回热式超临界CO制造技术

本公开提供了用于发电的系统和方法。特别地，所述系统和方法利用向膨胀的涡轮排气流添加热，以增加用于回收的可用热量，并且在其中用于加热压缩的二氧化碳流，以用于再循环回到所述发电系统和方法的燃烧器。

Regenerative supercritical CO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】回热式超临界CO2动力循环的低等级热优化
本公开提供了用于通过燃烧含碳燃料以及从低等级热源如太阳能热源输入热来发电的系统和方法。
技术介绍
二氧化碳(CO2)是燃烧含碳燃料的已知产物，并且需要利用含碳燃料燃烧的发电系统来捕获所产生的CO2。授予Allam等的美国专利号8,596,075描述了使用CO2工作流的发电系统，其中由燃烧产生的CO2可被抽取用于各种最终用途。授予Palmer等的美国专利公开号2013/0118145描述了使用CO2工作流的发电系统，其中可进一步用太阳能加热器加热被加热的高压再循环CO2流。这似乎需要在超过150巴(或甚至高于300巴)的压力和高于500℃的温度下在超临界CO2流内发生太阳能加热。然而，如果超临界CO2将被直接加热，则此类温度和压力条件导致关于聚光太阳能(CSP)接收器的设计的重大挑战。如果超临界CO2要被中间热传递回路加热，则挑战变成发现热交换器材料，其不仅可应对超临界CO2的高温和高压，而且可应对可能来自可在高温如超过约400℃的温度下与CSP应用一起使用的加热器传递流体的不期望的影响。因此，在本领域中仍然需要具有合并太阳能加热的能力的用于发电的另外的系统和方法。
技术实现思路
本公开涉及系统和方法，其中可将诸如太阳能的各种低等级热源与超临界CO2动力循环有效地整合，诸如例如，通过将低等级加热直接与回热式热交换器链界接，而不是利用终端热传递(例如，加热到循环中最高期望温度)。因此，本公开涵盖发电系统和方法，其中将低等级加热与CO2动力循环整合，诸如通过与回热器热交换器直接相互作用。在本专利技术的一些实施方案中，涡轮排气可在其进入回热式热交换器链之前和/或在其进入回热式热交换器链之后(即，部分通过回热器热交换器)被预热。CO2动力循环中的低压流体被直接加热，同时仍在再循环CO2中提供高温热回收，但不与低等级热源如聚光太阳能(CSP)系统直接连通。这种配置可能是有利的，因为它减少或消除了可能由中间热传递流体与高压CO2流在热交换器中的接触而引起的任何不期望的影响。因此，可将技术和商业风险降到最低。低压CO2也可通过与良性传热流体直接接触而加热，该良性传热流体可以使得再循环CO2不被永久污染的方式管理。例如，CSP系统或其他形式的热(例如，来自燃气涡轮的烟道气)可用于产生蒸汽(其他工作流体可包括CO2、以及形成高于大约100℃的气相且在不比环境冷的温度下为液体的化合物)。然后，在来自CO2动力循环的涡轮排气进入回热式热交换器链之前和/或在其进入回热式热交换器链之后(即，部分通过回热器热交换器)，该蒸汽可与其合并。然后，蒸汽可在回热式热交换器链的出口处在专用水分离步骤中作为液态水分离。然后，可将其泵送回到热源并转化为蒸汽以再次开始该工艺。本专利技术所公开的系统和方法的优点集中在进一步优化主回热式热交换器链的热传递性能，以便提升进入燃烧器/加热器的再循环CO2的温度。这与利用太阳能加热通过直接加热再循环CO2流本身的已知系统和方法有根本的不同。在一个或多个实施方案中，本公开提供了用于发电的方法。在示例性实施方案中，所述方法可包括：在燃烧器中在压缩的二氧化碳流存在下用氧化剂燃烧燃料以形成压缩的燃烧产物流；使所述压缩的燃烧产物流膨胀穿过涡轮以发电并提供膨胀的燃烧产物流；使所述膨胀的燃烧产物流通过主热交换器以从其中回收可用热量并形成冷却的涡轮排气流；从所述冷却的涡轮排气流中去除水以提供二氧化碳流；压缩所述二氧化碳流以形成所述压缩的二氧化碳流；将所述压缩的二氧化碳流再循环回到所述燃烧器；在低等级热源中加热循环流体流以形成加热的循环流体流；以及使用所述加热的循环流体流来增加所述膨胀的燃烧产物流中的所述可用热量。在另外的实施方案中，所述方法可关于一个或多个下列陈述来表征，这些陈述可以任何顺序或数目组合。可在使用所述加热的循环流体流来增加所述膨胀的燃烧产物流中的所述可用热量之后，将所述循环流体流再循环回到所述低等级热源以被再加热。可在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游从所述加热的循环流体流传递热。可使所述膨胀的涡轮排气流和所述加热的循环流体流通过副热交换器。可使所述加热的循环流体流通过所述主热交换器。可将所述加热的循环流体流在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游与所述膨胀的涡轮排气流混合。可将所述加热的循环流体流与所述膨胀的涡轮排气流混合，同时使所述膨胀的涡轮排气流通过所述主热交换器。与所述膨胀的涡轮排气流混合的所述循环流体流的至少一部分可在通过所述主热交换器之后与所述膨胀的涡轮排气流分离。可使与所述循环流体混合的所述膨胀的涡轮排气流通过所述主热交换器下游的分离单元。可使在通过所述主热交换器之后从所述膨胀的涡轮排气流中分离的所述循环流体流的所述至少一部分再循环回到所述低等级热源以被再加热。所述循环流体流可包含水。所述循环流体流可包含二氧化碳。所述循环流体流可包含制冷剂。所述主热交换器可包括多个热交换单元。