用于光热补燃的超临界二氧化碳与蒸汽耦合循环发电系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于光热补燃的超临界二氧化碳与蒸汽耦合循环发电系统及方法，所述耦合循环发电系统包括s

【技术实现步骤摘要】
用于光热补燃的超临界二氧化碳与蒸汽耦合循环发电系统及方法


[0001]本专利技术属于储能发电
，具体涉及一种用于光热补燃的超临界二氧化碳与蒸汽耦合循环发电系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，限电限产已经波及民生领域，且预计在将来常态化。为了平衡及稳定各地区电力负荷与供应的关系，充分利用资源，提高发电系统的发电效率成为现今的研究热点。
[0003]其中，超临界二氧化碳发电系统作为新能源发电的热点研究方向之一，其具有环境友好、经济性好等特点，是未来清洁高效发电技术和能源综合利用技术的热点研究方向。为资源的最大化利用，通常将超临界二氧化碳发电系统与光热系统进行耦合，但现有的耦合技术中，直接用二氧化碳作为换热与储热介质存在诸多问题，工程可实施性差；且通过熔盐作为换热介质与超临界二氧化碳循环发电系统耦合时，由于熔盐运行的温度范围，相对于二氧化碳的参数还是较低，其与超临界二氧化碳循环发电系统不能完全匹配，导致该参数下超临界二氧化碳循环发电系统的效率较低，同时使用大功率超临界二氧化碳循环发电系统时还面临CO2无法补充等问题，如果到了夜间或者连续阴雨天，光热发电厂的负荷无法稳定。
[0004]CN108661732A公开了一种燃气
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超临界二氧化碳联合动力的液化天然气生产系统，该系统包括燃气轮机发电系统、超临界二氧化碳布雷顿动力循环发电系统和天然气液化生产系统，其中，中燃气轮机使用天然气气轮机的排气作为超临界二氧化碳布雷顿动力循环发电系统的热源实现燃气作为燃料，对于燃
‑/>超临界二氧化碳联合循环，而燃气
‑
超临界二氧化碳联合循环所生产的电力供应整个液化天然气生产系统所需的电能。该系统仅通过燃气燃烧所得热量对二氧化碳进行加热，导致发电效率较低，且整个系统中对于热量的利用充分，浪费较大，整体结构有待于进一步优化。
[0005]CN106286170A公开了一种太阳能、海水源热泵、燃气及超临界二氧化碳船舶联合发电系统，包括太阳能集热系统、海水源热泵系统、燃气轮机发电系统和超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环发电系统。工作时，利用水源热泵从海水中提取低品位热能，消耗较少的电能将其提升为高品位热能作为超临界二氧化碳循环系统的热量来源，同时采用太阳能集热器采集热能作为超临界二氧化碳循环系统的热量来源，回收利用燃气轮机排出的废气及换热的余热，实现能源的梯级利用，该系统虽利用多种方式耦合，但仅限用于传播环境。
[0006]因此，如何提出一种可提高超临界二氧化碳发电系统的循环效率，同时可稳定光热发电系统输出的系统装置及方法，成为当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于光热补燃的超临界二氧化碳与蒸汽耦合循环发电系统及方法，所述耦合循系统将光热系统与超临界二氧化碳循
环发电系统耦合，并增加补燃系统与蒸汽循环发电系统，有效提高了二氧化碳的循环效率，同时稳定了发电量，具有较好的应用前景。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种用于光热补燃的超临界二氧化碳与蒸汽耦合循环发电系统，所述耦合循环发电系统包括s
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CO2循环发电系统、蒸汽循环发电系统以及补燃系统；
[0010]所述s
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CO2循环发电系统、蒸汽循环发电系统以及补燃系统分别独立地包括换热设备；
[0011]所述s
‑
CO2循环发电系统、蒸汽循环发电系统以及补燃系统两两之间分别独立地通过换热设备相连。
[0012]本专利技术中，所述耦合循环发电系统将光热系统与s
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CO2循环发电系统(即超临界二氧化碳循环发电系统)耦合，并增加补燃系统，一方面能够提高二氧化碳透平入口处的参数，另一方面燃烧产生的二氧化碳能够通过碳补集装置补充给超临界二氧化碳循环发电系统而无需额外购买二氧化碳，节省成本，且燃气锅炉燃烧产生的余热可以给蒸汽动力循环提供能量，也能够供热供暖；所述耦合循环发电系统还通过将蒸汽循环发电系统与超临界二氧化碳循环发电系统耦合，在夜间或者连续阴雨，可以很好的起到稳定发电量的作用。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，所述s
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CO2循环发电系统的主回路包括依次连接的主压缩机、低温回热器、高温回热器、预加热器、主换热器以及第一透平，所述第一透平再依次通过所述高温回热器和所述低温回热器与第一冷却器相连，所述第一冷却器再与所述主压缩机相连，构成循环回路。
[0014]优选地，所述预加热器包括导热油加热器或熔盐加热器。
[0015]这里预加热器的选择并不仅限于使用导热油加热器或熔盐加热器，能发挥加热功能的其他单元设备也可。
[0016]本专利技术中，主换热器可以为光热熔盐换热器，运行温度范围为420
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600℃；也可以为光热导热油换热器，运行温度范围为200
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400℃。
[0017]优选地，所述s
