CN108412563A - 用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电*** - Google Patents

用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电*** Download PDF

Info

Publication number
CN108412563A
CN108412563A CN201810258181.6A CN201810258181A CN108412563A CN 108412563 A CN108412563 A CN 108412563A CN 201810258181 A CN201810258181 A CN 201810258181A CN 108412563 A CN108412563 A CN 108412563A
Authority
CN
China
Prior art keywords
regenerator
turbine
level
outlet
waste heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810258181.6A
Other languages
English (en)
Inventor
张秋鸿
谢敏
谢永慧
孙磊
张荻
石玉文
张春伟
陈松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HARBIN ELECTRIC Co Ltd
Xian Jiaotong University
Original Assignee
HARBIN ELECTRIC Co Ltd
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HARBIN ELECTRIC Co Ltd, Xian Jiaotong University filed Critical HARBIN ELECTRIC Co Ltd
Priority to CN201810258181.6A priority Critical patent/CN108412563A/zh
Publication of CN108412563A publication Critical patent/CN108412563A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/06—Returning energy of steam, in exchanged form, to process, e.g. use of exhaust steam for drying solid fuel or plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/32—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines using steam of critical or overcritical pressure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***，属于能源利用技术领域。本发明采用循环工质替代水‑蒸汽、有机物等工质，达到或超越现有余热回收水平，在体积上缩小；技术要点：压缩机与分流器相连，分流器与余热锅炉及低温回热器相连，余热锅炉与高温透平相连，高温透平与高温透平发电机相连，高温回热器与汇流器、中温透平相连，中温透平与中温透平发电机相连，中温透平与汇流器相连，中温回热器与汇流器、低温回热器相连，中温回热器与分流器相连，分流器与高温回热器、低温透平相连，低温透平与低温透平发电机相连，低温回热器与冷却器相连，冷却器与压缩机相连，压缩机与驱动电机相连。本发明用于燃气轮机余热回收利用。

