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一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:11175842閱讀:920來源:國知局
一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制造方法與工藝

本實用新型涉及一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),屬于分布式能源技術(shù)領(lǐng)域。



背景技術(shù):

太陽能是取之不盡、用之不竭的綠色能源,是未來可再生能源的發(fā)展方向之一,其中太陽能熱發(fā)電是太陽能利用的一類重要技術(shù)手段,近年來這項技術(shù)發(fā)展十分迅速。但是,以單純的太陽能模式運行的太陽能熱電站存在許多問題,特別是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的投資和發(fā)電成本較高,儲熱技術(shù)還不夠成熟。因此,太陽能與其它能源綜合互補的利用模式,不僅可以有效地解決太陽能利用不穩(wěn)定的問題,還可利用其它發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢。對于分布式發(fā)電系統(tǒng),可以考慮將燃氣與太陽能熱相結(jié)合,形成互補發(fā)電系統(tǒng),并且應(yīng)用先進的動力循環(huán)系統(tǒng),實現(xiàn)比現(xiàn)有的蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)更高的效率和更小的體積。

近年來,超臨界二氧化碳循環(huán)成為熱點,并且被認(rèn)為具有諸多潛在優(yōu)勢。二氧化碳的臨界點為31℃/7.4MPa,在溫度和壓力超過臨界點時的狀態(tài)為超臨界態(tài)。超臨界二氧化碳循環(huán)的研究始于上世紀(jì)四十年代,在六、七十年代取得階段性研究成果,之后主要由于透平機械、緊湊式熱交換器制造技術(shù)不成熟而中止,直至本世紀(jì)初,超臨界二氧化碳循環(huán)的研究在美國再度興起,并為世界其它國家所關(guān)注。由于二氧化碳化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、密度高、無毒性、低成本,循環(huán)系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高,超臨界二氧化碳循環(huán)可以與各種熱源組合成發(fā)電系統(tǒng),被認(rèn)為在火力發(fā)電、核能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、余熱發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

以燃氣及太陽能熱作為熱源,燃氣作為高溫?zé)嵩?,而太陽能熱作為低溫?zé)嵩矗捎贸R界二氧化碳循環(huán)可以組成新型發(fā)電系統(tǒng)或冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng),不但可獲得較高的發(fā)電效率,并且系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、發(fā)電成本較低,十分適用于分布式能源。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本實用新型的目的是將燃氣與太陽能熱相結(jié)合,組成高溫、低溫?zé)嵩椿パa的發(fā)電系統(tǒng),提高發(fā)電效率,并且使系統(tǒng)更加緊湊和小型化。

為了達到上述目的,本實用新型的技術(shù)方案是提供了一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),其特征在于,包括太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng),太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng)經(jīng)由傳熱回路與溴化鋰吸收式制冷機,溴化鋰吸收式制冷機經(jīng)由傳熱回路獲得太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng)中的熱量,溴化鋰吸收式制冷機同時還獲得二氧化碳透平排出工質(zhì)的余熱,并依次傳遞至空氣預(yù)熱器、冷卻器一、帶中間冷卻的多級壓縮機、冷卻器二,溴化鋰吸收式制冷機產(chǎn)生的冷量傳遞給冷媒后,被分別送至冷卻器一、帶中間冷卻的多級壓縮機、冷卻器二,再回到溴化鋰吸收式制冷機重新接收冷量,冷卻器二輸出的冷卻后的工質(zhì)一方面回到太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng)重新吸收熱量后輸入燃氣爐,另一方面經(jīng)由低溫?zé)煔鈸Q熱器吸收燃氣爐排出煙氣熱量后再輸入燃氣爐,輸入燃氣爐的工質(zhì)吸收燃氣爐爐膛中的熱量后再通往二氧化碳透平膨脹做功以推動發(fā)電機發(fā)電;

鼓風(fēng)機與空氣預(yù)熱器相連,鼓風(fēng)機產(chǎn)生的空氣經(jīng)過空氣預(yù)熱器加熱后進入燃氣爐中,同時,燃氣經(jīng)由燃氣入口進入燃氣爐中,燃氣爐排出煙氣的余熱經(jīng)由煙氣排放口通過低溫?zé)煔鈸Q熱器傳遞給工質(zhì)。

優(yōu)選地,所述太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng)包括熱媒循環(huán)泵一、太陽能集熱器及儲熱罐,儲熱罐的出口端經(jīng)由熱媒循環(huán)泵一與太陽能集熱器的進口端相連,太陽能集熱器的出口端與儲熱罐的進口端相連。

優(yōu)選地,所述傳熱回路包括設(shè)于所述儲熱罐內(nèi)的換熱器一和設(shè)于所述溴化鋰吸收式制冷機內(nèi)的換熱器二,換熱器一經(jīng)由熱媒循環(huán)泵二與換熱器二相連。

