[發明專利]一種超臨界CO2工質循環發電系統

有效

• 申請號: 201410091771.6
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103806969A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 謝建;侯祥松;楊俊
• 申請（專利權）人: 中冶賽迪工程技術股份有限公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K27/00;F25B15/00
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司 50209
• 代理人: 張愛云

技術領域

??????本發明涉及中低溫廢水、廢氣余熱回收及發電技術，具體利用二氧化碳作為循環工質對中低溫廢水、廢氣的余熱進行回收。

背景技術

??????對于各種工業過程中產生的大量中低溫(200℃~600℃)余熱資源的回收，若采用傳統的蒸汽朗肯循環系統存在回收難度大，系統復雜，占地面積大，投資成本高等問題。其它較為常見的中低溫余熱回收技術有卡琳娜循環和有機朗肯循環?？漳妊h是采用氨-水混合物作為循環工質，其對管材和汽輪機的接觸面性質有著特殊的要求，并且要考慮工質泄漏對環境帶來的污染。有機朗肯循環采用的有機工質同樣會帶來環境污染等問題。

CO₂是一種天然工質，具有無毒、無污染、不易燃燒、價格低廉、化學惰性、臨界狀態易于實現等優點。超臨界CO₂的吸熱過程為變溫過程，該過程正好與變溫熱源相匹配，因此可有效降低換熱過程中的不可逆損失。在19世紀末超臨界CO₂被作為制冷劑廣泛用于船舶等工業領域的制冷循環過程中。

用于中低溫煙氣余熱回收CO₂工質循環系統主要包括余熱鍋爐、透平、冷凝器、循環泵、發電機等設備。CO₂工質經過余熱鍋爐吸熱達到超臨界狀態，再通過透平膨脹做功并帶動發電機發電，之后CO₂工質通過冷凝器冷凝，再由循環泵提高壓力后送入余熱鍋爐完成整個循環過程。而CO₂在透平中可實現的最大做功能力很大程度上取決于透平出口的背壓。該壓力約為冷凝器內CO₂工質冷凝的飽和壓力。冷凝器中若采用常規的自然水作為冷卻介質，最多可將CO₂的溫度降低到30℃左右，此時CO₂的飽和壓力較高，約7.2?MPa。

因此，要進一步提高CO₂工質循環系統的輸出功率，可通過進一步降低CO₂的冷凝溫度來實現。

發明內容

??????有鑒于此，本發明的目的是提供一種進一步提高超臨界CO₂工質余熱回收系統循環效率的解決方案。由此可獲得更低的CO₂工質冷凝溫度，提高透平的做功量，提高系統輸出功率。?????

??????為了實現上述目的，采用以下技術方案：一種超臨界CO₂工質循環發電系統，其特征在于：所述系統包括余熱鍋爐系統、吸收式制冷系統和液態CO₂工質補充系統；

????其中，CO₂循環系統包括：第一透平和第二透平、發電機和第一循環泵，其中余熱鍋爐的出口連接第一透平和第二透平，第一透平帶動發電機運行，第二透平帶動第一循環泵運行；

液態CO₂工質補充系統包括液態CO₂儲罐和加壓泵；

????吸收式制冷系統包括發生器，發生器的管程出口與蒸發器的第二進口相連，發生器底部設置排液口，并通過管道與溶液熱交換器第一入口相連，發生器的殼程進口與溶液熱交換器的第二出口相連，發生器的殼程出口與冷凝器的管程進口相連，冷凝器的管程出口連接第一節流閥后與蒸發器的第一進口相連，冷凝器的殼程進口與吸收器的管程出口相連。蒸發器的第一出口與吸收器的殼程進口相連，吸收器的頂部設置有開口并經過第二節流閥與溶液熱交換器的第一出口相連，吸收器的殼程出口與第二循環泵相連，第二循環泵的出口連接溶液熱交換器的第二入口；

第一透平和第二透平的出口連接吸收式制冷系統中的發生器的管程進口，蒸發器的第二出口與第一循環泵相連，液態CO₂儲罐通過加壓泵將CO₂送至蒸發器的第二出口與第一循環泵之間的管道內，第一循環泵的出口連接余熱鍋爐。

??????在吸收式制冷系統中的發生器與蒸發器之間設置回熱器，發生器的管程出口與回熱器的管程入口相連，回熱器的管程出口與蒸發器的第二入口相連，第一循環泵的出口連接至回熱器的殼程入口，回熱器的殼程出口連接至余熱鍋爐，利用發生器出口的高溫CO₂將第一循環泵出口的低溫CO₂進行加熱后送入余熱鍋爐。