一种高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种发电系统，包括：依次连通的高压燃烧斯特林发动机、余热利用斯特林发动机、换热装置和储存罐；还包括发电机，发电机的动力输入端分别与高压燃烧斯特林发动机的动力输出端、余热利用斯特林发动机的动力输出端连接。一种控制方法，包括如下步骤：将高压燃烧斯特林发动机的第一燃烧室内的第一高温烟气通入余热利用斯特林发动机进行余热利用；余热利用斯特林发动机的第二燃烧室的第二高温烟气通入换热装置中进行降温，分离第二高温烟气中水蒸汽和CO2；液态CO2被通入储存罐内进行保存；发电系统的压力始终大于6MPa。本发明专利技术通过利用对第一高温烟气的余热进行利用，提高了发电效率，同时将CO2收集起来，实现CO2的零排放。 1

【技术实现步骤摘要】
一种高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法
本专利技术涉及发动机发电系统领域，尤其涉及一种高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法。
技术介绍
斯特林发动机是通过气缸内工作介质经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为热气机。热气机是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机。斯特林发动机被广泛应用于工业发电中，虽然采用外部燃烧供热，但是在燃料燃烧后依旧会产生高温烟气，该高温烟气若直接排入大气中，高温烟气会污染大气，而且传统的应用斯特林发动机进行发电，由于无法有效利用燃料燃烧后产生的高温烟气中的热量，因此采用斯特林发动机进行发电的发电效率不高。因此，本申请人致力于提供一种高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法，能够实现CO2的零排放，实现高温烟气的余热利用，从而提高发电效率。本专利技术提供的技术方案如下：一种高压富氧燃烧斯特林发电系统，包括：依次连通的高压燃烧斯特林发动机、余热利用斯特林发动机、换热装置和储存罐；所述高压燃烧斯特林发动机设有第一燃烧室，所述第一燃烧室设有气体入口，燃料入口和第一烟气出口；所述余热利用斯特林发动机设有第二燃烧室，所述第二燃烧室设有第二烟气入口和第二烟气出口，所述第二烟气入口与所述第一烟气出口连通；所述换热装置设有第三烟气入口、冷凝水出口和液态CO2出口，所述第三烟气入口与第二烟气出口连通；所述储存罐设有液态CO2入口，所述液态CO2入口与所述液态CO2出口连通；还包括发电机，所述发电机的动力输入端分别与所述高压燃烧斯特林发动机的动力输出端、余热利用斯特林发动机的动力输出端连接。上述结构中，通过将高压燃烧斯特林发动机燃烧得到的高温烟气通入后续的余热利用斯特林发动机进行余热利用，在降低高温烟气温度的同时高温烟气的余热驱动了余热利用斯特林发动机的运转，提高了整个发电系统的发电效率，且采用换热装置对高温烟气进行进一步冷却，能够通过降温将高温烟气中的水蒸汽和CO2先后变为冷凝水和液态CO2，从而实现冷凝水和液态CO2的分离，并将液态CO2通入后续的储存罐中进行保存，实现了高温烟气的CO2的零排放，避免排入大气中，造成空气的污染。优选地，所述高压燃烧斯特林发动机设有第一冷却水通道，所述余热利用斯特林发动机设有第二冷却水通道，所述换热装置设有第三冷却水通道；所述第一冷却水通道、第二冷却水通道与第三冷却水通道依次连通并形成回路；所述回路处还设有用于冷却循环冷却水的冷却水装置。上述结构中，将高压燃烧斯特林发动机、余热利用斯特林发动机和换热装置的冷却水通道连成同一回路，并运用一个冷却水装置对冷却水通道内的流动的循环冷却水进行冷却，相较于每个装置均对应设置一个冷却水装置，减少了发电系统的占地面积，减少了冷却水装置数量的同时节约了成本。优选地，所述换热装置与储存罐通过压缩泵连通。上述结构中，通过对液态CO2进行压缩增压，能够减小液态CO2的体积的同时增加液态CO2的密度，从而减小后续的储存罐的体积，进而减小储存罐的制造成本，储存罐体积更小也便于后续处理时运输。优选地，所述第一燃烧室内设有气体引射器，所述气体引射器设有纯氧入口，所述纯氧入口与所述第一燃烧室的气体入口连通。上述结构中，通过在第一燃烧室内设置气体引射器，能够将一部分高温烟气与纯氧混合均匀，并在富氧的状态下进行燃烧，提高了燃烧效率，而且一部分高温烟气会对纯氧先进行一次预热，从而进一步提高了高压燃烧斯特林发动机的效率，进而提高整体发电系统的发电效率。一种高压富氧燃烧斯特林发电系统的控制方法，包括如下步骤：S100：将高压燃烧斯特林发动机的第一燃烧室内的第一高温烟气通入余热利用斯特林发动机进行余热利用；S200：余热利用斯特林发动机的第二燃烧室的第二高温烟气通入换热装置中进行降温，分离第二高温烟气中水蒸汽和CO2，水蒸汽经过降温变为冷凝水，CO2经过降温变为液态CO2；S300：液态CO2被通入储存罐内进行保存；其中，高压燃烧斯特林发动机和余热利用斯特林发动机分别与发电机分别与发电机连接并提供所述发电机动力，用于驱动所述发电机发电；所述发电系统的压力始终大于6MPa。