一种利用地热能的超临界二氧化碳发电系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用地热能的超临界二氧化碳发电系统及其工作方法，燃烧器的二氧化碳出口与二氧化碳透平的入口相连，二氧化碳透平的出口与第一回热器的热端入口相连，第一回热器的热端出口分别与冷却器的入口和间冷换热器的热端入口相连，冷却器的出口与第一预热器的二氧化碳入口相连，第一预热器的二氧化碳出口和间冷换热器的热端出口均与第一回热器的冷端入口相连，第一回热器的冷端出口与燃烧器的二氧化碳入口相连；间冷换热器的冷端入口和第一预热器热端入口均与地热单元的放热端连接，间冷换热器的冷端出口和第一预热器热端出口均与地热单元的吸热端连接。有效利用地热能对冷凝后的超临界二氧化碳工质进行预热，提高能量利用效率。高能量利用效率。高能量利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种利用地热能的超临界二氧化碳发电系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于超临界二氧化碳发电领域，涉及一种利用地热能的超临界二氧化碳发电系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]地热资源按赋存形式可分热水型、地压地热能、干热岩地热能和岩浆热能四种类型；根据地热水的温度，又可分为高温型(>l50℃)、中温型(90～150℃)和低温型(<90℃)三大类。地热能的开发利用可分为发电和非发电两个方面，高温地热资源主要用于地热发电，中、低温地热资源主要是直接利用，多用于采暖、干燥、工业、农林牧副渔业、医疗、旅游及人民的日常生活等方面。我国地热资源以低温热水型地热田为主，其中温度在90℃左右的地热资源约占这类资源总量的90％，目前主要作建筑采暖、供应生活热水、保健疗养和种植养殖等直接利用。但由于大量的资源所处位置附近缺乏更多的热需求，又缺乏具有良好经济性的发电利用技术，而不能得到开发利用，造成资源的浪费。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用地热能的超临界二氧化碳发电系统及其工作方法，有效利用地热能对冷凝后的超临界二氧化碳工质进行预热，提高能量利用效率。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]一种利用地热能的超临界二氧化碳发电系统，包括燃烧器、二氧化碳透平、第一回热器、冷却器、第一预热器、间冷换热器和地热单元；
[0006]燃烧器的二氧化碳出口与二氧化碳透平的入口相连，二氧化碳透平的出口与第一回热器的热端入口相连，第一回热器的热端出口分别与冷却器的入口和间冷换热器的热端入口相连，冷却器的出口与第一预热器的二氧化碳入口相连，第一预热器的二氧化碳出口和间冷换热器的热端出口均与第一回热器的冷端入口相连，第一回热器的冷端出口与燃烧器的二氧化碳入口相连；
[0007]间冷换热器的冷端入口和第一预热器热端入口均与地热单元的放热端连接，间冷换热器的冷端出口和第一预热器热端出口均与地热单元的吸热端连接。
[0008]优选的，第一预热器和第一回热器之间设置有第二预热器，第一预热器的二氧化碳出口与第二预热器的二氧化碳入口相连，第二预热器的二氧化碳出口和间冷换热器的热端出口均与第一回热器的冷端入口相连；间冷换热器的冷端出口与第二预热器的热端入口连接，第二预热器的热端出口与地热单元的吸热端连接。
[0009]进一步，第一预热器的二氧化碳出口与第二预热器的二氧化碳入口之间连接有二氧化碳增压装置，二氧化碳增压装置的出口与第二预热器的二氧化碳入口相连。
[0010]优选的，第一回热器的热端出口连接有第二回热器的热端入口，第二回热器的热端出口分别与冷却器的入口和第一压缩机的入口相连，第一预热器的二氧化碳出口与第二
回热器的冷端入口相连，第二回热器的冷端出口和间冷换热器的热端出口均与第一回热器的冷端入口相连。
[0011]优选的，第一回热器的热端出口连接有第一压缩机的入口，第一压缩机的出口与间冷换热器的热端入口相连。
[0012]优选的，间冷换热器的热端出口连接有第二压缩机的入口，第二压缩机的出口与第一回热器的冷端入口相连。
[0013]优选的，燃烧器入口连通有空气和天然气。
[0014]优选的，地热单元包括地热井和回灌井，地热井的地热水出口连接有气液分离器入口，气液分离器的水蒸气出口连接间冷换热器的冷端入口，间冷换热器的冷端出口连接回灌井的入口，气液分离器的水出口连接第一预热器的地热水入口，第一预热器的地热水出口连接回灌井的入口。
[0015]一种基于上述任意一项所述利用地热能的超临界二氧化碳发电系统的工作方法，包括以下过程：
[0016]燃烧器中产生热能，在第一回热器中回热后的超临界二氧化碳工质进入燃烧器被加热，然后超临界二氧化碳工质进入二氧化碳透平做功发电，出口超临界二氧化碳工质在第一回热器中进行余热回收后，一部分进入冷却器被冷凝，一部分进入进入间冷换热器；
[0017]从冷却器出来的超临界二氧化碳工质在第一预热器中被地热单元的放热端内的工质进行预热，预热后的超临界二氧化碳工质进入第一回热器进行回热后，再进入燃烧器完成一个循环；
[0018]从间冷换热器放热后的超临界二氧化碳工质，进入第一回热器进行回热后再进入燃烧器完成循环。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术通过超临界二氧化碳进行发电，超临界二氧化碳密度接近于液体，临界点附近二氧化碳的压缩因子只有0.2
‑
0.5，实际压缩功大大减小，超临界二氧化碳具有很高的能量密度，即相同体积的工质具有更高的做功能力，做功后的超临界二氧化碳通过进行热量回收，提高能源利用效率，有效利用地热能对冷凝后的超临界二氧化碳工质进行预热，提高能量利用效率。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的系统结构示意图。
[0022]其中：1
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燃烧器；2
