[發(fā)明專利]二氧化碳熱泵回收余熱的超臨界二氧化碳熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111467192.3
• 申請(qǐng)日: 2021-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN114234467A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝艷紅;吳彥麗;常文睿;白靜利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): F25B9/00
• 分類號(hào): F25B9/00;F25B9/06;F25B30/02;F25B41/40;F24D3/18;F01K25/10;F01K11/02;F01K13/00;F01K17/00;F01K17/02
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發(fā)明公開一種二氧化碳熱泵回收余熱的超臨界二氧化碳熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)發(fā)電單元和余熱回收單元，余熱回收單元包括熱網(wǎng)加熱器和跨臨界二氧化碳熱泵單元，跨臨界二氧化碳熱泵單元包括冷端余熱回收二氧化碳熱泵單元和煙氣余熱回收二氧化碳熱泵單元。該系統(tǒng)采用熱網(wǎng)加熱器和跨臨界二氧化碳熱泵降低超臨界二氧化碳流體溫度，滿足主壓縮機(jī)進(jìn)口溫度要求，同時(shí)發(fā)揮二氧化碳熱泵低溫?zé)崽豳|(zhì)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)冷端低溫余熱的深度高效回收；采用二氧化碳熱泵降低煙氣溫度，實(shí)現(xiàn)煙氣低溫排放，同時(shí)將煙氣余熱深度高效回收至熱網(wǎng)回水中，實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的深度高效回收利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二氧化碳熱泵回收余熱的超臨界二氧化碳熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，屬于熱力循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

熱電聯(lián)產(chǎn)以高位熱能發(fā)電，低位熱能供熱，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，大幅提高了能源利用效率。目前的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組一般是以水蒸汽為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，受高溫耐熱材料等因素制約，其效率很難進(jìn)一步提升。

超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)因二氧化碳在循環(huán)過程中的特殊性質(zhì)，可避免發(fā)生相變導(dǎo)致的換熱?損失，大大節(jié)省壓縮能耗，且處于超臨界態(tài)的CO₂有黏性小、密度大等特性，因而超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)還具有設(shè)備尺寸緊湊、占地面積小等優(yōu)勢，相比于500℃以上同參數(shù)蒸汽機(jī)組，可實(shí)現(xiàn)更高效率。然而，超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)預(yù)冷器需要向外部環(huán)境釋放大量低溫?zé)?，若利用跨臨界二氧化碳熱泵提高低溫余熱的品質(zhì)與熱網(wǎng)加熱器共同供熱，可高效節(jié)能，且清潔無污染，若同時(shí)回收煙氣余熱，能源利用效率有望進(jìn)一步提高，以滿足“碳達(dá)峰”需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種二氧化碳熱泵回收余熱的超臨界二氧化碳熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，解決了常規(guī)CO₂動(dòng)力循環(huán)存在的熱源利用不充分、系統(tǒng)綜合效率低的問題。

本發(fā)明提供的基于跨臨界二氧化碳熱泵回收余熱的超臨界二氧化碳熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，常規(guī)預(yù)冷器被跨臨界二氧化碳熱泵與熱網(wǎng)加熱器有效替代，利用CO₂小膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵壓縮機(jī)，發(fā)揮熱泵對(duì)冷端低溫余熱提質(zhì)優(yōu)勢，將冷端低溫余熱深度高效回收到熱網(wǎng)回水中，實(shí)現(xiàn)了冷端低溫余熱的深度高效回收利用；采用二氧化碳熱泵進(jìn)一步降低煙氣溫度，實(shí)現(xiàn)煙氣低溫排放，同時(shí)將煙氣余熱深度高效回收至熱網(wǎng)回水中，實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的深度高效回收利用。本發(fā)明與中國專利CN207245778U相比，不設(shè)置預(yù)冷器，采用熱泵蒸發(fā)器，使布雷頓循環(huán)中的二氧化碳流體與熱泵循環(huán)中的二氧化碳流體直接換熱，避免了循環(huán)冷卻水的間接換熱的熱量損失，提高了換熱效率；本發(fā)明利用跨臨界二氧化碳熱泵回收部分煙氣余熱，在降低煙氣溫度的同時(shí)，將煙氣余熱高效回收至熱網(wǎng)回水中，在系統(tǒng)能耗相同的情況下可獲得更高的供熱比例，提高系統(tǒng)綜合效率。

本發(fā)明提供了一種二氧化碳熱泵回收余熱的超臨界二氧化碳熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)發(fā)電單元和余熱回收單元；

所述的超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)發(fā)電單元包括鍋爐、高壓透平、低壓透平、高溫回?zé)崞?、低溫回?zé)崞?、主壓縮機(jī)、再壓縮機(jī)；所述的余熱回收單元包括熱網(wǎng)加熱器和跨臨界二氧化碳熱泵單元；跨臨界二氧化碳熱泵單元又包括冷端余熱回收二氧化碳熱泵單元和煙氣余熱回收二氧化碳熱泵單元；冷端余熱回收二氧化碳熱泵單元包括CO₂小膨脹機(jī)、壓縮機(jī)、氣冷器、回?zé)崞?、?jié)流閥、蒸發(fā)器。煙氣余熱回收二氧化碳熱泵單元同樣包括壓縮機(jī)、氣冷器、回?zé)崞?、?jié)流閥、蒸發(fā)器。冷端余熱回收二氧化碳熱泵單元蒸發(fā)器的熱源來自于超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)發(fā)電單元低溫回?zé)崞鞒隹诙趸剂黧w攜帶的低溫余熱；煙氣余熱回收二氧化碳熱泵單元蒸發(fā)器的熱源來自于鍋爐煙氣低溫余熱。