本实用新型专利技术提供的一种太阳能与地热能联合电厂低碳排放的能量利用系统，主要包括：发电系统、烟气碳捕集系统、地热能利用系统、太阳能热利用系统、膨胀机、相关的控制阀和相应的连接管路。通过控制各个控制阀的开关可以不同模式运行。当太阳能充足时，利用地热能和太阳能逐步提升流体温度至过热蒸汽状态，带动膨胀机工作，进而带动二氧化碳压缩机压缩捕集的二氧化碳，同时膨胀机排汽可以依次给再沸器和电厂低压给水换热器提供能量；在阳光不足或无阳光时，需要从电厂发电汽轮机抽汽保证膨胀机正常运行。实现了太阳能与地热能的有效利用，将二者与烟气碳捕集技术集成，降低了烟气碳捕集系统抽汽对电厂的不利影响，同时确保整个耦合系统稳定运行。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及了一种太阳能与地热能联合电厂低碳排放的能量利用系统，具体集成了地热能利用技术、太阳能热利用技术以及电厂烟气捕集技术。
技术介绍
近年来，温室效应引起的气候问题越来越成为全球关注的焦点。在引起全球变暖的温室气体中，二氧化碳的负面贡献最大。如何抑制大气中二氧化碳浓度的进一步提升，成为了人们关注的焦点。其中，烟气碳捕集与封存技术被认为是一种有效的抑制乃至降低二氧化碳浓度的技术手段。火力电厂是二氧化碳排放的重要源头，因此，烟气碳捕集技术与电厂的结合有利于降低二氧化碳排放量。在目前发展的捕集技术中，最适合与现有电厂相结合的是燃烧后捕集技术，而化学吸收法作为燃烧后捕集技术的一种，发展比较成熟，具有在示范和商业中应用的前景。但是，CO2捕集过程需要消耗大量的热量，在与电厂集成时，其热量主要来自于汽轮机的中低压缸抽汽，会造成电厂效率的显著下降，另外，压缩捕集的二氧化碳也需要消耗能量，会进一步降低电厂的效率。2007年WIBBERLEY首次提出了太阳能辅助烟气碳捕集技术，提出将太阳能集热场收集的太阳能用于再沸器的热耗。自此，对于可再生能源技术与电厂烟气捕集技术的集成的研究迅速发展起来。太阳能作为可再生能源，其储量丰富，开发潜力巨大。但是太阳能利用极易受天气状况影响，其本身存在波动性，会对电厂发电系统产生不利影响。地热能作为清洁能源，其分布广泛，储量丰富。经调查，我国已发现中低温地热系统2900多处，总计天然放热量约为1.04×kJ/a，相当于每年360万吨标准煤当量。主要分布在东南沿海诸省区和内陆盆地区，如松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地以及众多山间盆地区。这些地区1000—3000m深的地热井，可获80—100℃的地热水。地热能系统运行温度一般比较稳定，便于与其他稳定运行系统的耦合。经过对现有文献的调研发现，公告号为CN204582900U的专利文献中公开了“一种太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统”，该系统利用了太阳能集热器集热，为再沸器提供热量，减少电厂抽汽带来的效率下降。阳光充足时太阳能集热器提供热量，停止抽汽；阳光不足或者无阳光时，使用汽轮机抽汽为再沸器提供热量。但是太阳能具有很大的波动性，白天太阳能的波动会对整个系统的稳定运行带来不利影响，如果要稳定整个系统，则需要增加蓄热系统，增加设备投资和整个系统的复杂性；太阳能不足时可能需要抽汽与太阳能共同为烟气碳捕集提供能量，太阳能的波动会为二者的有效协调带来问题；该系统也没有提到二氧化碳压缩带来的电厂供电效率的下降问题，同时，经再沸器高温侧出口的工质仍具有较高的温度，该系统没有考虑到能量的梯级利用。公开号为CN10375142A的专利文献中公开了“一种太阳能辅助烟气碳捕集集成系统”，是一种将电厂烟气碳捕集系统与太阳能集热系统集成的技术方案，根据不同的集成连接关系可以充分利用中低温太阳能集热来补偿传统捕集系统的能耗需求，一种连接模式是太阳能高温集热先给电厂给水加热器加热，再给再沸器提供热量；另一种连接模式是太阳能集热工质流体集热到再沸器所需温度范围，供给再沸器热量，避免高温集热造成的集热器效率下降。两种连接方式均设计了从汽轮机的抽汽管道，避免了集热器热量不足时无法给再沸器提供足够热量的问题。但是该技术方案并没有提到降低压缩二氧化碳电耗的措施；同时，经再沸器高温侧出口的工质仍具有较高的温度，该技术方案没有考虑到该部分能量的利用。公开号为CN103372371A的专利文献中公开了一种“太阳能有机朗肯循环辅助燃煤发电进行碳捕集的系统装置”，是将太阳能热利用系统与有机朗肯循环系统结合起来，有机朗肯循环系统发电主要用于碳捕集动力系统的能耗，再沸器热耗则来自于有机工质冷凝的热量。