一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法技术

本发明专利技术的一种利用钢渣热能、燃气‑超临界二氧化碳联合发电方法，属于冶金能源发电技术领域。本发明专利技术的方法将钢渣热能和燃气燃烧后的热能换热给超临界CO2工质，CO2工质做工进行发电，发电后的CO2工质进行换热，换热后的CO2工质进行预压缩布雷顿循环恢复超临界状态。本发明专利技术的方法使得CO2工质在进入低温回热器前已被预压缩机压缩，则使得低温回热器高压与低压两侧压差减小，避免夹点问题的产生，使得系统的循环效果更好，发电效率更高。

A combined power generation method using steel slag heat energy and gas supercritical carbon dioxide

The invention relates to a combined power generation method using steel slag heat energy, gas and supercritical carbon dioxide, belonging to the technical field of metallurgical energy power generation. The method of the invention transfers the heat energy of the steel slag and the heat energy after the combustion of the gas to the supercritical CO2 working medium, generates electricity by the CO2 working medium, exchanges heat by the CO2 working medium after the power generation, and restores the supercritical state by the pre-compression Brayton cycle of the CO2 working medium after the heat exchange. The method of the invention enables the CO2 working medium to be compressed by a pre-compressor before entering the cryogenic regenerator, thereby reducing the pressure difference between the high pressure and low pressure sides of the cryogenic regenerator, avoiding the occurrence of pinch problems, making the circulation effect of the system better and the power generation efficiency higher.

