[發明專利]一種利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統及其方法

有效

• 申請號: 202010115909.7
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111365130B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 于澤庭;蘇瑞智;夏雷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;F02C6/18;F01K25/10;F01K11/02;F01K13/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

本發明屬于燃氣輪機余熱利用領域，提供了一種利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統及其方法，它解決了燃氣輪機余熱利用率低的問題，具有燃氣輪機發電功率高，充分回收燃氣輪機排煙余熱，保證系統經濟高效運行的效果。其中，利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統包括燃氣輪機子系統、超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統和跨臨界CO₂動力循環子系統；所述燃氣輪機子系統通過分流閥與超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統和跨臨界CO₂動力循環子系統分別連通，所述超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統和跨臨界CO₂動力循環子系統串聯連接；所述分流閥用于根據燃氣輪機子系統的負荷值來控制燃氣輪機子系統的排煙通路；以LNG冷能作為跨臨界CO₂動力循環子系統的冷源。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機余熱利用領域，尤其涉及一種利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統及其方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

近年來，化石能源的過度開采和不合理使用造成了世界范圍內的能源危機，并嚴重危害自然環境。構建分布式能源系統是實現資源就近高效利用是緩解能源危機的一種行之有效的方案。其中燃氣輪機作為分布式能源中的重要的動力系統之一，已經被廣泛推廣使用。對于無回熱的發電用燃氣輪機而言，排煙溫度一般在500℃左右，效率一般不超過40％，因此對排煙余熱的高效利用成為提高燃料利用率的關鍵。

目前，以利用余熱增加發電功率為目的的底循環主要有朗肯循環，有機工質朗肯循環，卡琳娜循環等。其中朗肯循環受限于熱源溫度及余熱利用規模，并不能在燃機余熱利用中發揮優勢；有機朗肯循環受限于工質自身熱物理性質，通常適用的熱源溫度在400℃以下；而卡琳娜循環的系統結構比較復雜且維護困難，且氨水工質具有劇毒性。

CO₂作為一種穩定環保，來源廣泛，廉價易得的工質，其兩種動力循環—超臨界CO₂再壓縮動力循環(Supercritical CO₂ Recompression Power Cycle，SCRPC)以及跨臨界CO₂動力循環(Transcritical CO₂ Power Cycle，TCPC)受到了世界范圍內的廣泛關注。對于500℃的煙氣，SCRPC的循環效率能達到35％左右，但發明人發現，當燃氣輪機在較低負荷運行時，其排煙溫度的降低會使得SCRPC的效率大大降低，而且煙氣跟CO₂工質換熱后的溫度仍然很高，單純靠SCRPC并不能達到對燃氣輪機排煙余熱的充分利用。相比SCRPC，TCPC對于較低溫度的煙氣利用具有效率上的優越性，但是TCPC的冷凝溫度要低于CO₂臨界點溫度(30.98℃)，所以很難在常溫下進行冷卻。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的第一個方面提供一種利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統，其通過耦合超臨界CO₂再壓縮動力循環和跨臨界CO₂動力循環提高燃氣輪機發電功率，并可根據燃氣輪機負荷改變余熱利用方式，使燃氣輪機排煙余熱得到充分回收的同時，又可以保證系統經濟高效運行。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統，包括燃氣輪機子系統、超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統和跨臨界CO₂動力循環子系統；