Description

用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循 环发电***
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机余热回收利用二氧化碳循环发电***，具体涉及一种用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***，属于能源利用技术领域。
背景技术
燃气轮机的热功转换效率高、污染物排放较燃煤机组少，适用于经济发达、人口密集的地区，包括工业园区、高新技术开发区、大学城等。燃气轮机由于工作特性的原因，出口烟气的温度可达450～550℃甚至更高。因此，为了提高燃气轮机机组的能量利用率，在燃机排烟处需要设置余热利用装置，目前普遍采用水-蒸汽或有机工质的朗肯循环方式回收余热，余热***回收能力利用占到联合循环整体效率(重燃机组中效率最高约为60％)的三分之一。
超临界二氧化碳布雷顿循环发电被认为是最有潜力替代水-蒸汽朗肯循环的新型发电循环模式。主要特点是以二氧化碳为工质并在循环中始终处于超临界状态，工质能流密度大、携热能力强使得主设备体积较水-蒸汽循环有显著的缩小，同时还能节水或在水资源缺乏的地区使用。
现有超临界二氧化碳布雷顿循环通常采用简单回热、分流再压缩等布置形式，由于工质进入余热锅炉前需经过回热器加热，虽然热力***的效率有显著提高，但烟气排烟温度偏高(超过100℃)，***净功率也偏低。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本发明的目的是采用新型循环工质替代目前工业上使用的水-蒸汽、有机物等工质，达到或超越现有余热回收水平，并且在***体积上有显著的缩小，进而提供一种用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***。
本发明所采取的方案为：用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***，包括高温透平、高温透平发电机、高温回热器、中温透平、中温透平发电机、中温回热器、低温透平、低温透平发电机、低温回热器、压缩机、驱动电机、冷却器、余热锅炉、一级分流器、二级分流器、一级汇流器和二级汇流器；
所述压缩机出口与一级分流器入口相连，一级分流器的A出口与余热锅炉入口相连，一级分流器的B出口与低温回热器的冷端入口相连，余热锅炉出口与高温透平入口相连，高温透平的输出端与高温透平发电机的输入端相连，高温透平出口与高温回热器的热端入口相连，高温回热器的热端出口与一级汇流器的B入口相连，高温回热器冷端出口与中温透平相连，中温透平的输出端与中温透平发电机的输入端相连，中温透平出口与一级汇流器的A入口相连，一级汇流器出口与中温回热器的热端入口相连，中温回热器热端出口与二级汇流器的B入口相连，中温回热器的冷端入口与低温回热器的冷端出口相连，中温回热器冷端出口与二级分流器入口相连，二级分流器的B出口与高温回热器的冷端入口相连，二级分流器的A出口与低温透平相连，低温透平的输出端与低温透平发电机的输入端相连，低温透平出口与二级汇流器的A入口相连，二级汇流器出口与低温回热器的热端入口相连，低温回热器的热端出口与冷却器相连，冷却器出口与压缩机入口相连；压缩机的输入端与驱动电机的输出端相连。
其中，一级分流器对经过压缩机升压的工质进行分流，部分工质直接进入余热锅炉，可以实现锅炉排烟温度接近80℃，比简单回热布置的超临界二氧化碳循环***理论排烟温度下降了20℃。
其中，三个透平与三个回热器布置，实现了工质携带能量的充分利用，采用此种设计可以使***实际效率(***净功率与烟气总热值之比)达到22％，比现有余热锅炉***的实际效率(低于20％)更高。超临界二氧化碳透平相较于蒸汽透平而言，透平级数更少、体积更小(理论计算分析得出，300MW蒸汽透平转轴长约20米，而相同功率等级超临界二氧化碳透平转子轴长仅为1米)。
进一步地：所述余热锅炉为超临界二氧化碳余热锅炉，保障燃机450～550℃烟气与压力在15～25MPa间的超临界二氧化碳充分换热。
进一步地：所述高温回热器、中温回热器和低温回热器均为微通道换热器，端差小于2℃，对工业级二氧化碳的高温300～450℃、高压7.5MPa～25MPa条件下具备耐腐蚀、抗压性能。相比于现有技术中采用的管壳式换热器，其端差可进一步缩小(管壳式换热器端差需大于10℃)，而在相同换热量条件下，其换热器重量仅为管壳式七分之一。
本发明所达到的效果为：
本发明根据烟气温度、热值和开口系热源特点，设计了三透平超临界二氧化碳发电***，可实现余热锅炉排烟温度接近80℃，***实际效率(***净功率与烟气总热值之比)可达22％。
附图说明
图1为本发明的用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***结构示意图。
图中：
11—余热锅炉；12—高温回热器；13—中温回热器；14—低温回热器；15-冷却器；21—高温透平；22—中温透平；23—低温透平；24—压缩机；31—高温透平发电机；32—中温透平发电机；33—低温透平发电机；41—驱动电机；51—一级分流器；52—二级汇流器；53—一级汇流器；54—二级分流器。
具体实施方式
为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与***及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在申请文件中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
实施例：参见图1，本实施方式的用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***，该***特点是采用三台透平分别发电以实现工质能量的分级充分利用；
具体包括高温透平21、高温透平发电机31、高温回热器12、中温透平22、中温透平发电机32、中温回热器13、低温透平23、低温透平发电机33、低温回热器14、压缩机24、驱动电机41、冷却器15、余热锅炉11、一级分流器51、二级分流器54、一级汇流器53和二级汇流器52；
所述压缩机24出口与一级分流器51入口相连，一级分流器51的A出口与余热锅炉11入口相连，一级分流器51的B出口与低温回热器14的冷端入口相连，余热锅炉11出口与高温透平21入口相连，高温透平21的输出端与高温透平发电机31的输入端相连，高温透平21出口与高温回热器12的热端入口相连，高温回热器12的热端出口与一级汇流器53的B入口相连，高温回热器12冷端出口与中温透平22相连，中温透平22的输出端与中温透平发电机32的输入端相连，中温透平22出口与一级汇流器53的A入口相连，一级汇流器53出口与中温回热器13的热端入口相连，中温回热器13热端出口与二级汇流器52的B入口相连，中温回热器13的冷端入口与低温回热器14的冷端出口相连，中温回热器13冷端出口与二级分流器54入口相连，二级分流器54的B出口与高温回热器12的冷端入口相连，二级分流器54的A出口与低温透平23相连，低温透平23的输出端与低温透平发电机33的输入端相连，低温透平出口23与二级汇流器52的A入口相连，二级汇流器52出口与低温回热器14的热端入口相连，低温回热器14的热端出口与冷却器15相连，冷却器15出口与压缩机24入口相连；压缩机24的输入端与驱动电机41的输出端相连。
更为具体地：所述余热锅炉11为超临界二氧化碳余热锅炉。保障燃机450～550℃烟气与压力在15～25MPa间的超临界二氧化碳充分换热。
更为具体地：所述高温回热器12、中温回热器13和低温回热器14均为微通道换热器，端差小于2℃，对工业级二氧化碳的高温300～450℃、高压7.5MPa～25MPa条件下具备耐腐蚀、抗压性能。
工作过程：经过冷却器15冷却的低温低压超临界二氧化碳工质进入压缩机24被压缩为低温高压工质，通过一级分流器51分流进入余热锅炉11和低温回热器14，进入余热锅炉11的工质通过与燃机烟气的换热成为高温高压工质，该工质进入高温透平21膨胀做功后流经高温回热器12、中温回热器13、低温回热器14，与回热器中低温侧工质进行换热实现热量的回收利用，通过中、低温回热器加热的高压工质分别进入中、低温透平膨胀做功，高、中、低温透平分别驱动一台电机，透平间不需转速的匹配即可实现平稳发电，压缩机自带驱动电机运行可靠性更佳。三透平结构实现了高温工质能量的梯级利用，可以最大化的将烟气余热能转化为电能。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (3)

