基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电装置和方法，所述装置包括汽轮机发电单元、S-CO2压缩机、S-CO2涡轮发电单元、燃煤锅炉、蒸汽高压加热器、蒸汽低压加热器、S-CO2加热器、给水泵、凝结水泵、冷凝器、射汽抽气器、除氧器。本发明专利技术联合了郎肯循环与S-CO2布雷顿循环，两个循环热量互补利用，可有效提高热电转换效率。与纯蒸汽循环的燃煤发电机组相比，本发明专利技术的热发电装置在650℃的热源温度条件下将供电效率提高至50％。本发明专利技术大幅度降低了燃煤发电厂的运行成本，提高盈利水平；同时，降低了燃煤发电厂的环境污染，有效的实现了节能减排。

Thermal power generation method and device based on supercritical carbon dioxide and steam combined cycle

The invention discloses a supercritical carbon dioxide and steam combined cycle thermal power generation device and method based on the device comprises a steam turbine generating unit, S-CO2 compressor, S-CO2 turbine generator unit, coal-fired boiler, steam high pressure and low pressure heaters, steam S-CO2 heater, water pump, condensate pump, condenser, steam air ejector deaerator. The invention combines the Rankine cycle and the S-CO2 Brayton cycle, and has two cyclic heat complementary utilization, which can effectively improve the thermoelectric conversion efficiency. Compared with the coal-fired generating unit with pure steam circulation, the heat generating device of the present invention improves the power supply efficiency to 50% under the heat source temperature condition of 650 DEG C. The invention greatly reduces the running cost of the coal-fired power plant and improves the profit level; meanwhile, the environmental pollution of the coal-fired power plant is reduced, and the energy saving and emission reduction is effectively realized.

【技术实现步骤摘要】
基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电方法和装置
本专利技术属于能源领域，具体涉及一种基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电方法和装置。
技术介绍
燃煤火力发电机组作为中国目前最主要的发电技术，尽可能提高燃煤电厂效率，是当前提高燃煤机组经济性、降低燃煤机组二氧化碳排放最现实可行、也是最经济有效的途径。而受限于材料科学的限制，汽轮机技术参数已经发展到一个瓶颈，已经很难用提高蒸汽参数的方式来提高汽轮机的发电效率。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术实施例的目的是提供一种基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电装置和方法，利用超临界二氧化碳和蒸汽联合循环进行热发电，提高燃煤火力发电机组的热电转换效率，降低燃煤机组的二氧化碳排放量、煤耗以及汽耗率等，实现节能减排。