【技术实现步骤摘要】
一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法
本专利技术属于冶金能源发电
，具体涉及一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法。
技术介绍
钢渣是炼钢过程中产生的废渣，其产量约为粗钢产量的12％-15％，按我国2012年粗钢产量7.5亿吨计算，总渣量约在9000-11250万吨。而且每年仍以数百万吨的排渣量递增，而大量钢渣堆积成渣山，不仅污染环境，而且还占用大量土地，若不综合利用，将影响钢铁工业的可持续发展。因此，钢渣的资源综合利用问题逐渐引起了我国钢铁同仁的重视。炼钢过程中排出的钢渣温度达1450℃-1650℃，蕴含热量2000MJ/t，属于高品质余热资源，极具开发利用价值。然而国内对于钢渣热量的回收利用方面研究很少，钢渣余热回收利用技术还很不成熟，如何在钢渣处理过程中对钢渣热量进行回收，并且与二氧化碳应用相结合的研究或者报道，在钢铁企业领域尚未出现。从80年代以后，由于燃气轮机的单机功率和热效率都有很大程度的提高，再加上世界范围内天然气资源的进一步开发，使燃气轮机得到了非常迅速的发展，燃气轮机及其联合循环在世界电力工业中的地位也发生了明显的变化，据不完全统计，全世界现有燃气轮机及其联合循环的装机总容量已经超过4亿kW。目前的布雷顿循环多以理想气体为介质，CO2具有良好的传热和热力学特性，无毒且具有较好的稳定性，并且其临界温度(31.1℃)和临界压力(7.38MPa)相对较低，易达到超临界状态，其在飞机、轮船的动力系统及热泵系统等已经获得应用。如果用CO2替代水作为火力发电介质，形成S-CO2布雷顿循环系统，在火电系统中效率可达50％以上。结合超临界二氧化碳布雷顿循环的优点及燃气轮机的特点，燃机联合超临界二氧化碳布雷顿循环发电，循环效率更高，机动性好，经济效益更高。经检索，专利技术创造的名称为：一种利用太阳能的燃气-超临界二氧化碳联合动力发电系统(申请号：201410494094.2，申请公布日：2015.03.11)。该申请案公开了一种利用太阳能的热量与和超临界二氧化碳布雷顿循环发电相互结合，可以提高能源利用率，是一种不可多得的发电新思路，但是太阳能有很大局限性，天气不好，阴雨天的时候会对发电产生一定的影响，使得调节系统的稳定成为一个问题。此外专利技术创造名称为：一种利用熔融钢渣热能发电装置和方法(申请号：201310728691.2，申请公布日2014.04.02)。该申请案公开了一种利用熔融钢渣热能与朗肯循环相结合的发电系统，通过对闷渣蒸汽余热的回收和利用实现ORC低温发电，充分利用钢渣的热能转化为电能。但朗肯循环轮机系统效率较低，设备占用空间大，投资成本高。将钢渣热能、燃气与超临界二氧化碳相结合的联合发电系统，解决了太阳能不能连续稳定供给热量及熔融钢渣热能与朗肯循环相结合的发电系统循环效率低、投资成本高的问题的同时，不仅充分利用了钢渣热能，而且与超临界二氧化碳布雷顿循环的联合发电，使系统循环效率更高，设备结构紧凑，经济效益更高。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于解决现有的超临界二氧化碳动力发电系统中二氧化碳循环效率低的问题，提供一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法，将钢渣热能和燃气燃烧后的热能换热给超临界CO2工质，CO2工质做工进行发电，发电后的CO2工质进行换热，换热后的CO2工质进行预压缩布雷顿循环恢复超临界状态，CO2工质在进入低温回热器前已被预压缩机压缩，则使得低温回热器高压与低压两侧压差减小，避免夹点问题的产生，使得系统的循环效率大大提高。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法，所述方法为将钢渣热能和燃气燃烧后的热能换热给S-CO2工质，S-CO2工质做工进行发电，发电后的CO2工质进行换热，换热后的CO2工质进行预压缩布雷顿循环恢复超临界状态。优选地，所述方法具体步骤如下：(1)一次加热，将钢渣的热量换热给S-CO2工质进行一次加热；(2)二次加热，将燃气燃烧后的热量换热给S-CO2工质进行二次加热；；(3)发电，二次加热后的CO2工质带动发电机进行发电；(4)恢复状态，包括换热阶段和回热阶段，换热阶段：发电后的CO2工质进行换热，换热后的CO2工质预压缩后进行二次换热，二次换热后的CO2工质预冷降温，预冷后的CO2工质恢复超临界状态；回热阶段：预冷降温后的CO2工质进行二次压缩，压缩CO2工质进行二次回热升温，完成循环。优选地，所述步骤(4)中的换热阶段具体为：发电后的CO2工质通过Ⅱ高温侧入口进入高温回热器换热降温，然后CO2工质从Ⅱ高温侧出口流出进入预压缩机进行预压缩，压缩后的CO2工质通过Ⅰ高温侧入口进入低温回热器内进行二次换热，二次换热后的CO2工质从Ⅰ高温侧出口流出进入预冷器进行预冷。优选地，所述步骤(4)中回热阶段的具体为：预冷后的CO2工质进入主压缩机内进行二次压缩，二次压缩后的CO2工质通过Ⅰ低温侧入口进入低温回热器，在低温回热器内进行一次回热，一次回热后的CO2工质从Ⅰ低温侧出口流出通过Ⅱ低温侧入口进入高温回热器，CO2工质在高温回热器进行二次回热，二次回热后的CO2工质从Ⅱ低温侧出口流出恢复超临界状态。优选地，所述方法采用如下装置进行，包括风能采集单元、燃气轮机发电单元、钢渣热能回收单元和循环发电单元，风能采集单元与燃气轮机发电单元通过管道连接，所述钢渣热能回收单元和循环发电单元通过管道连接，所述燃气轮机发电单元和循环发电单元通过管道连接。优选地，所述风能采集单元包括风力机组和空气压缩机，所述风力机组和空气压缩机通过变速传动装置连接，该风能采集单元用于将风能转化成动能进行空气压缩。优选地，所述燃气轮机发电单元包括燃烧器、燃气透平和燃气轮发电机，所述燃烧器与空气压缩机连通，所述燃气轮机发电单元将空气压缩机压缩的空气与燃料进行燃烧发电，并得到高温废气，所述燃气透平的出口分别与燃气轮发电机和第二换热器连接。优选地，所述钢渣热能回收单元包括闷渣装置、蒸汽加压装置、蒸汽水化池和第一换热器，所述闷渣装置通过蒸汽收集管道与蒸汽加压装置相连，所述蒸汽加压装置通过管道与蒸汽水化池连通，所述蒸汽水化池与第一换热器通过管道相连。优选地，所述循环发电单元包括发电机、超临界二氧化碳透平、预压缩机、主压缩机、低温回热器和高温回热器，所述超临界二氧化碳透平通过传动轴与发电机相连并带动发电机发电，所述超临界二氧化碳透平的出口通过管道与高温回热器的Ⅱ高温侧入口连接，高温回热器的Ⅱ高温侧出口与预压缩机入口通过管道连接，预压缩机出口与低温回热器的Ⅰ高温侧入口连接，低温回热器的Ⅰ高温侧出口与预冷器入口通过管道连接，预冷器出口与主压缩机入口通过管道连接，主压缩机出口与Ⅰ低温侧入口连接，低温回热器与高温回热器的Ⅱ低温侧入口通过管道连接，Ⅱ低温侧出口通过管道相连有第一换热器。优选地，主压缩机的功率为Wpr1，预压缩机的功率为Wpr2，Wpr1：Wpr2＝3.6～14。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本专利技术的一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法，将钢渣热能和燃气燃烧后的热能换热给超临界CO2工质，CO2工质做工进行发电，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用钢渣热能、燃气‑超临界二氧化碳联合发电方法，其特征在于：将钢渣热能和燃气燃烧后的热能换热给S‑CO2工质，S‑CO2工质做工进行发电，发电后的CO2工质进行换热，换热后的CO2工质进行预压缩布雷顿循环恢复超临界状态。

