[實用新型]采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN206468385U
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設計）人: 黃志強;鄭開云
• 申請（專利權）人: 上海發(fā)電設備成套設計研究院
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01D15/10;F23B40/00;F23L15/00;F23K1/04
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩,吳小麗

技術領域

本實用新型涉及一種采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)及其工作方法，屬于生物質發(fā)電技術領域。

背景技術

生物質是重要的可再生能源之一，具有資源豐富、可再生、分布地域廣、二氧化碳零排放、大氣污染物排放少等優(yōu)點，國內外均在大力發(fā)展生物質能源發(fā)電技術。生物質發(fā)電技術主要有直接燃燒發(fā)電、混合燃燒發(fā)電、熱解氣化發(fā)電和沼氣發(fā)電四類。利用生物質直接燃燒發(fā)電技術建設的發(fā)電廠容量大、效率高，同時環(huán)保效益突出。目前，生物質燃燒電廠普遍采用蒸汽朗肯循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)。

近年來，超臨界二氧化碳循環(huán)成為研究熱點，并且被認為具有諸多潛在優(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不成熟而中止，直至本世紀初，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注。由于二氧化碳化學性質穩(wěn)定、密度高、無毒性、低成本、循環(huán)系統(tǒng)簡單、結構緊湊、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、地熱發(fā)電、生物質發(fā)電等領域具有良好的應用前景。

簡單的不帶回熱的超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)主要由壓縮機、透平、發(fā)電機、熱交換器、冷卻器等組成。低溫低壓工質首先進入壓縮機壓縮至高壓，經熱交換器從熱源吸收熱量達到最高溫度，然后進入透平做功推動發(fā)電機工作，透平排出的工質經冷卻器冷卻后進入下一個循環(huán)過程。對此簡單循環(huán)結構進行改進和優(yōu)化，可以提高循環(huán)的熱效率，例如：回熱、分流再壓縮、再熱等。

超臨界二氧化碳循環(huán)可以與生物質燃燒相結合形成新型的發(fā)電系統(tǒng)，其系統(tǒng)簡單、結構緊湊、能量利用率高，可實現(xiàn)電廠的小型化和模塊化，并有利于降低建造成本。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是如何簡化生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)的結構，提高其能量利用率。

為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是提供一種采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：包括燃燒爐，料倉通過給料機連接燃燒爐的進料口，送風機連接空氣加熱器的低壓側進口，空氣加熱器的低壓側出口連接燃燒爐的進風口和烘干機，烘干機連接料倉，燃燒爐的排煙口、除塵器、引風機、煙囪依次連接；

換熱器設于燃燒爐內，壓縮機出口連接換熱器進口，換熱器出口連接透平入口，透平與發(fā)電機相連，透平出口連接空氣加熱器的高壓側進口，空氣加熱器的高壓側出口連接帶中間冷卻的壓縮機，帶中間冷卻的壓縮機連接冷卻器，冷卻器連接壓縮機入口。

優(yōu)選地，所述帶中間冷卻的壓縮機為用于將空氣加熱器高壓側出口的二氧化碳工質升至臨界壓力的壓縮裝置。

優(yōu)選地，所述冷卻器為用于將帶中間冷卻的壓縮機輸出的二氧化碳工質冷卻至臨界溫度的冷卻裝置。

本實用新型還提供了一種采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質燃燒發(fā)電方法，其特征在于：采用上述的采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)，步驟為：

給料機將料倉內的生物質燃料輸送給燃燒爐，通過燃燒爐直接燃燒生物質燃料，燃燒產生的灰渣由燃燒爐的出灰口排出，燃燒產生的煙氣經除塵器除塵后、經引風機從煙囪排放；

壓縮機將二氧化碳工質增壓后送入換熱器內，二氧化碳工質經換熱器加熱后進入透平，透平推動發(fā)電機做功發(fā)電，二氧化碳工質溫度和壓力均下降，透平排出的二氧化碳工質進入空氣加熱器內與送風機送入的空氣進行熱交換，自空氣加熱器出來的二氧化碳工質經帶中間冷卻的壓縮機增壓后，送入冷卻器進一步降溫，再送入壓縮機，進行循環(huán)工作；

空氣加熱器出來的空氣，小部分進入燃燒爐，大部分送入烘干機用于干燥潮濕的生物質燃料，烘干后的生物質燃料暫存于料倉內。

優(yōu)選地，所述生物質燃料燃燒產生的熱量經換熱器傳遞給超臨界二氧化碳工質，通過超臨界二氧化碳循環(huán)將熱能轉換為電能。

優(yōu)選地，自空氣加熱器出來的二氧化碳工質經帶中間冷卻的壓縮機增壓至臨界壓力，采用中間冷卻降低二氧化碳工質壓縮過程中的升溫。

優(yōu)選地，所述冷卻器對其內的二氧化碳工質進一步降溫至液態(tài)或臨界點，再送入壓縮機增壓至超臨界，進行循環(huán)工作。

優(yōu)選地，進入所述透平的二氧化碳工質的溫度為450-650℃、壓力為20-30MPa。

優(yōu)選地，所述透平排出的二氧化碳工質的溫度250-350℃、壓力為1-3MPa。

優(yōu)選地，所述壓縮機入口的二氧化碳工質的溫度為15-35℃、壓力為7-8MPa。