(二)技术方案一种基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电装置，所述装置包括汽轮机发电系统单元和S-CO2布雷顿循环发电系统单元。两个发电系统通过高、低温S-CO2加热器与S-CO2抽汽加热器而互补利用，从而进一步提高发电系统的热电效率。其中，S-CO2布雷顿循环发电系统单元通过高、低温S-CO2加热器将S-CO2布雷顿循环产生的高温余热输送给汽轮机发电系统单元；高、低温S-CO2加热器作为S-CO2布雷顿循环发电系统单元的冷却器使用，减少了S-CO2布雷顿循环发电系统单元的冷却系统的投入；S-CO2抽汽加热器可以将汽轮机发电系统单元的部分抽汽回热利用到S-CO2布雷顿循环发电系统单元中，可降低S-CO2布雷顿循环发电系统单元中气气回热的回热器设计难度。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电方法，所述方法包括，S-CO2涡轮出口的高温CO2通过高温S-CO2加热器与低温S-CO2加热器将排气余热传递给锅炉给水。上述方案中，所述方法进一步包括：S-CO2经过S-CO2压缩机升压至超临界状态；S-CO2经过燃煤锅炉吸收煤炭燃烧热量；S-CO2进入S-CO2涡轮发电单元膨胀做功；S-CO2依次进入高温S-CO2加热器和低温S-CO2加热器，与水进行换热，将S-CO2排气余热传递给锅炉给水；所述锅炉给水经过燃煤锅炉、汽轮机、冷凝器完成发电过程后，依次进入低温S-CO2加热器和高温S-CO2加热器，与S-CO2进行换热；S-CO2回到压缩机完成一个循环。(三)有益效果利用超临界二氧化碳和蒸汽联合循环所形成的燃煤发电技术，在同等热源参数下将取得更高的发电效率，具体表现为可取得以下有益效果：郎肯循环与S-CO2布雷顿循环两个循环热量互补利用，有效地提高了热电转换效率；与纯蒸汽循环的燃煤发电机组相比，本专利技术的热发电装置在650℃的热源温度条件下将供电效率提高至50％；热电效率与最先进的纯汽轮机发电机组相比，在同等热源条件下，发电效率提高5％以上；锅炉负荷降低5％以上，冷凝器负荷降低10％以上。本专利技术大幅度降低了燃煤发电厂的运行成本，提高盈利水平；同时，降低了燃煤发电厂的环境污染，有效的实现了节能减排。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一的热发电方法所计算的装置中各点热力参数分布示意图；图2是本专利技术实施例二的热发电装置结构示意图；图3是本专利技术实施例三的热发电装置结构示意图；图4是本专利技术实施例四的热发电装置结构示意图；图5是本专利技术实施例五的热发电装置结构示意图；图6是本专利技术实施例六的热发电装置结构示意图；图7是本专利技术实施例七的热发电装置结构示意图。附图标记说明：1、汽轮机发电单元；2、高压抽汽加热器；3、燃煤锅炉；4、S-CO2抽汽加热器；5、S-CO2压缩机；6、S-CO2涡轮发电单元；7、高温S-CO2加热器；8、除氧器；9、给水泵；10、低压抽汽加热器；11、低温S-CO2加热器；12、射汽抽气器；13、凝结水泵；14、冷凝器。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例一本实施例提供了一种基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电方法，所述方法包括：步骤S4，S-CO2涡轮出口的高温CO2通过高温S-CO2加热器与低温S-CO2加热器将排气余热传递给锅炉给水。本步骤中的S-CO2依次进入高温S-CO2加热器和低温S-CO2加热器，与水进行换热。通常情况下，在高温S-CO2加热器和低温S-CO2加热器之间设置除氧器。进一步的，本步骤还可以包括：在高压抽汽加热器和/或低压抽汽加热器中利用汽轮机抽汽加热指定量的部分锅炉给水，用于匹配S-CO2排气余热传递给锅炉给水过程中的热量平衡。这里的指定量的部分锅炉给水及相应的匹配过程在后续计算中进行了相应描述。需要说明的是，本实施例中的S-CO2包括储存状态下的CO2、经过加压后的超临界状态的CO2、升温后的超临界CO2以及处于本系统中的所有状态下的CO2。所述方法还包括：在步骤S4之前，步骤S1，S-CO2经过S-CO2压缩机升压至超临界状态；进一步的，还可以对S-CO2压缩机出口的S-CO2在高压蒸汽加热器中与汽轮机抽汽进行换热升温；步骤S2，S-CO2经过燃煤锅炉吸收煤炭燃烧热量；步骤S3，S-CO2进入S-CO2涡轮发电单元膨胀做功；在步骤S4之后，步骤S5，所述锅炉给水经过燃煤锅炉、汽轮机、冷凝器完成发电过程后，依次进入低温S-CO2加热器和高温S-CO2加热器，与S-CO2进行换热；步骤S6，S-CO2回到压缩机完成一个循环。