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CO2循环发电系统的主回路上还包括第一支路管路与第二支路管路。
[0018]优选地，所述第一支路管路将所述主换热器的低温流体出口连接至所述第一透平的出口管路上。
[0019]优选地，所述第二支路管路将所述低温回热器的高温流体出口与所述主压缩机的入口相连。
[0020]本专利技术中，通过各支路的设置可充分地利用系统余热，包括超临界二氧化碳系统的余热和补燃锅炉的烟气余热，极大地提高系统循环效率。
[0021]优选地，所述s
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CO2循环发电系统还包括再热循环管路。
[0022]优选地，所述再热循环管路将第一透平的出口通过主换热器返回连接至第一透平的入口。
[0023]再热循环管路的设置可进一步提高整个系统的循环效率。
[0024]优选地，所述s
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CO2循环发电系统还包括旁路压缩机。
[0025]优选地，所述旁路压缩机的入口连接至所述低温回热器与所述第一冷却器之间的
管路上。
[0026]优选地，所述旁路压缩机的出口连接至所述低温回热器低温流体出口与所述高温回热器低温流体入口之间的管路上。
[0027]本专利技术，具体是指低温回热器低温流体出口至高温回热器低温流体入口之间的管路上。
[0028]本专利技术中，旁路压缩机的设置使超临界二氧化碳循环发电系统进一步优化，形成超临界二氧化碳分流再压缩循环发电系统，以提高整个系统的效率。
[0029]作为本专利技术优选的技术方案，所述蒸汽循环发电系统包括依次连接的冷却塔、第一水泵、第一冷却器、第二水泵、余热换热器以及第二透平，所述第二透平与所述冷却塔相连，构成循环。
[0030]优选地，所述蒸汽循环发电系统还包括第二冷却器，所述第二冷却器设置于所述第一冷却器与所述第二水泵之间；
[0031]优选地，所述第二冷却器的高温流体入口连接至所述s...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光热补燃的超临界二氧化碳与蒸汽耦合循环发电系统，其特征在于，所述耦合循环发电系统包括s
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CO2循环发电系统、蒸汽循环发电系统以及补燃系统；所述s
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CO2循环发电系统、蒸汽循环发电系统以及补燃系统分别独立地包括换热设备；所述s
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CO2循环发电系统、蒸汽循环发电系统以及补燃系统两两之间分别独立地通过换热设备相连。2.根据权利要求1所述的耦合循环发电系统，其特征在于，所述s
‑
CO2循环发电系统的主回路包括依次连接的主压缩机、低温回热器、高温回热器、预加热器、主换热器以及第一透平，所述第一透平再依次通过所述高温回热器和所述低温回热器与第一冷却器相连，所述第一冷却器再与所述主压缩机相连，构成循环回路；优选地，所述预加热器包括导热油加热器或熔盐加热器；优选地，所述s
‑
CO2循环发电系统的主回路上还包括第一支路管路与第二支路管路；优选地，所述第一支路管路将所述主换热器的低温流体出口连接至所述第一透平的出口管路上；优选地，所述第二支路管路将所述低温回热器的高温流体出口与所述主压缩机的入口相连；优选地，所述s
‑
CO2循环发电系统还包括再热循环管路；优选地，所述再热循环管路将第一透平的出口通过主换热器返回连接至第一透平的入口；优选地，所述s
‑
CO2循环发电系统还包括旁路压缩机；优选地，所述旁路压缩机的入口连接至所述低温回热器与所述第一冷却器之间的管路上；优选地，所述旁路压缩机的出口连接至所述低温回热器低温流体出口与所述高温回热器低温流体入口之间的管路上。3.根据权利要求1或2所述的耦合循环发电系统，其特征在于，所述蒸汽循环发电系统包括依次连接的冷却塔、第一水泵、第一冷却器、第二水泵、余热换热器以及第二透平，所述第二透平与所述冷却塔相连，构成循环；优选地，所述蒸汽循环发电系统还包括第二冷却器，所述第二冷却器设置于所述第一冷却器与所述第二水泵之间；优选地，所述第二冷却器的高温流体入口连接至所述s
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CO2循环发电系统中，高温回热器高温流体出口与低温回热器高温流体入口之间的管路上。4.根据权利要求1
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3任一项所述的耦合循环发电系统，其特征在于，所述补燃系统包括依次连接的输送装置、空气预热器、燃气燃烧装置、主换热器、余热换热器，所述余热换热器再与所述空气预热器相连；优选地，所述输送装置包括风机或空气输送泵。5.一种用于光热补燃的超临界二氧化碳与蒸汽耦合循环发电的方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1
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4任一项所述的耦合循环发电系统进行，所述方法包括以下步骤：将超临界二氧化碳通入s
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CO2循环发电系统，依次经过压缩和加热进行做功发电，发电后的超临界二氧化碳再经换热与压缩后，实现循环发电；将空气和燃气...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振亚，范雪飞，朱幼君，刘传亮，张成义，边文杰，李健，蒋励，徐望人，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：