【技术特征摘要】
1.一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法，其特征在于：将钢渣热能和燃气燃烧后的热能换热给S-CO2工质，S-CO2工质做工进行发电，发电后的CO2工质进行换热，换热后的CO2工质进行预压缩布雷顿循环恢复超临界状态。2.根据权利要求1所述的一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)一次加热，将钢渣的热量换热给回热后的S-CO2工质进行一次加热；(2)二次加热，将燃气燃烧后的热量换热给S-CO2工质进行二次加热；(3)发电，二次加热后的CO2工质带动发电机进行发电；(4)恢复状态，包括换热阶段和回热阶段，换热阶段：发电后的CO2工质进行换热，换热后的CO2工质预压缩后进行二次换热，二次换热后的CO2工质预冷降温，预冷后的CO2工质恢复超临界状态；回热阶段：预冷降温后的CO2工质进行二次压缩，压缩CO2工质进行二次回热升温，完成循环。3.根据权利要求2所述的一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法，其特征在于，所述步骤(4)中的换热阶段具体为：发电后的CO2工质通过Ⅱ高温侧入口(472)进入高温回热器(470)换热降温，然后CO2工质从Ⅱ高温侧出口(471)流出进入预压缩机(430)进行预压缩，压缩后的CO2工质通过Ⅰ高温侧入口(461)进入低温回热器(460)内进行二次换热，二次换热后的CO2工质从Ⅰ高温侧出口(462)流出进入预冷器(450)进行预冷。4.根据权利要求2所述的一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法，其特征在于，所述步骤(4)中回热阶段的具体为：预冷后的CO2工质进入主压缩机(440)内进行二次压缩，二次压缩后的CO2工质通过Ⅰ低温侧入口(463)进入低温回热器(460)，在低温回热器(460)内进行一次回热，一次回热后的CO2工质从Ⅰ低温侧出口(464)流出通过Ⅱ低温侧入口(473)进入高温回热器(470)，CO2工质在高温回热器(470)进行二次回热，二次回热后的CO2工质从Ⅱ低温侧出口(474)流出恢复超临界状态。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电方法，其特征在于：所述方法采用如下装置进行，包括风能采集单元(100)、燃气轮机发电单元(200)、钢渣热能回收单元(300)和循环发电单元(400)，风能采集单元(100)与燃气轮机发电单元(200)通过管道连接，所述钢渣热能回收单元(300)和循环发电单元(400)通过管道连接，所述燃气轮机发电单元(200)和循环发电单元(400)通过管道连接。6.根据权利要求5所述的一种利用钢渣热能、燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾明言，陈萍，陈金超，汪嘉伦，陈雪，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34