图1是本专利技术实施例一的热发电方法所计算的装置中各点热力参数分布示意图，本实施例所对应的装置为简化版的热发电装置，所述装置包括：汽轮机发电单元1、高温S-CO2加热器7、低温S-CO2加热器11、S-CO2压缩机5、S-CO2涡轮发电单元6、燃煤锅炉给水泵9、凝结水泵13、冷凝器14、射汽抽气器12、除氧器8；在一定条件下，所述装置还可以包括：高压抽汽加热器2、低压抽汽加热器10、S-CO2抽汽加热器4。本装置中的连接关系，可参考实施例二至七。如图1所示，本实施例需计算得到a、b1、b2、c、d、e、f1、f2、g1、g2、h、i、j、j1、j2、A、B、C、D、E各个点的热力参数，所述各个点需要计算的热力参数为流量-M、压力-P、温度-T和焓值-H。所述各点热力参数标记方法示例，如下面所示：a点温度则标记为Ta，b1点温度则标记为Tb1；a点压力则标记为Pa，b1点压力则标记为Pb1；a点流量则标记为Ma；a点焓值则标记为Ha。由此可得所述各点热力参数标记方法。其中，小写字母为蒸汽轮机循环各点热力参数，大写字母为S-CO2各点热力参数。下面就各点热力参数的计算方法做进一步阐述。已知条件：汽轮机排汽压力Pc、汽轮机进汽压力Pa、给水泵出口压力Ph，除氧器工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电方法，其特征在于，所述方法包括：S‑CO2涡轮出口的高温CO2通过高温S‑CO2加热器与低温S‑CO2加热器将排气余热传递给锅炉给水。

【技术特征摘要】
1.一种基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电方法，其特征在于，所述方法包括：S-CO2涡轮出口的高温CO2通过高温S-CO2加热器与低温S-CO2加热器将排气余热传递给锅炉给水。2.根据权利要求1所述的热发电方法，其特征在于，所述方法包括：S-CO2经过S-CO2压缩机升压至超临界状态；S-CO2经过燃煤锅炉吸收煤炭燃烧热量；S-CO2进入S-CO2涡轮发电单元膨胀做功；S-CO2依次进入高温S-CO2加热器和低温S-CO2加热器，与水进行换热，将S-CO2排气余热传递给锅炉给水；所述锅炉给水经过燃煤锅炉、汽轮机、冷凝器完成发电过程后，依次进入低温S-CO2加热器和高温S-CO2加热器，与S-CO2进行换热；S-CO2回到压缩机完成一个循环。3.根据权利要求1或2所述的热发电方法，其特征在于，所述方法还包括：在S-CO2经过S-CO2压缩机升压至超临界状态之后，S-CO2经过燃煤锅炉吸收煤炭燃烧热量之前，所述S-CO2压缩机出口的S-CO2在高压蒸汽加热器中与汽轮机抽汽进行换热升温；或，在高压抽汽加热器和/或低压抽汽加热器中利用汽轮机抽汽加热指定量的部分锅炉给水，用于匹配S-CO2排气余热传递给锅炉给水过程中的热量平衡。4.一种基于超临界二氧化碳和蒸汽联合循环的热发电装置，其特征在于，所述装置包括S-CO2涡轮发电单元、高温S-CO2加热器、低温S-CO2加热器；其中所述高温S-CO2加热器和低温S-CO2加热器用于S-CO2涡轮出口的S-CO2与水进行换热将排气余热传递给锅炉给水。5.根据权利要求4所述的热发电装置，其特征在于，所述装置还包括S-CO2压缩机、汽轮机发电单元、燃煤锅炉、给水泵、凝结水泵、冷凝器、射汽抽气器、除氧器；其中，所述S-CO2压缩机的进口与所述低温S-CO2加热器的S-CO2出口相连，所述S-CO2压缩机的出口与所述燃煤锅炉的S-CO2进口相连；所述燃煤锅炉的S-CO2出口与所述S-CO2涡轮发电单元涡轮的进口相连，所述燃煤锅炉的给水进口与所述高温S-CO2加热器的给水出口相连，所述燃煤锅炉的高温蒸汽出口与汽轮机发电单元主蒸汽进口相连，所述燃煤锅炉的一次再热蒸汽入口与所述汽轮机发电单元高压缸的出口相连，所述燃煤锅炉的一次再热蒸汽出口与所述汽轮机发电单元一次再热蒸汽入口相连，所述燃煤锅炉的二次再热蒸汽入口与所述汽轮机发电单元中压缸的出口相连，所述燃煤锅炉的二次再热蒸汽出口与所述汽轮机发电单元二次再热蒸汽入口相连，其中一次再热蒸汽出入口与二次再热蒸汽出入口根据发电单元的需求而增加或减少若干个；所述S-CO2涡轮发电单元涡轮的出口与所述高温S-CO2加热器S-CO2进口相连；所述高温S-CO2加热器的S-CO2出口与所述低温S-CO2加热器的S-CO2进口相连，所述高温S-CO2加热器的给水进口与所述给水泵的出口相连；所述低温S-CO2加热器的给水出口与所述除氧器的给水进口相连，所述低温S-CO2加热器的给水进口与所述射汽抽气器的出口相连；所述冷凝器的进口与所述汽轮机发电单元蒸汽轮机的出口相连，所述冷凝器的出口与所述凝结水泵的进口相连；所述凝结水泵的出口与所述射汽抽气器的进口相连；所述除氧器的给水出口与所述给水泵的进口相连；所述给水泵用于提高给水压力至1-50MPa，确保汽轮机进汽压力。