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二氧化碳透平；3
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第一回热器；4
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第二回热器；5
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冷却器；6
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第一预热器；7
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二氧化碳增压装置；8
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第二预热器；9
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第一压缩机；10
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间冷换热器；11
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第二压缩机；12
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地热井；13
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气液分离器；14
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回灌井。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0024]如图1所示，为本专利技术所述的利用中低温地热能的超临界二氧化碳发电系统，该系统包括：超临界二氧化碳发电单元、地热单元。
[0025]超临界二氧化碳发电单元用于将天然气燃烧产生的高温热能加热工质超临界二
氧化碳，通过透平与发电机组将接收的热能转化为电能并输出。超临界二氧化碳发电单元包括：燃烧器1、二氧化碳透平2、第一回热器3、第二回热器4、冷却器5、第一预热器6、二氧化碳增压装置7、第二预热器8、第一压缩机9、间冷换热器10、第二压缩机11。
[0026]燃烧器1的二氧化碳出口与二氧化碳透平2的入口相连，二氧化碳透平2的出口与第一回热器3的热端入口相连，第一回热器3的热端出口与第二回热器4的热端入口相连，第二回热器4的热端出口分别与冷却器5的入口和第一压缩机9的入口相连，冷却器5的出口与第一预热器6的二氧化碳入口相连，第一预热器6的二氧化碳出口与二氧化碳增压装置7的入口相连，二氧化碳增压装置7的出口与第二预热器8的二氧化碳入口相连，第二预热器8的二氧化碳出口与第二回热器4的冷端入口相连，第二回热器4的冷端出口和第二压缩机11的出口均与第一回热器3的冷端入口相连，第一回热器3的冷端出口与燃烧器1的二氧化碳入口相连。第一压缩机9的出口与间冷换热器10的热端入口相连，间冷换热器10的热端出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用地热能的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，包括燃烧器(1)、二氧化碳透平(2)、第一回热器(3)、冷却器(5)、第一预热器(6)、间冷换热器(10)和地热单元；燃烧器(1)的二氧化碳出口与二氧化碳透平(2)的入口相连，二氧化碳透平(2)的出口与第一回热器(3)的热端入口相连，第一回热器(3)的热端出口分别与冷却器(5)的入口和间冷换热器(10)的热端入口相连，冷却器(5)的出口与第一预热器(6)的二氧化碳入口相连，第一预热器(6)的二氧化碳出口和间冷换热器(10)的热端出口均与第一回热器(3)的冷端入口相连，第一回热器(3)的冷端出口与燃烧器(1)的二氧化碳入口相连；间冷换热器(10)的冷端入口和第一预热器(6)热端入口均与地热单元的放热端连接，间冷换热器(10)的冷端出口和第一预热器(6)热端出口均与地热单元的吸热端连接。2.根据权利要求1所述的利用地热能的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，第一预热器(6)和第一回热器(3)之间设置有第二预热器(8)，第一预热器(6)的二氧化碳出口与第二预热器(8)的二氧化碳入口相连，第二预热器(8)的二氧化碳出口和间冷换热器(10)的热端出口均与第一回热器(3)的冷端入口相连；间冷换热器(10)的冷端出口与第二预热器(8)的热端入口连接，第二预热器(8)的热端出口与地热单元的吸热端连接。3.根据权利要求2所述的利用地热能的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，第一预热器(6)的二氧化碳出口与第二预热器(8)的二氧化碳入口之间连接有二氧化碳增压装置(7)，二氧化碳增压装置(7)的出口与第二预热器(8)的二氧化碳入口相连。4.根据权利要求1所述的利用地热能的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，第一回热器(3)的热端出口连接有第二回热器(4)的热端入口，第二回热器(4)的热端出口分别与冷却器(5)的入口和第一压缩机(9)的入口相连，第一预热器(6)的二氧化碳出口与第二回热器(4)的冷端入口相连，第二回热器(4)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭烁，高英伟，周贤，艾青，钟迪，李云鹏，姚国鹏，徐世明，黄永琪，安航，白烨，
申请(专利权)人：华能营口热电有限责任公司，
类型：发明
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