热源，有效地回收利用了余热锅炉排烟余热和地源热量，实现了对生物质气化发电烟气的深度余热利用，本系统利用吸收来的热量通过吸收式热泵加热热网水为居民供热，在回收预热的同时实现了能量的梯级利用。
附图说明
图1为一种集成超临界CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统结构示意图。
图中：1-气化炉；2-合成气净化装置；3-燃烧室；4-燃气轮机； 5-1#发电机；6-压缩机；7-余热锅炉；8-高温二氧化碳加热器；9-中温二氧化碳加热器；10-低温二氧化碳加热器；11-透平；12-2#发电机； 13-回热器；14-地源加热器；15-二氧化碳压缩机；16-吸收式热泵
具体实施方式
本实用新型提供了一种集成超临界CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统，下面结合附图和具体实施方式对本系统工作原理做进一步说明，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CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统的示意图。生物质气化炉1、合成气净化装置2、燃烧室3、燃气轮机4、1#发电机5、压缩机6、余热锅炉7、高温二氧化碳加热器8、中温二氧化碳加热器9、低温二氧化碳加热器10、透平11、2#发电机12、回热器13、地源加热器14、二氧化碳压缩机 15和吸收式热泵16，其特征在于所述生物质进入生物质气化炉1进行气化，气化后的合成气进入合成气净化装置2净化处理后，再进入到燃烧室3中燃烧变成烟气；气化炉中的气化剂和燃烧室3中的氧气均由压缩机6处理过的空气提供；燃烧室3中进行燃烧后的烟气进入燃气轮机4做功带动同轴1#发电机5发电；燃气轮机4中做完功的乏气进入余热锅炉7中加热二氧化碳，然后进入吸收式热泵16作为高温驱动热源放热。
所述高温二氧化碳加热器8出口高温高压二氧化碳进入透平11 膨胀做功，进而带动2#发电机12发电；透平11出口二氧化碳经过回热器13释放热量，然后进入地源加热器14中预热地源，地源加热器14出口的二氧化碳进入二氧化碳压缩机15进行压缩；二氧化碳压缩机15出口的二氧化碳分成两部分，一部分进入回热器13吸收二氧化碳热量，另一部分依次经过余热锅炉7中的低温二氧化碳加热器 10和中温二氧化碳加热器9吸收烟气热量；回热器13出口的高压二氧化碳与中温二氧化碳加热器9出口二氧化碳混合后进入高温二氧化碳加热器8吸收烟气热量，出口高温高压二氧化碳进入透平11，由此完成整个循环。
所述吸收式热泵16以余热锅炉7出口250℃～350℃的烟气作为高温热源，以在CO2地源加热器14中预热过的地源作为低温热源，加热热网水为居民供热。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种集成超临界CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统，主要包括生物质气化炉(1)、合成气净化装置(2)、燃烧室(3)、燃气轮机(4)、1#发电机(5)、压缩机(6)、余热锅炉(7)、高温二氧化碳加热器(8)、中温二氧化碳加热器(9)、低温二氧化碳加热器(10)、透平(11)、2#发电机(12)、回热器(13)、地源加热器(14)、二氧化碳压缩机(15)和吸收式热泵(16)，其特征在于生物质流入气化炉(1)入口后，依次通过合成气净化装置(2)、燃烧室(3)并进入燃气轮机(4)做功，驱动与燃气轮机(4)同轴的1#发电机(5)发电，压缩机(6)为气化炉(1)与燃烧室(3)提供空气，燃气轮机(4)出口与余热锅炉(7)入口相连；在超临界二氧化碳循环中，高温二氧化碳加热器(8)出口二氧化碳与透平(11)入口相连；透平(11)带动2#发电机(12)发电；透平(11)出口依次与回热器(13)和地源加热器(14)相连；地源加热器(14)出口与二氧化碳压缩机(15)相连；二氧化碳压缩机(15)出口流向分为两股，一股依次进入回热器(13)和高温二氧化碳加热器(8)，另外一股进入余热锅炉(7)后依次通过低温二氧化碳加热器(10)、中温二氧化碳加热器(9)和高温二氧化碳加热器(8)；烟气从余热锅炉(7)出口流出后，作为高温热源流向吸收式热泵(16)，作为动力源放热后排入大气，地源作为低温热源流向吸收式热泵(16)，在吸收式热泵(16)中进行放热，加热热网给水，热网给水在吸收式热泵(16)中吸热达到合格温度后前往供热。
2.根据权利要求1所述的一种集成超临界CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统，其特征在于余热锅炉(7)包括高温二氧化碳加热器(8)，中温二氧化碳加热器(9)，低温二氧化碳加热器(10)。
3.根据权利要求1所述的一种集成超临界CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统，其特征在于地源先在二氧化碳循环中通过地源加热器(14)预热后作为低温驱动热源送入吸收式热泵(16)，烟气余热作为高温驱动热源送入吸收式热泵(16)，加热热网水为居民供热。
4.根据权利要求1所述的一种集成超临界CO2循环和吸收式热泵的生物质气化热电联产系统，其特征在于低温二氧化碳加热器(10)出口烟气温度为250℃～350℃。
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