侧部加热器可定位于第一热交换单元和第二热交换单元之间，所述膨胀的涡轮排气流可通过所述侧部加热器，并且所述加热的循环流体流可通过所述侧部加热器以向所述膨胀的涡轮排气流提供热。可将所述加热的循环流体流在所述多个热交换单元的两个热交换单元之间与所述膨胀的涡轮排气流混合。所述低等级热源可以是太阳能加热器。在一个或多个实施方案中，本公开可提供用于发电的系统。在示例性实施方案中，所述系统可包括：燃烧器，其被配置成接收燃料、氧化剂和压缩的二氧化碳流；涡轮，其被配置成使从所述燃烧器接收的燃烧器排气流膨胀；主热交换器，其被配置成从接收自所述涡轮的膨胀涡轮排气流回收可用热量；分离器，其被配置成从接收自所述主热交换器的所述膨胀涡轮排气流中去除水；压缩机，其被配置成压缩从所述分离器接收的二氧化碳流；管线，其被配置成将压缩的二氧化碳从所述压缩机经由所述主热交换器传送到所述燃烧器；低等级热源，其被配置成提供加热的循环流体流；以及至少一个组合器，其配置成用于将来自所述加热的循环流体流的热与所述膨胀的涡轮排气流组合。在另外的实施方案中，所述系统的特征可在于一个或多个下列陈述，这些陈述可以任何顺序或数目组合。所述至少一个组合器可包括定位在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游的副热交换器，所述副热交换器被配置用于在所述加热的循环流体流和所述膨胀的涡轮排气流之间交换热。所述主热交换器可包括多个热交换单元。所述组合器可定位在所述多个热交换单元中的两个热交换单元之间。所述低等级热源可以是太阳能加热器。附图简单说明图1是显示根据本公开的利用低等级加热来加热低压流而不与低压流混合的发电循环的示例性实施方案的流程图。图2是显示根据本公开的利用低等级加热来加热低压流的发电循环的示例性实施方案的流程图，其通过将加热流与低压流组合并在此后去除加热流来实现。图3A到图3D提供了发电循环的一部分的示例性实施方案的流程图，其示出了相对于穿过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于发电的方法，所述方法包括：/n在燃烧器中在压缩的二氧化碳流存在下用氧化剂燃烧燃料以形成压缩的燃烧产物流；/n使所述压缩的燃烧产物流膨胀穿过涡轮以发电并提供膨胀的燃烧产物流；/n使所述膨胀的燃烧产物流通过主热交换器以从其中回收可用热量并形成冷却的涡轮排气流；/n从所述冷却的涡轮排气流中去除水以提供二氧化碳流；/n压缩所述二氧化碳流以形成所述压缩的二氧化碳流；/n将所述压缩的二氧化碳流再循环回到所述燃烧器；/n在低等级热源中加热循环流体流以形成加热的循环流体流；以及/n使用所述加热的循环流体流来增加所述膨胀的燃烧产物流中的所述可用热量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170828 US 62/551,0251.一种用于发电的方法，所述方法包括：
在燃烧器中在压缩的二氧化碳流存在下用氧化剂燃烧燃料以形成压缩的燃烧产物流；
使所述压缩的燃烧产物流膨胀穿过涡轮以发电并提供膨胀的燃烧产物流；
使所述膨胀的燃烧产物流通过主热交换器以从其中回收可用热量并形成冷却的涡轮排气流；
从所述冷却的涡轮排气流中去除水以提供二氧化碳流；
压缩所述二氧化碳流以形成所述压缩的二氧化碳流；
将所述压缩的二氧化碳流再循环回到所述燃烧器；
在低等级热源中加热循环流体流以形成加热的循环流体流；以及
使用所述加热的循环流体流来增加所述膨胀的燃烧产物流中的所述可用热量。


2.根据权利要求1所述的方法，其中在使用所述加热的循环流体流来增加所述膨胀的燃烧产物流中的所述可用热量之后，将所述循环流体流再循环回到所述低等级热源以被再加热。


3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游从所述加热的循环流体流传递热。


4.根据权利要求3所述的方法，其中使所述膨胀的涡轮排气流和所述加热的循环流体流通过副热交换器。


5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述加热的循环流体流通过所述主热交换器。


6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述加热的循环流体流在所述涡轮的下游和所述主热交换器的上游与所述膨胀的涡轮排气流混合。


7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述膨胀的涡轮排气流通过所述主热交换器的同时，将所述加热的循环流体流与所述膨胀的涡轮排气流混合。


8.根据权利要求7所述的方法，其中与所述膨胀的涡轮排气流混合的所述循环流体流的至少一部分在通过所述主热交换器之后与所述膨胀的涡轮排气流分离。


9.根据权利要求8所述的方法，其中使与所述循环流体混合的所述膨胀的涡轮排气流通过所述主热交换器下游的分离单元。


10.根据权利要求8所述的方法，其中使在通过所述主热交换器之后从所述膨胀的涡轮排气流中分离的所述循环流体流的所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·A·福里斯特，
申请(专利权)人：八河流资产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US