優(yōu)選地,所述溴化鋰吸收式制冷機的熱量通過水冷器排至環(huán)境。

優(yōu)選地,所述溴化鋰吸收式制冷機通過換熱器三將冷量傳給冷媒,換熱器三連接冷媒循環(huán)泵,冷媒循環(huán)泵出口分為三路,分別通往所述冷卻器一、所述帶中間冷卻的多級壓縮機和所述冷卻器二。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型的有益效果是:

1、本實用新型中的燃氣與太陽能熱相結(jié)合,高溫、低溫?zé)嵩椿パa,超臨界二氧化碳循環(huán)利用燃氣和太陽能熱進行發(fā)電,可發(fā)揮超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電效率高的優(yōu)勢,并可實現(xiàn)冷熱電三聯(lián)供。

2、本實用新型的系統(tǒng)簡單,結(jié)構(gòu)緊湊,發(fā)電成本較低,可實現(xiàn)小型化和模塊化,適用于分布式能源。

3、本實用新型的太陽能集熱器工作溫度低,可采用低成本的平板或真空管集熱器,有利于降低系統(tǒng)造價。

附圖說明

圖1為本實施例提供的一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng);

其中,1-熱媒循環(huán)泵一,2-太陽能集熱器,3-儲熱罐,4-熱媒循環(huán)泵二,5-換熱器一,6-換熱器二,7-水冷器,8-換熱器三,9-冷媒循環(huán)泵,10-鼓風(fēng)機,11-二氧化碳泵,12-換熱器四,13-低溫?zé)煔鈸Q熱器,14-高溫?zé)煔鈸Q熱器,15-二氧化碳透平,16-發(fā)電機,17-換熱器五,18-溴化鋰吸收式制冷機,19-空氣預(yù)熱器,20-冷卻器一,21-帶中間冷卻的多級壓縮機,22-冷卻器二,23-燃氣入口,24-燃氣爐,25-煙氣排放口。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例,進一步闡述本實用新型。應(yīng)理解,這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解,在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改,這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

圖1為本實施例提供的一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,所述的一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)由以下部件組成:

熱媒循環(huán)泵一1,用于驅(qū)動傳熱介質(zhì)流動,通過傳熱介質(zhì)從太陽能集熱器2中吸收熱量;

太陽能集熱器2,用于吸收太陽光輻射能量并轉(zhuǎn)換為熱能,可采用平板或真空管集熱器,工作溫度為120-200℃,采用的傳熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油或其它適用介質(zhì);

儲熱罐3,用于儲熱太陽能熱;

熱媒循環(huán)泵二4,用于驅(qū)動傳熱介質(zhì)流動,通過傳熱介質(zhì)從儲熱罐3中吸收熱量用于溴化鋰吸收式制冷機18制冷;

換熱器一5,用于將儲熱罐3的熱量傳遞給傳熱介質(zhì);

換熱器二6,用于將傳熱介質(zhì)的熱量釋放給溴化鋰吸收式制冷機18中的發(fā)生器;

熱媒循環(huán)泵二6、換熱器一5和換熱器二6組成的傳熱回路中的采用的傳熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油或其它適用介質(zhì),工作溫度為150-200℃;

水冷器7,用于將溴化鋰吸收式制冷機18產(chǎn)生的熱量釋放至環(huán)境;

換熱器三8,用于將化鋰吸收式制冷機18產(chǎn)生的冷量傳給冷媒水;

冷媒循環(huán)泵9,用于驅(qū)動冷媒水流動;

鼓風(fēng)機10;用于向燃氣爐24提供空氣;

二氧化碳泵11,用于二氧化碳工質(zhì)增壓,出口壓力為15-25MPa;

換熱器四12,用于使二氧化碳工質(zhì)吸收儲熱罐3的熱量;

低溫?zé)煔鈸Q熱器13,用于使二氧化碳工質(zhì)吸收燃氣爐24排出煙氣熱量;

高溫?zé)煔鈸Q熱器14,用于使二氧化碳工質(zhì)吸收燃氣爐24爐膛中的熱量,由兩個或兩個以上不同工作溫度的換熱器組合;

二氧化碳透平15,用于將二氧化碳工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換成機械能,入口溫度為450-650℃,出口壓力為1-3MPa;

發(fā)電機16,用于將二氧化碳透平15輸出的機械能轉(zhuǎn)換成電能,發(fā)電功率為幾百千瓦至幾千千瓦;

換熱器五17,用于將二氧化碳透平15排出工質(zhì)的熱量傳遞給溴化鋰吸收式制冷機18中的發(fā)生器;

溴化鋰吸收式制冷機18,用于產(chǎn)生冷量,通過換熱器二6、換熱器五17將熱量輸入發(fā)生器,冷量由冷媒回路輸出至冷卻器一20,帶中間冷卻的多級壓縮機21,冷卻器二22,產(chǎn)生的熱量由水冷器7排出,溴化鋰吸收式制冷機18為雙效制冷機;

空氣預(yù)熱器19,用于預(yù)熱進入燃氣爐24的空氣;

