[實(shí)用新型]一種直接燃燒加熱的超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720103123.7
• 申請(qǐng)日: 2017-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206468384U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭開(kāi)云;黃志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): F01K25/10
• 分類(lèi)號(hào): F01K25/10;F01K7/32;F01D15/10
• 代理公司: 上海申匯專(zhuān)利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩,王文穎

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種直接燃燒加熱的超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

清潔、高效、經(jīng)濟(jì)是發(fā)電技術(shù)進(jìn)步所追求的核心目標(biāo)，尋找新的能源形式替代傳統(tǒng)的化石能源和開(kāi)發(fā)新的、更先進(jìn)的能量轉(zhuǎn)換方式是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的兩個(gè)方向。當(dāng)今世界，化石燃料發(fā)電仍將長(zhǎng)期占據(jù)電力結(jié)構(gòu)的主體地位，所以提高發(fā)電效率、減少排放、降低發(fā)電成本是技術(shù)創(chuàng)新的主要方向。

近年來(lái)，超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)成為研究熱點(diǎn)，并且被認(rèn)為具有諸多潛在優(yōu)勢(shì)。二氧化碳的臨界點(diǎn)為31℃/7.4MPa，在溫度和壓力超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)為超臨界態(tài)。超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(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(jī)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，超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)的研究在美國(guó)再度興起，并為世界其它國(guó)家所關(guān)注。由于二氧化碳化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、密度高、無(wú)毒性、低成本、循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高，超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)被認(rèn)為在火力發(fā)電、第四代核能發(fā)電、聚光型太陽(yáng)能熱發(fā)電、余熱發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)有兩種方式：一是直接燃燒加熱方式(半閉式)，二是間接加熱方式(閉式)。直接燃燒加熱循環(huán)的特點(diǎn)是超臨界二氧化碳在燃燒器中被燃?xì)庵苯蛹訜嶂粮邷兀紵a(chǎn)物在透平出口后的處理工藝中排放或收集；間接加熱循環(huán)的特點(diǎn)是超臨界二氧化碳通過(guò)換熱器從熱源中吸收熱量，間接加熱至高溫，工質(zhì)不接觸熱源介質(zhì)，熱源和動(dòng)力循環(huán)是相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。間接加熱循環(huán)的透平入口溫度低于直接燃燒加熱循環(huán)。兩種循環(huán)方式的共同點(diǎn)是均采用回?zé)崾侄危约芭R界點(diǎn)附近壓縮以減少做功，這是其具有高循環(huán)效率的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

直接燃燒加熱的超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)可以達(dá)到更高的工作溫度，有利于充分發(fā)揮超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)的高效率優(yōu)勢(shì)，并且后端的燃燒產(chǎn)物處理工藝簡(jiǎn)單，有望替代整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)和天然氣聯(lián)合循環(huán)，實(shí)現(xiàn)比燃?xì)廨啓C(jī)-蒸汽輪機(jī)發(fā)電更高效率和更低排放。目前，行業(yè)上研究較多的是采用純氧燃燒而非空氣燃燒，以避免產(chǎn)生氮氧化物，但由此帶來(lái)的問(wèn)題是系統(tǒng)中需要配備空氣分離裝置來(lái)供給氧氣，空氣分離裝置在整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)中占有較大的比例。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何采用空氣燃燒的方法直接加熱超臨界二氧化碳使其動(dòng)力循環(huán)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了一種直接燃燒加熱的超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，包括泵，泵的出口連接回?zé)崞鞯蛪簜?cè)的入口，回?zé)崞鞯蛪簜?cè)的出口依次連接第一冷卻器、水分離器、壓縮機(jī)、第二冷卻器、氣體分離器，水分離器底部設(shè)有疏水口，氣體分離器的頂部設(shè)有排氣口，底部連接泵的入口；回?zé)崞鞯母邏簜?cè)依次通過(guò)燃燒器、透平形成回路，燃燒器上設(shè)有氣體燃料入口、空氣入口，透平與發(fā)電機(jī)連接。

優(yōu)選地，所述泵的出口處設(shè)有二氧化碳排放口一或/和入口處設(shè)有二氧化碳排放口二。

各部件的作用如下：

泵，用于將液態(tài)的二氧化碳增壓至高壓，泵的入口和出口分別設(shè)有二氧化碳排放口，可用于收集燃燒產(chǎn)生的多余二氧化碳，兩個(gè)排放口排出的二氧化碳溫度和壓力不同；

具有高壓側(cè)進(jìn)口、高壓側(cè)出口、低壓側(cè)進(jìn)口、低壓側(cè)出口的回?zé)崞鳎卯a(chǎn)生的高壓二氧化碳經(jīng)由高壓側(cè)進(jìn)口進(jìn)入后自高壓側(cè)出口輸出至燃燒器，透平排出的低壓二氧化碳經(jīng)由低壓側(cè)進(jìn)口進(jìn)入后自低壓側(cè)出口輸出至第一冷卻器；

燃燒器，同時(shí)輸入來(lái)自回?zé)崞鞯亩趸肌怏w燃料、空氣，燃料與空氣燃燒產(chǎn)生的熱量加熱二氧化碳，在燃燒器出口，二氧化碳工質(zhì)和燃燒產(chǎn)物及其它殘余氣體達(dá)到設(shè)定溫度，然后輸出給透平；

透平，與發(fā)電機(jī)相連，做功產(chǎn)生的混合介質(zhì)經(jīng)由低壓側(cè)進(jìn)口輸入回?zé)崞鳎?/p>

第一冷卻器，用于冷卻回?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)出口輸出的混合介質(zhì)，使其中的水轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w；

水分離器，將自第一冷卻器的混合介質(zhì)中的水與氣體分離，分離后的水通過(guò)疏水口收集，分離后的氣體進(jìn)入壓縮機(jī)；

壓縮機(jī)，用于將氣態(tài)的二氧化碳增壓至臨界壓力以上；

第二冷卻器，用于冷卻來(lái)自壓縮機(jī)混合介質(zhì)，使其中的二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w；

氣體分離器，將自第二冷卻器的混合介質(zhì)中的二氧化碳與氣體分離，分離后的氣體(主要成分為氮?dú)?通過(guò)排氣口收集，分離后的二氧化碳進(jìn)入泵。