但是，在太阳光不足或者没有阳光时，若没有其他的能量来源，整个有机朗肯循环系统就无法工作，如果要保证该系统的稳定运行，就需要增加蓄热装置或者其他能量来源，该专利文献并没有提到这一点；如果在太阳光不足或没有时，不采用有机朗肯循环系统，则必须采用电厂发电为碳捕集系统提供能量，必然造成电厂净效率的下降。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提出了一种太阳能与地热能联合电厂低碳排放的能量利用系统。本技术将太阳能、地热能与烟气碳捕集技术集成，利用地热能和太阳能加热工质带动膨胀机，进而带动压缩机压缩二氧化碳，同时还可以为二氧化碳的解吸以及电厂低压加热器提供能量，有效减少传统的抽汽捕集对电厂带来的不利影响。为了解决上述技术问题，本技术提出的一种太阳能与地热能联合电厂低碳排放的能量利用系统，包括发电系统、烟气碳捕集系统、地热能利用系统、太阳能热利用系统、膨胀机和连接管路；所述发电系统由燃煤电厂锅炉、电厂发电汽轮机、冷凝器、泵、给水换热器依次串联而成；所述燃煤电厂锅炉的过热蒸汽出口与所述电厂发电汽轮机的进汽口相连，所述给水换热器的给水出口与所述燃煤电厂锅炉的给水进口相连；所述烟气碳捕集系统由吸收塔、富液泵、贫/富液换热器、贫液泵、解吸塔、再沸器和二氧化碳压缩机组成；所述解吸塔的底部出口与所述再沸器的低温侧入口相连，所述再沸器的低温侧出口与所述解吸塔的下部进口相连；所述地热能利用系统由生产井、过滤装置、生产井出口阀、地热换热器，地热水泵、注入井入口阀、注入井依次串联而成；所述太阳能热利用系统由太阳能集热阵列、集热阵列出口阀、导热油泵、集热场换热器、集热阵列入口阀依次串联而成，所述导热油泵的出口与所述集热场换热器的高温侧进口相连，所述集热场换热器的高温侧出口与所述集热阵列入口阀相连；所述燃煤电厂锅炉的烟气出口与所述吸收塔的下部进口相连，所述吸收塔的下部出口依次经过所述富液泵和所述贫/富液换热器后连接至所述解吸塔的上部进口；所述解吸塔的上部出口与所述二氧化碳压缩机相连；所述解吸塔的下部出口依次经所述贫液泵和所述贫/富液换热器后连接至所述吸收塔的上部进口；所述电厂发电汽轮机的低压缸抽汽口经第一控制阀后连接至所述膨胀机的进汽口；所述膨胀机的排汽口通过第二控制阀后连接至所述再沸器的高温侧进口；所述膨胀机与所述二氧化碳压缩机机械连接并带动所述二氧化碳压缩机工作；所述地热换热器的低温侧出口通过一工质泵后分为两路，其中一路经第三控制阀后连接至所述集热场换热器的入口；另一路经第四控制阀后连接至所述再沸器的高温侧进口；所述集热场换热器的出口分为两路，其中一路经第五控制阀后连接至所述膨胀机的进汽口，另一路经第六控制阀后连接至所述再沸器的高温侧进口；所述再沸器的高温侧出口经过所述给水换热器后连接至所述地热换热器的低温侧进口，所述给水换热器与所述地热换热器之间的连接管路上设有第七控制阀；上述的地热换热器、工质泵、第三控制阀、集热场换热器，第五控制阀、膨胀机、第二控制阀、再沸器、给水换热器依次相连构成一回路。进一步讲，本技术中，所述膨胀机与所述二氧化碳压缩机之间采用联轴器连接。在本技术中，所述燃煤电厂锅炉产生的烟气经过预处理之后通过所述吸收塔的下部进口进入所述吸收塔，被吸收塔上方喷淋的化学吸收剂吸收，形成的富液；所述富液经所述富液泵泵入至所述贫/富液换热器中吸热，再从所述解吸塔的上部进口进入所述解吸塔，经过所述解吸塔解吸出的二氧化碳从所述解吸塔的上部出口排入到所述二氧化碳压缩机被压缩储存；经过解本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太阳能与地热能联合电厂低碳排放的能量利用系统，包括发电系统、烟气碳捕集系统、地热能利用系统、太阳能热利用系统、膨胀机(27)和连接管路；其特征在于：所述发电系统由燃煤电厂锅炉(1)、电厂发电汽轮机(2)、冷凝器(3)、泵(4)、给水换热器(5)依次串联而成；所述燃煤电厂锅炉(1)的过热蒸汽出口与所述电厂发电汽轮机(2)的进汽口相连，所述给水换热器(5)的给水出口与所述燃煤电厂锅炉的给水进口相连；所述烟气碳捕集系统由吸收塔(10)、富液泵(9)、贫/富液换热器(8)、贫液泵(7)、解吸塔(6)、再沸器(11)和二氧化碳压缩机(29)组成；所述解吸塔(6)的底部出口与所述再沸器(11)的低温侧入口相连，所述再沸器(11)的低温侧出口与所述解吸塔(6)的下部进口相连；所述地