[發明專利]一種實現熱電解耦的超臨界二氧化碳系統

在審

• 申請號: 201710937053.X
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107606676A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 高煒;張一帆;李紅智;聶鵬;陳渝楠
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F24D3/18
• 分類號: F24D3/18;F24D3/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明屬于熱電聯產領域，具體涉及一種實現熱電解耦的超臨界二氧化碳系統。

背景技術

化石能源終將枯竭，同時環保及污染問題日益受到人們的重視，近年來以風電、光電為代表的新能源發電裝機容量的顯著增長，但新能源發電上網負荷的大波動性對我國火電機組的調峰能力提出了更高的要求。火電機組靈活性不足的問題日益顯現，尤其是熱電機組調峰能力不足的問題更為突出，北方地區采暖季因為火電機組調峰能力差而導致的棄風、棄光問題越來越多。因此，火電機組靈活性改造勢在必行，而熱電解耦則是熱電機組靈活性改造的重點工作之一。

以我國目前常用的抽氣機組為例，抽凝機組大多是從低壓缸之前抽汽，并用該部分抽汽加熱熱網回水實現供熱的，抽凝熱電機組供熱量和發電量的比例由抽汽參數和抽汽流量決定，其熱電比具備一定的調節幅度。但是，受抽汽參數、汽輪機低壓缸最小凝器流量等條件的限制，抽凝熱電機組提供一定供熱負荷時，存在最低的供電負荷。抽凝熱電機組的供電負荷調節能力受到供熱負荷的嚴重制約，且供熱負荷越大，供電負荷的調節能力越弱。由此可見，目前熱電機組“以熱定電”的問題非常嚴重，調峰能力很差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高熱電機組的調峰能力，切實可行，且成本低的實現熱電解耦的超臨界二氧化碳系統，從而解決熱電機組“以熱定電”的問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括壓縮機以及與壓縮機出口相連的第一供熱換熱器的工質側入口，第一供熱換熱器工質側出口與渦流管的入口相連，渦流管的高溫側出口與第二供熱換熱器工質側入口相連，渦流管的低溫側出口與加熱器的入口相連，加熱器出口的流體與第二供熱換熱器工質側出口的流體匯合后與壓縮機入口相連，第一供熱換熱器、第二供熱換熱器的熱網側低溫端分別與熱網回水連通，高溫端分別與熱網供水向連通。

本發明還包括第三供熱換熱器，第三供熱換熱器的工質側入口與汽機抽氣側相連，工質出口與汽機回熱系統，第三供熱換熱器的熱網側低溫端與熱網回水連通，高溫端與熱網供水向連通。

所述的加熱器的高溫側入口與待冷卻的循環冷卻水相連，低溫側出口與凝汽器相連。

傳統熱電解耦熱泵消耗了熱電機組超發的電量，而非直接將電能轉換為熱能；本發明與單純的熱泵供熱相比，渦流管的引入緩解了采用單純熱泵循環時對壓縮機壓比的較高要求，可采用技術較為成熟的較低壓比的壓縮機，有利用此項技術的實際應用，也有利于成本控制。

本發明進一步的改進在于，熱網回水既可以通過汽機抽氣加熱，也可以通過熱泵機組中的第一供熱換熱器和第二供熱換熱器加熱。在總供熱量保持不變的情況下，兩部分加熱量的比例可以根據實際需求任意調節。

本發明進一步的改進在于，發電機組從凝汽器吸熱后的循環冷卻水被分為兩路，一路進入冷卻塔向環境放熱，另一路則進入本系統加熱器加熱從渦流管低溫端流出的低溫工質，兩路完成降溫的循環冷卻水匯合后被再次送入凝汽器。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：該系統在總供熱量保持不變的情況下，抽氣供熱與熱泵機組供熱的比例可以根據實際需求任意調節。當供電需求旺盛時，提高抽氣加熱的加熱量，同時提高熱電機組供電負荷；當供電需求較低時，提高熱泵機組的加熱量，降低熱電機組出力，在保證總共熱量不變的情況下，減少熱電機組的供電負荷。進而實現了完全熱電解耦，解決了傳統熱電機組“以熱定電”的問題。

引入了渦流管，可以大大緩解熱泵系統對于壓縮機壓比的較高要求。傳統熱泵系統加熱的原理是單純依靠壓縮機對低溫低壓工質進行壓縮做功來提高工質溫度，供熱后再通過節流降壓獲得低于循環冷卻水的溫度，并從循環冷卻水中吸收熱量。為了獲得符合使用需要的溫差，往往要求壓縮機有較大的壓縮比，否則無法達到需要的供熱溫度，或者無法通過節流獲得低于循環冷卻水的溫度，以實現從循環冷卻水中吸取需要的熱量。這樣對于壓縮機制造提出了較高要求，提高了成本，也限制了使用范圍。而渦流管的使用可以大大緩解以上問題。渦流管可以將一定壓力的流體自然的分為冷熱兩股流體，實現了溫度以及熱量的分離，而非單純通過節流效應降低溫度。這樣通過壓縮機增壓并供熱后的工質，通過渦流管后不僅可以獲得低于環境溫度的低溫工質，還可以再次獲得高溫工質繼續供熱，這部分熱量即從低溫工質中吸取，不消耗電能。渦流管是靜設備，成本低，這樣系統可以降低對于壓縮機壓比的需求，成本更低，提高實用性。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。