[發明專利]一種分流再壓縮超臨界二氧化碳熱電聯產系統及運行方法

有效

• 申請號: 201811071992.1
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109139147B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 張一帆;李紅智;姚明宇;楊玉;白文剛
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F01K7/32
• 分類號: F01K7/32;F01K11/02;F01K17/02;F01K25/10;F24D12/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種分流再壓縮超臨界二氧化碳熱電聯產系統及運行方法，該系統包括采暖季主壓縮機、非采暖季主壓縮機、再壓縮機、低溫回熱器、高溫回熱器、鍋爐、高壓透平、第一發電機、低壓透平、第二發電機，預冷器和熱網加熱器；本發明以超臨界二氧化碳循環為基礎構建了高效靈活的熱電聯產系統，包含采暖季和非采暖季工藝流程，相比于常規超臨界二氧化碳熱電機組，該發電系統在采暖季和非采暖季均有較高的發電效率和能源利用效率；通過優化的采暖季和非采暖季的工藝流程，提高了熱電機組的運行靈活性，且兩種工藝流程在采暖季和非采暖季交替時容易轉換。

技術領域

本發明屬于熱電聯產領域，具體涉及一種分流再壓縮超臨界二氧化碳熱電聯產系統及運行方法。

背景技術

熱電聯產是利用發電站同時產生電力和有用熱量的一種技術。熱電聯產通過能量的梯級利用與用戶需求的合理匹配，大幅提高了發電站的能源利用效率，是未來我國火力發電的一個重要發展方向。我國熱電聯產機組主要包含背壓機組和抽凝機組兩類。背壓機組利用汽輪機排出的乏汽作為熱源供熱，沒有冷源損失，效率高；但是其供熱負荷確定后，供電負荷也隨之確定，電負荷的調峰能力受熱負荷限制嚴重，屬于嚴格意義的“以熱定電”。抽凝機組通過抽取汽輪機部分蒸汽進行供熱，由于低壓缸最小凝汽流量和鍋爐最低不投油穩燃負荷的限制，抽凝機組雖然有一定的供電負荷調峰能力，但是其最低供電負荷通常也不低于50％，且機組的能源利用效率低于背壓機組。

為了解決目前熱電機組存在的問題，大致有兩種途徑：一種是在現有熱電聯產技術的技術上，進一步的優化和改進，提高其能源利用效率和靈活性，比如低壓缸零出力技術等靈活性改造措施、溴化鋰熱泵輔助供暖等深度節能措施；另一條途徑是從動力循環的熱力學基礎層面進行革命性創新，大幅提升機組發電效率、能源利用效率，徹底解決以蒸汽朗肯循環為動力循環的熱電機組調峰能力不足的問題，比如采用超臨界二氧化碳動力循環。

超臨界二氧化碳動力循環是以超臨界二氧化碳為工質的真實氣體閉式布雷頓循環，整個循環工作在二氧化碳臨界點(7.37MPa,31℃)以上，循環結構接近理論最優的廣義卡諾循環，且隨著發電參數的提高，發電效率的優勢越明顯。超臨界二氧化碳動力循環在工質參數32MPa，620℃條件下，采用現有材料和污染物超低排放技術，發電效率可在300MW小容量等級機組突破50％，與未來700℃等級1000MW大容量超超臨界蒸汽機組相當。另一方面，由于超臨界二氧化碳循環采用了全流量的極限回熱技術，可以實現熱電以任意比例輸出，真正實現熱電完全解耦。

然而經調研，目前關于超臨界二氧化碳循環的研究多集中在純發電機組上，以提升機組發電效率為首要目的，涉及熱電聯產的研究相對較少。為數不多的超臨界二氧化碳熱電聯產研究也基本上只涉及采暖季的系統工作流程。然而，對于熱電機組而言，非采暖季的機組效率，采暖季和非采暖季之間的系統轉換難易程度，均是熱電機組需要考慮的重點問題。

因此，還需要大量的原創性工作：首先，以超臨界二氧化碳循環為基礎構建高效熱電聯產系統，并細化采暖季和非采暖季的工藝流程，保證該發電系統在采暖季和非采暖季均有較高的發電效率和能源利用效率；其次，優化采暖季和非采暖季的工藝流程，保證其運行靈活性，且使兩種工藝流程容易轉換。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種分流再壓縮超臨界二氧化碳熱電聯產系統及運行方法，通過提出采暖季和非采暖季的工藝流程，保證該發電系統在采暖季和非采暖季均有較高的發電效率和能源利用效率，通過優化采暖季和非采暖季的工藝流程，保證其運行靈活性，且使兩種工藝流程容易轉換。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種分流再壓縮超臨界二氧化碳熱電聯產系統，其特征在于，包括采暖季主壓縮機、非采暖季主壓縮機、再壓縮機、低溫回熱器、高溫回熱器、鍋爐、高壓透平、第一發電機、低壓透平、第二發電機，預冷器和熱網加熱器；鍋爐包括氣冷壁、再熱氣冷壁、高溫過熱器、高溫再熱器、低溫再熱器、低溫過熱器、分流省煤器、SCR和空氣預熱器；所述系統中部件的連接關系如下：