冷卻器一20,用于冷卻二氧化碳工質(zhì);

帶中間冷卻的多級壓縮機21,用于逐級增壓二氧化碳工質(zhì)并中間冷卻,級數(shù)為3級或3級以上;

冷卻器二22,用于冷卻二氧化碳工質(zhì)至液態(tài);

燃氣入口23,用于注入燃氣至燃氣爐24;

燃氣爐24,用于燃氣燃燒產(chǎn)生熱量,所用的燃氣為天然氣、煤氣或其它適用燃料;

煙氣排放口25,用于燃氣爐24煙氣排放;

系統(tǒng)的各個設(shè)備之間通過管道連接,根據(jù)系統(tǒng)控制需要,管道上可布置閥門、流體機械、儀表。組成系統(tǒng)的其它部分還有輔助設(shè)施、電氣系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)等。

上述的一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的工作方法如下:

在熱媒循環(huán)泵一1的驅(qū)動下傳熱介質(zhì)從儲熱罐3輸送至太陽能集熱器2,太陽能集熱器2吸收太陽光輻射能量,并加熱其中的傳熱介質(zhì),加熱后的傳熱介質(zhì)輸送至儲熱罐3,如此循環(huán)使儲熱罐3中的傳熱介質(zhì)達到預(yù)期的溫度(例如:150℃)并同時將熱量儲存其中,用于為溴化鋰吸收式制冷機18提供一部分熱量,以及為二氧化碳泵11輸出的二氧化碳工質(zhì)提供一部分熱量。

在熱媒循環(huán)泵二4的驅(qū)動下傳熱介質(zhì)循環(huán)流動,通過換熱器一5從儲熱罐3吸收熱量,再通過換熱器二6將熱量傳給溴化鋰吸收式制冷機18中的發(fā)生器,水冷器7將溴化鋰吸收式制冷機18產(chǎn)生的熱量釋放至環(huán)境,從而使溴化鋰吸收式制冷機18實現(xiàn)制冷工作,二氧化碳透平15排出的二氧化碳工質(zhì)的一部分熱量通過換熱器五17也提供給溴化鋰吸收式制冷機18用于制冷,溴化鋰吸收式制冷機18通過換熱器三8將冷量傳給冷媒,冷媒循環(huán)泵9出口分為三路,分別通往冷卻器一20、帶中間冷卻的多級壓縮機21和冷卻器二22,冷卻二氧化碳工質(zhì),冷媒最后再經(jīng)換熱器五17返回至冷媒循環(huán)泵9。

鼓風(fēng)機10將空氣輸送至空氣預(yù)熱器19加熱,再送往燃氣爐24,燃氣通過燃氣入口23進入燃氣爐24,燃氣在燃氣爐24中燃燒產(chǎn)生的熱量通過高溫?zé)煔鈸Q熱器14和低溫?zé)煔鈸Q熱器13傳給二氧化碳工質(zhì)。

在超臨界二氧化碳循環(huán)回路中,二氧化碳泵11將液態(tài)的低溫二氧化碳工質(zhì)增壓至高壓(例如:升至20MPa),之后分為兩路,一路通往換熱器四12,從儲熱罐3吸收熱量,另一路通往低溫?zé)煔鈸Q熱器13,吸收燃氣爐24排出煙氣熱量,二氧化碳工質(zhì)在加熱過程中溫度超過臨界溫度后轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài),然后兩路二氧化碳工質(zhì)合并成一路進入高溫?zé)煔鈸Q熱器14,吸收燃氣爐24爐膛中的熱量,高溫二氧化碳(例如:500℃)工質(zhì)進入二氧化碳透平15,二氧化碳工質(zhì)膨脹做功并推動發(fā)電機16發(fā)電,二氧化碳透平15排出的二氧化碳工質(zhì)壓力降低(例如:2MPa),溫度也降低,之后先經(jīng)過換熱器五17,將一部分熱量用于溴化鋰吸收式制冷機18的制冷,再經(jīng)過空氣預(yù)熱器19將一部分熱量傳給鼓風(fēng)機10排出的空氣以節(jié)省燃氣爐24的燃料消耗,然后二氧化碳工質(zhì)經(jīng)過冷卻器一20降溫(例如:降至10℃),再經(jīng)帶中間冷卻的多級壓縮機21逐級增壓(例如:分4級),級與級之間中間冷卻(例如:降至10℃)以減少壓縮功耗,二氧化碳工質(zhì)壓力升高(例如:5MPa),再經(jīng)冷卻器二22降溫至液態(tài)(例如:10℃),液態(tài)的低溫二氧化碳工質(zhì)最后回到二氧化碳泵11,如此完成超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電。

本實用新型的系統(tǒng)也可用于冷熱電三聯(lián)供,溴化鋰吸收式制冷機18可用于供冷,供熱所需熱量可由燃氣爐24、儲熱罐3、二氧化碳透平15排氣提供,超臨界二氧化碳循環(huán)提供電能。

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