现有技术中，在标准大气压下，需要将CO2的温度降低到零下才能实现CO2的液化。上述方法中，通过将发电系统的压力限制在大于6MPa，能够保证整个发电系统在发电过程均处于高压状态，从而降低了高温烟气中的气态CO2的冷凝点，当需要将气态CO2液化时，只需要将气态CO2的温度降低到50℃～60℃即可实现CO2的液化，减少了CO2从气态变为液态需要降低的温度，从而节约换热装置内的循环冷却水的量。通过利用第一高温烟气的余热驱动余热利用斯特林发动机，能够提高整个发电系统的发电效率，而且余热利用斯特林发动机在利用余热的同时会降低第二高温烟气的温度，进一步减少了循环冷却水的量。优选地，所述发电系统的压力为6～10MPa。由于加压需要消耗很多能源，所以将压力限制在6～10MPa之间，能够在保证CO2的零排放的同时成本较低。优选地，所述步骤S200中的所述液态CO2通入压缩泵进行压缩增压至13MPa以上。优选地，所述步骤S100中的第一高温烟气分为两部分，第一部分通入余热利用斯特林发动机进行余热利用，第二部分被纯氧引射并将其点燃燃烧；其中，所述第二部分第一高温烟气与纯氧的质量流量比值为5～20。通过限制第二部分第一高温烟气与纯氧的质量流量比值能够保证第一燃烧室能够更加充分燃烧，提高高压燃烧斯特林发动机的燃烧效率。优选地，所述高压燃烧斯特林发动机的第一冷却水通道、余热利用斯特林发动机的第二冷却水通道和换热装置的第三冷却水通道依次连通并形成回路，所述回路中的循环冷却水通过冷却水装置进行降温冷却。本专利技术提供的一种高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法，能够带来以下有益效果：通过利用高压燃烧斯特林发动机产生的高温烟气中的余热来驱动余热利用斯特林发动机，能够提高整个发电系统的发电效率，且通过换热装置对高温烟气进行降温后能够实现CO2的液化，并储存在储存罐中，避免排入大气中造成大气污染。附图说明下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。图1是本专利技术的高压富氧燃烧斯特林发电系统的一种实施方式的结构示意图。附图标号说明：1-高压燃烧斯特林发动机，1a-第一燃烧室，1b-气体引射器，1c-气体入口，1d-燃料入口，1e-第一烟气出口，2-余热利用斯特林发动机，2a-第二燃烧室，3-冷却器，4-储存罐，5-发电机，6-压缩泵，A-纯氧，B-燃料，C-冷凝水，D-液态CO2，E-循环冷却水。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本专利技术相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。【实施例1】如图1所示，实施例1公开了一种高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压富氧燃烧斯特林发电系统，其特征在于，包括：

【技术特征摘要】
1.一种高压富氧燃烧斯特林发电系统，其特征在于，包括：依次连通的高压燃烧斯特林发动机、余热利用斯特林发动机、换热装置和储存罐；所述高压燃烧斯特林发动机设有第一燃烧室，所述第一燃烧室设有气体入口，燃料入口和第一烟气出口；所述余热利用斯特林发动机设有第二燃烧室，所述第二燃烧室设有第二烟气入口和第二烟气出口，所述第二烟气入口与所述第一烟气出口连通；所述换热装置设有第三烟气入口、冷凝水出口和液态CO2出口，所述第三烟气入口与第二烟气出口连通；所述储存罐设有液态CO2入口，所述液态CO2入口与所述液态CO2出口连通；还包括发电机，所述发电机的动力输入端分别与所述高压燃烧斯特林发动机的动力输出端、余热利用斯特林发动机的动力输出端连接。2.根据权利要求1所述的高压富氧燃烧斯特林发电系统，其特征在于：所述高压燃烧斯特林发动机设有第一冷却水通道，所述余热利用斯特林发动机设有第二冷却水通道，所述换热装置设有第三冷却水通道；所述第一冷却水通道、第二冷却水通道与第三冷却水通道依次连通并形成回路；所述回路处还设有用于冷却循环冷却水的冷却水装置。3.根据权利要求1所述的高压富氧燃烧斯特林发电系统，其特征在于：所述换热装置与储存罐通过压缩泵连通。4.根据权利要求1所述的高压富氧燃烧斯特林发电系统，其特征在于：所述第一燃烧室内设有气体引射器，所述气体引射器设有纯氧入口，所述纯氧入口与所述第一燃烧室的气体入口连通。5.一种权利要求1～4中任一项所述的高压富氧燃烧斯特林发电系统的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰健，吕田，
申请(专利权)人：上海齐耀动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31