[發(fā)明專利]使用嵌入式CO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680062274.0
• 申請(qǐng)日: 2016-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN108368750B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R.J.阿拉姆;B.A.福里斯特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 八河流資產(chǎn)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): F01K23/10
• 分類號(hào): F01K23/10;F01K25/10;F02C3/34;F02C1/00;F02C6/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 陳堯劍

本公開涉及用于發(fā)電的系統(tǒng)和方法。特別是，利用CO₂作為工作流體的發(fā)電循環(huán)可與第二循環(huán)組合，其中來自發(fā)電循環(huán)的壓縮CO₂物流可被加熱和膨脹以產(chǎn)生額外的功率并為發(fā)電循環(huán)提供額外的加熱。

發(fā)明領(lǐng)域

本公開提供了其中利用CO₂循環(huán)流體的發(fā)電循環(huán)能夠在其效率方面得到改進(jìn)的發(fā)電系統(tǒng)和方法。特別是，來自發(fā)電循環(huán)的壓縮CO₂物流可用獨(dú)立熱源加熱并膨脹以產(chǎn)生額外的功率并為發(fā)電循環(huán)提供額外的加熱。

背景技術(shù)

目前使用天然氣燃料所用的最常見的發(fā)電循環(huán)是與余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)組合的燃?xì)鉁u輪機(jī)(GT)。這樣的系統(tǒng)可稱為天然氣聯(lián)合循環(huán)(natural gas firedcombined cycle,NGCC)，其中先進(jìn)的蒸汽Rankine 循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(HRSG+蒸汽渦輪機(jī))利用了熱渦輪機(jī)廢熱來形成蒸汽以用于進(jìn)一步發(fā)電。NGCC單元通常被理解為主要利用天然氣燃料發(fā)電的有效方法。當(dāng)使用NGCC單元時(shí)，得自燃燒的CO₂、水蒸氣和氮氧化物(NO_x)全部被排放到大氣中。

在發(fā)電中利用CO₂(特別是以超臨界形式)作為工作流體已顯示為非常有效的發(fā)電方法。參見，例如，授予Allam等的美國(guó)專利8,596,075，其公開內(nèi)容通過引用并入本文，該專利描述了在回?zé)崾?recuperated)氧燃料Brayton循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中使用直接加熱的CO₂工作流體實(shí)際上將具有任何物流對(duì)大氣的零排放。先前已提出CO₂可在封閉循環(huán)中用作工作流體，其中使用間接熱源和一個(gè)或多個(gè)熱交換器，以中間加熱將 CO₂反復(fù)壓縮和膨脹以用于發(fā)電。參見，例如，授予Held的美國(guó)專利 8,783,034。

多種手段已被用于提高這種發(fā)電方法中的效率。例如，已優(yōu)化了回?zé)崾綗峤粨Q器，諸如經(jīng)由熱氣體壓縮或通過外部熱源。CO₂循環(huán)的優(yōu)化經(jīng)常集中于使渦輪機(jī)功率輸出最大化。盡管做出了這樣的努力，在該領(lǐng)域中仍需要這樣的發(fā)電系統(tǒng)和方法：其具有提高的功率和功率輸出，同時(shí)限制或基本避免了將任何物流(例如，CO₂、NO_x以及其它燃燒相關(guān)產(chǎn)物)排放到大氣。

發(fā)明內(nèi)容

本公開涉及發(fā)電系統(tǒng)和方法，其中可使利用CO₂作為工作物流的發(fā)電循環(huán)的效率最大化，同時(shí)提高發(fā)電能力而無需顯著改變發(fā)電循環(huán)中所利用的設(shè)備。效率的改進(jìn)可通過在可能通過內(nèi)部熱交換回收的加熱之外向工作流體物流供應(yīng)額外的加熱來實(shí)現(xiàn)，所述額外的加熱通過獨(dú)立于發(fā)電循環(huán)的外部熱源來供應(yīng)。特別是，可使用獨(dú)立熱源加熱至少一部分來自發(fā)電循環(huán)的高壓再循環(huán)CO₂物流，如此加熱的物流可以多種方式再加入發(fā)電循環(huán)中以實(shí)現(xiàn)再循環(huán)CO₂工作物流的額外加熱。有利地，如此加熱的再循環(huán)CO₂物流可被膨脹用于額外的發(fā)電和用于調(diào)節(jié)如此加熱的再循環(huán)CO₂物流以便在避免需要額外設(shè)備的壓力下再加入主發(fā)電循環(huán)。