[發明專利]集成壓縮式熱泵的褐煤預干燥超臨界CO2

在審

• 申請號: 202011137131.6
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112146073A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 張旭偉;張磊;蔣世希;吳帥帥;張一帆;李紅智;姚明宇
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F22B1/22
• 分類號: F22B1/22;F23K1/04;F23K3/00;F25B30/02;F26B23/00;F01K7/32;F01K25/10;F01K17/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了集成壓縮式熱泵的褐煤預干燥超臨界CO₂發電系統及方法，該系統包括超臨界CO₂燃煤發電系統和褐煤預干燥系統，超臨界CO₂燃煤發電系統包括鍋爐、主壓縮機、再壓縮機、透平、低溫回熱器、高溫回熱器和預冷器，褐煤預干燥系統包括流量調節閥、凝汽器和壓縮式熱泵系統；壓縮式熱泵系統吸收溫度較高的系統冷端余熱，提高蒸發溫度，降低壓縮機耗功，進而提高熱泵性能系數；壓縮式熱泵系統中冷凝器放熱實現褐煤預干燥目的。本發明利用壓縮式熱泵將系統冷端余熱轉化更高溫度的熱量干燥褐煤，一方面可以降低系統冷源損失；另一方面可以減少褐煤中的水分，提高褐煤熱值，可以提高鍋爐效率和降低廠用電，從而大幅提高系統能量利用效率。

技術領域

本發明涉及發電技術領域，具體涉及集成壓縮式熱泵的褐煤預干燥超臨界CO₂發電系統及方法。

背景技術

超臨界CO₂動力循環具有熱效率高、系統簡單、靈活性高、投資小以及運行維護費用低等優點，在燃煤發電領域具有廣闊的應用前景。研究表明，相比常規蒸汽朗肯循環燃煤發電機組，基于超臨界CO2動力循環的燃煤發電系統具有更高的發電效率和更低的投資，有望得到大規模應用。但是，超臨界CO₂燃煤發電系統冷端工質放熱溫度較高，余熱損失較大；而且，目前有關超臨界CO₂循環在燃煤發電領域的研究較少考慮煤種的變化，尤其缺乏針對褐煤發電系統的研究。我國褐煤儲量豐富，已探明儲量達1300億噸，占全國煤炭儲量的12％，并且價格低廉，正成為我國火力發電的主要燃料。但是，由于褐煤水分含量較高，導致熱值較低，直燃褐煤發電系統能量利用效率低，設備成本高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供集成壓縮式熱泵的褐煤預干燥超臨界CO₂發電系統及方法，該系統通過在超臨界CO₂燃煤發電系統冷端耦合壓縮式熱泵系統，一方面通過回收超臨界CO₂燃煤發電系統冷端余熱驅動壓縮式熱泵系統運行，另一方面壓縮式熱泵系統中的冷凝器放出130℃左右的中溫熱量干燥褐煤，脫除褐煤中的水分，從而實現回收系統冷端余熱、提高褐煤熱值、提高系統能量利用效率的目的。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

集成壓縮式熱泵的褐煤預干燥超臨界CO₂發電系統，包括超臨界CO₂燃煤發電系統和褐煤預干燥系統；其中，

所述超臨界CO₂燃煤發電系統包括主壓縮機1、低溫回熱器2、高溫回熱器3、鍋爐4、透平5、預冷器6和再壓縮機7，其中主壓縮機1出口、低溫回熱器2冷側進出口、高溫回熱器3冷側進出口、鍋爐4進出口、透平5進出口、高溫回熱器3熱側進出口、低溫回熱器2熱側進出口、預冷器6進出口和主壓縮機1入口依次相連通；再壓縮機7進出口分別與低溫回熱器2熱側出口和低溫回熱器2冷側出口相連通；

所述褐煤預干燥系統包括流量調節閥13、凝汽器12以及由蒸發器8、壓縮機9、冷凝器10和節流閥11依次相連通構成的壓縮式熱泵系統，其中低溫回熱器2熱側出口、流量調節閥13進出口、蒸發器8熱側進出口和預冷器6入口依次相連通，冷凝器10出口干燥煤送入鍋爐4，冷凝器10排氣出口與凝汽器12入口連通。

所述低溫回熱器2熱側出口超臨界CO₂工質溫度為80-100℃，其攜帶的余熱驅動壓縮式熱泵系統運行。

所述流量調節閥13調節進入蒸發器8中的超臨界CO₂工質流量，從而調節輸入壓縮式熱泵系統的熱量。

所述冷凝器10加熱干燥褐煤，褐煤中的水分蒸發后進入凝汽器12凝結成液態水，干燥后的褐煤送入鍋爐4爐膛。