采用吸收式热泵干燥褐煤的超临界CO2发电系统及方法与流程

2021-02-25 12:02:24|

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本发明涉及发电技术领域，具体涉及采用吸收式热泵干燥褐煤的超临界co2发电系统及方法。

背景技术：

超临界co2动力循环具有热效率高、系统简单、灵活性高、投资小以及运行维护费用低等优点，在发电领域具有广阔的应用前景。研究表明，相比常规蒸汽朗肯循环发电机组，基于超临界co2动力循环的发电系统具有更高的发电效率和更低的投资，有望得到大规模应用。但是，超临界co2发电系统冷端工质放热温度较高，余热损失较大；而且，目前有关超临界co2循环在发电领域的研究较少考虑煤种的变化，尤其缺乏针对褐煤发电系统的研究。我国褐煤储量丰富，已探明储量达1300亿吨，占全国煤炭储量的12％，并且价格低廉，正成为我国火力发电的主要燃料。但是，由于褐煤水分含量较高，导致热值较低，直燃褐煤发电系统能量利用效率低，设备成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供采用吸收式热泵干燥褐煤的超临界co2发电系统及方法，该系统通过在超临界co2发电系统冷端耦合第二类吸收式热泵系统，一方面通过回收冷端余热驱动热泵运行，另一方面吸收式热泵系统中的吸收器释放出130℃左右的高温热量干燥褐煤，脱除褐煤中的水分，从而实现回收超临界co2发电系统冷端余热、提高褐煤热值、提高系统能量利用效率的目的。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

采用吸收式热泵干燥褐煤的超临界co2发电系统，包括超临界co2发电系统、吸收式热泵系统和褐煤预干燥系统；其中，

所述超临界co2发电系统包括主压缩机1、低温回热器2、高温回热器3、锅炉4、透平5、预冷器6和再压缩机7，其中主压缩机1出口、低温回热器2冷侧进出口、高温回热器3冷侧进出口、锅炉4进出口、透平5进出口、高温回热器3热侧进出口、低温回热器2热侧进出口、预冷器6进出口和主压缩机1入口依次相连通；再压缩机7进出口分别与低温回热器2热侧出口和低温回热器2冷侧出口相连通；

所述吸收式热泵系统包括依次相连通形成循环回路的蒸发器8、吸收器9、发生器10、冷凝器11和工质泵12；发生器10溶液出口、溶液泵13、溶液热交换器14冷侧进出口和吸收器9溶液入口依次相连通；吸收器9溶液出口、溶液热交换器14热侧进出口、溶液阀15和发生器10溶液入口依次相连通；

低温回热器2热侧出口通过发生器流量调节阀16和蒸发器流量调节阀17分别与发生器10热侧入口和蒸发器8热侧入口相连通，发生器10热侧出口和蒸发器8热侧出口同时与预冷器6入口相连通；

所述褐煤预干燥系统包括带有褐煤进口、干燥褐煤出口和排气出口的间壁式干燥机18和凝汽器19；吸收器9与间壁式干燥机18相连通构成循环回路；间壁式干燥机13干燥煤出口与锅炉4相连通；间壁式干燥机18排气出口与凝汽器19相连通。

所述发生器流量调节阀16调节发生器10中超临界co2流量，从而调节输入发生器10的热量。

所述蒸发器流量调节阀17调节蒸发器8中超临界co2流量，从而调节输入蒸发器8的热量。

所述由蒸发器8、吸收器9、发生器10、冷凝器11和工质泵12相连通构成的吸收式热泵系统采用第二类吸收式热泵。

所述蒸发器8和发生器10出口临界co2进入预冷器6被冷却。

所述吸收器9与间壁式干燥机18相连通构成循环回路，吸收器9释放的高温热量通过工质传递给间壁式干燥机18，用于干燥褐煤。

所述间壁式干燥机18排气被凝汽器19冷却凝结成液态水，间壁式干燥机18出口干燥煤送入锅炉4炉膛。

所述的采用吸收式热泵干燥褐煤的超临界co2发电系统的工作方法，超临界co2工质经主压缩机1升压，然后依次在低温回热器2、高温回热器3和锅炉4中吸热后进入透平5做功，透平5排气依次在高温回热器3和低温回热器2中放热后，分流成四部分：第一部分被预冷器6冷却后，进入主压缩机1，完成闭式发电循环；第二部分经再压缩机7升压后汇入低温回热器2冷侧出口；第三部分经发生器流量调节阀16进入发生器10放热用于加热发生器10中溶液后，进入预冷器6被冷却后再进入主压缩机1；第四部分经蒸发器流量调节阀17进入蒸发器8放热用于加热蒸发器8中的工质后，进入预冷器6被冷却后再进入主压缩机1；