6.根据权利要求4所的热发电装置，其特征在于，所述装置还包括S-CO2压缩机、汽轮机发电单元、、燃煤锅炉、高压抽汽加热器、低压抽汽加热器、S-CO2抽汽加热器、给水泵、凝结水泵、冷凝器、射汽抽气器、除氧器；其中，所述S-CO2压缩机的进口与所述低温S-CO2加热器的S-CO2出口相连，所述S-CO2压缩机的出口与所述S-CO2抽汽加热器的S-CO2进口相连；所述S-CO2抽汽加热器的S-CO2出口与所述燃煤锅炉的S-CO2进口相连，所述S-CO2抽汽加热器的蒸汽进口与所述汽轮机抽汽口相连，所述S-CO2抽汽加热器的疏水出口与所述除氧器的高温疏水进口相连；所述燃煤锅炉的S-CO2出口与所述S-CO2涡轮发电单元涡轮的进口相连，所述燃煤锅炉的给水进口同时与所述高温S-CO2加热器的给水出口和所述高压抽汽加热器的给水出口相连，所述燃煤锅炉的高温蒸汽出口与汽轮机发电单元主蒸汽进口相连，所述燃煤锅炉的一次再热蒸汽入口与所述汽轮机发电单元高压缸的出口相连，所述燃煤锅炉的一次再热蒸汽出口与所述汽轮机发电单元一次再热蒸汽入口相连，所述燃煤锅炉的二次再热蒸汽入口与所述汽轮机发电单元中压缸的出口相连，所述燃煤锅炉的二次再热蒸汽出口与所述汽轮机发电单元二次再热蒸汽入口相连，其中一次再热蒸汽出入口与二次再热蒸汽出入口根据发电单元的需求而增加或减少若干个；所述S-CO2涡轮发电单元涡轮的出口与所述高温S-CO2加热器S-CO2进口相连；所述高温S-CO2加热器的S-CO2出口与所述低温S-CO2加热器的S-CO2进口相连，所述高温S-CO2加热器的给水进口同时与所述给水泵的出口和所述高压抽汽加热器的给水进口相连；所述低温S-CO2加热器的给水出口同时与所述除氧器的给水进口和所述低压抽汽加热器的给水出口相连，所述低温S-CO2加热器的给水进口同时与所述射汽抽气器的出口和所述低压抽汽加热器的给水进口相连；所述冷凝器的进口与所述汽轮机发电单元蒸汽轮机的出口相连，所述冷凝器的出口与所述凝结水泵的进口相连；所述凝结水泵的出口与所述射汽抽气器的进口相连；所述低压抽汽加热器蒸汽的进口与所述汽轮机发电单元低压抽汽口相连，所述低压抽汽加热器的疏水出口与冷凝器的出口相连，根据热力系统的要求，同样的低压抽汽加热器的数量可以增加或减少若干；所述除氧器的给水出口与所述给水泵的进口相连；所述给水泵用于提高给水压力至1-50MPa，确保汽轮机进汽压力；所述高压抽汽加热器蒸汽的进口与所述汽轮机发电单元高压抽汽口相连，所述高压抽汽加热器的疏水出口与所述除氧器的进口相连，根据热力系统的要求，同样的高压抽汽加热器的数量可以增加或减少若干。7.根据权利要求4所述的热发电装置，其特征在于，所述装置还包括S-CO2压缩机、汽轮机发电单元、燃煤锅炉、低压抽汽加热器、S-CO2抽汽加热器、给水泵、凝结水泵、冷凝器、射汽抽气器、除氧器；其中，所述S-CO2压缩机的进口与所述低温S-CO2加热器的S-CO2出口相连，所述S-CO2压缩机的出口与所述S-CO2抽汽加热器的S-CO2进口相连；所述S-CO2抽汽加热器的S-CO2出口与所述燃煤锅炉的S-CO2进口相连，所述S-CO2抽汽加热器的蒸汽进口与所述汽轮机抽汽口相连，所述S-CO2抽汽加热器的疏水出口与所述除氧器的高温疏水进口相连；所述燃煤锅炉的S-CO2出口与所述S-CO2涡轮发电单元涡轮的进口相连，所述燃煤锅炉的给水进口与所述高温S-CO2加热器的给水出口相连，所述燃煤锅炉的高温蒸汽出口与汽轮机发电单元主蒸汽进口相连，所述燃煤锅炉的一次再热蒸汽入口与所述汽轮机发电单元高压缸的出口相连，所述燃煤锅炉的一次再热蒸汽出口与所述汽轮机发电单元一次再热蒸汽入口相连，所述燃煤锅炉的二次再热蒸汽入口与所述汽轮机发电单元中压缸的出口相连，所述燃煤锅炉的二次再热蒸汽出口与所述汽轮机发电单元二次再热蒸汽入口相连，其中一次再热蒸汽出入口与二次再热蒸汽出入口根据发电单元的需求而增加或减少若干个；所述S-CO2涡轮发电单元涡轮的出口与所述高温S-CO2加热器S-CO2进口相连；所述高温S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王墩金，林峰，王永生，乔莉莉，许曦，
申请(专利权)人：王墩金，林峰，王永生，许曦，乔莉莉，
类型：发明
国别省市：山东,37