热能利用系统由生产井(17)、过滤装置(18)、生产井出口阀(19)、地热换热器(20)，地热水泵(21)、注入井入口阀(22)、注入井(23)依次串联而成；所述太阳能热利用系统由太阳能集热阵列(12)、集热阵列出口阀(13)、导热油泵(14)、集热场换热器(15)、集热阵列入口阀(16)依次串联而成，所述导热油泵(14)的出口与所述集热场换热器(15)的高温侧入口相连，所述集热场换热器(15)的高温侧出口与所述集热阵列入口阀(16)相连；所述燃煤电厂锅炉(1)的烟气出口与所述吸收塔(10)的下部进口相连，所述吸收塔(10)的下部出口依次经过所述富液泵(9)和所述贫/富液换热器(8)后连接至所述解吸塔(6)的上部进口；所述解吸塔(6)的上部出口与所述二氧化碳压缩机(29)的进口相连；所述解吸塔(6)的下部出口依次经所述贫液泵(7)和所述贫/富液换热器(8)后连接至所述吸收塔(10)的上部进口；所述电厂发电汽轮机(2)的低压缸抽汽口经第一控制阀(30)后连接至所述膨胀机(27)的进汽口；所述膨胀机(27)的排汽口通过第二控制阀(32)后连接至所述再沸器(11)的高温侧进口；所述膨胀机(27)与所述二氧化碳压缩机(29)机械连接并带动所述二氧化碳压缩机(29)工作；所述地热换热器(20)的低温侧出口通过一工质泵(24)后分为两路，其中一路经第三控制阀(26)后连接至所述集热场换热器(15)的入口；另一路经第四控制阀(25)后连接至所述再沸器(11)的高温侧进口；所述集热场换热器(15)的出口分为两路，其中一路经第五控制阀(31)后连接至所述膨胀机(27)的进汽口，另一路经第六控制阀(33)后连接至所述再沸器(11)的高温侧进口；所述再沸器(11)的高温侧出口经过所述给水换热器(5)后连接至所述地热换热器(20)的低温侧进口，所述给水换热器(5)与所述地热换热器(20)之间的连接管路上设有第七控制阀(28)；上述的地热换热器(20)、工质泵(24)、第三控制阀(26)、集热场换热器(15)，第五控制阀(31)、膨胀机(27)、第二控制阀(32)、再沸器(11)、给水换热器(5)依次相连构成一回路。...
【技术特征摘要】
1.一种太阳能与地热能联合电厂低碳排放的能量利用系统，包括发电系统、烟气碳捕集系统、地热能利用系统、太阳能热利用系统、膨胀机(27)和连接管路；其特征在于：所述发电系统由燃煤电厂锅炉(1)、电厂发电汽轮机(2)、冷凝器(3)、泵(4)、给水换热器(5)依次串联而成；所述燃煤电厂锅炉(1)的过热蒸汽出口与所述电厂发电汽轮机(2)的进汽口相连，所述给水换热器(5)的给水出口与所述燃煤电厂锅炉的给水进口相连；所述烟气碳捕集系统由吸收塔(10)、富液泵(9)、贫/富液换热器(8)、贫液泵(7)、解吸塔(6)、再沸器(11)和二氧化碳压缩机(29)组成；所述解吸塔(6)的底部出口与所述再沸器(11)的低温侧入口相连，所述再沸器(11)的低温侧出口与所述解吸塔(6)的下部进口相连；所述地热能利用系统由生产井(17)、过滤装置(18)、生产井出口阀(19)、地热换热器(20)，地热水泵(21)、注入井入口阀(22)、注入井(23)依次串联而成；所述太阳能热利用系统由太阳能集热阵列(12)、集热阵列出口阀(13)、导热油泵(14)、集热场换热器(15)、集热阵列入口阀(16)依次串联而成，所述导热油泵(14)的出口与所述集热场换热器(15)的高温侧入口相连，所述集热场换热器(15)的高温侧出口与所述集热阵列入口阀(16)相连；所述燃煤电厂锅炉(1)的烟气出口与所述吸收塔(10)的下部进口相连，所述吸收塔(10)的下部出口依次经过所述富液泵(9)和所述贫/富液换热器(8)后连接至所述解吸塔(6)的上部进口；所述解吸塔(6)的上部出口与所述二氧化碳压缩机(29)的进口相连；所述解吸塔(6)的下部出口依次经所述贫液泵(7)和所述贫/富液换热器(8)后连接至所述吸收塔(10)的上部进口；所述电厂发电汽轮机(2)的低压缸抽汽口经第一控制阀(30)后连接至所述膨胀机(27)的进汽口；所述膨胀机(27)的排汽口通过第二控制阀(32)后连...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，孙太尉，王甫，严晋跃，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12
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