吸收式热泵溶剂在蒸发器8中吸热蒸发后进入吸收器9，与来自发生器10的浓溶液混合后释放出大量高温热量，并通过加热中间工质将热量传递给间壁式干燥机18，同时，浓溶液被稀释为稀溶液，并经溶液热交换器14放热以及溶液阀15节流降压后进入发生器10，发生器10中稀溶液被低温回热器2热侧出口的部分超临界co2工质加热后，溶剂蒸发进入冷凝器11，同时，稀溶液成为浓溶液，经溶液泵13加压以及被溶液热交换器14加热后，进入吸收器9，溶剂在冷凝器11被冷却为液态，经工质泵12加压后，再次进入蒸发器8吸热，完成吸收式热泵闭式循环；间壁式干燥机18通过中间工质回收吸收器9释放的高温热量，用于干燥褐煤，褐煤蒸发出的水蒸气排气进入凝汽器19凝结成液态水，脱水后的干燥煤被送入锅炉4燃烧。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

1本发明通过干燥褐煤降低燃料水分、提高燃料热值，可以降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率；同时，在同等发电功率下，可以降低燃料消耗量、风量和烟气量，进而降低磨煤机、送风机和引风机电耗，提高系统能量利用效率。

2本发明基于第二类吸收式热泵原理，利用超临界co2发电系统冷端的中温热量制取高温热量，用于干燥褐煤，可以回收超临界co2发电系统冷端余热，提高系统能量利用效率。

3本发明吸收式热泵系统没有旋转设备，系统结构简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明采用吸收式热泵干燥褐煤的超临界co2发电系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明采用吸收式热泵干燥褐煤的超临界co2发电系统，包括超临界co2发电系统、吸收式热泵系统和褐煤预干燥系统；其中，

作为本发明的优选实施方式，所述发生器流量调节阀16调节发生器10中超临界co2流量，从而调节输入发生器10的热量。

作为本发明的优选实施方式，所述蒸发器流量调节阀17调节蒸发器8中超临界co2流量，从而调节输入蒸发器8的热量。

作为本发明的优选实施方式，所述由蒸发器8、吸收器9、发生器10、冷凝器11和工质泵12相连通构成的吸收式热泵系统采用第二类吸收式热泵。

作为本发明的优选实施方式，所述蒸发器8和发生器10出口临界co2进入预冷器6被冷却。

作为本发明的优选实施方式，所述吸收器9与间壁式干燥机18相连通构成循环回路，吸收器9释放的高温热量通过介质传递给间壁式干燥机18，用于干燥褐煤；

作为本发明的优选实施方式，所述间壁式干燥机18排气被凝汽器19冷却凝结成液态水，间壁式干燥机18出口干燥煤送入锅炉4炉膛。

如图1所示，本发明所述的采用吸收式热泵干燥褐煤的超临界co2发电系统的工作方法为：超临界co2工质经主压缩机1升压，然后依次在低温回热器2、高温回热器3和锅炉4中吸热后进入透平5做功，透平5排气依次在高温回热器3和低温回热器2中放热后，分流成四部分：第一部分被预冷器6冷却后，进入主压缩机1，完成闭式发电循环；第二部分经再压缩机7升压后汇入低温回热器2冷侧出口；第三部分经发生器流量调节阀16进入发生器10放热用于加热发生器10中溶液后，进入预冷器6被冷却后再进入主压缩机1；第四部分经蒸发器流量调节阀17进入蒸发器8放热用于加热蒸发器8中的工质后，进入预冷器6被冷却后再进入主压缩机1；

超临界co2循环发电系统冷端进入预冷器的工质温度约85℃，其携带的大量热量散失到环境中，造成能量损失。本发明采用第二类吸收式热泵系统利用这部分中温热量制取高温热量用于干燥褐煤，一方面可以回收冷端余热，减少冷源损失；另一方面褐煤干燥可以提高锅炉效率和降低厂用电率，从而提高系统能量利用效率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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