1.用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***，其特征在于：包括高温透平(21)、高温透平发电机(31)、高温回热器(12)、中温透平(22)、中温透平发电机(32)、中温回热器(13)、低温透平(23)、低温透平发电机(33)、低温回热器(14)、压缩机(24)、驱动电机(41)、冷却器(15)、余热锅炉(11)、一级分流器(51)、二级分流器(54)、一级汇流器(53)和二级汇流器(52)；
所述压缩机(24)出口与一级分流器(51)入口相连，一级分流器(51)的A出口与余热锅炉(11)入口相连，一级分流器(51)的B出口与低温回热器(14)的冷端入口相连，余热锅炉(11)出口与高温透平(21)入口相连，高温透平(21)的输出端与高温透平发电机(31)的输入端相连，高温透平(21)出口与高温回热器(12)的热端入口相连，高温回热器(12)的热端出口与一级汇流器(53)的B入口相连，高温回热器(12)冷端出口与中温透平(22)相连，中温透平(22)的输出端与中温透平发电机(32)的输入端相连，中温透平(22)出口与一级汇流器(53)的A入口相连，一级汇流器(53)出口与中温回热器(13)的热端入口相连，中温回热器(13)热端出口与二级汇流器(52)的B入口相连，中温回热器(13)的冷端入口与低温回热器(14)的冷端出口相连，中温回热器(13)冷端出口与二级分流器(54)入口相连，二级分流器(54)的B出口与高温回热器(12)的冷端入口相连，二级分流器(54)的A出口与低温透平(23)相连，低温透平(23)的输出端与低温透平发电机(33)的输入端相连，低温透平出口(23)与二级汇流器(52)的A入口相连，二级汇流器(52)出口与低温回热器(14)的热端入口相连，低温回热器(14)的热端出口与冷却器(15)相连，冷却器(15)出口与压缩机(24)入口相连；压缩机(24)的输入端与驱动电机(41)的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***，其特征在于：所述余热锅炉(11)为超临界二氧化碳余热锅炉，保障燃机450～550℃烟气与压力在15～25MPa间的超临界二氧化碳充分换热。
3.根据权利要求1或2所述的用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***，其特征在于：所述高温回热器(12)、中温回热器(13)和低温回热器(14)均为微通道换热器，端差小于2℃，对工业级二氧化碳的高温300～450℃、高压7.5MPa～25MPa条件下具备耐腐蚀、抗压性能。
CN201810258181.6A 2018-03-27 2018-03-27 用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电*** Pending CN108412563A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810258181.6A CN108412563A (zh) 2018-03-27 2018-03-27 用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810258181.6A CN108412563A (zh) 2018-03-27 2018-03-27 用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108412563A true CN108412563A (zh) 2018-08-17

Family

ID=63132579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810258181.6A Pending CN108412563A (zh) 2018-03-27 2018-03-27 用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108412563A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105298567A (zh) * 2015-11-19 2016-02-03 中国核动力研究设计院 采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用***
CN205779057U (zh) * 2016-05-23 2016-12-07 中国科学院理化技术研究所 一种闭式冷电联供储能***
CN106837438A (zh) * 2017-01-20 2017-06-13 中国科学院工程热物理研究所 一种天然气压力能及冷能联合回收***及方法
CN208073574U (zh) * 2018-03-27 2018-11-09 哈尔滨电气股份有限公司 一种三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105298567A (zh) * 2015-11-19 2016-02-03 中国核动力研究设计院 采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用***
CN205779057U (zh) * 2016-05-23 2016-12-07 中国科学院理化技术研究所 一种闭式冷电联供储能***
CN106837438A (zh) * 2017-01-20 2017-06-13 中国科学院工程热物理研究所 一种天然气压力能及冷能联合回收***及方法
CN208073574U (zh) * 2018-03-27 2018-11-09 哈尔滨电气股份有限公司 一种三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Al-Attab et al. Externally fired gas turbine technology: A review
WO2017219656A1 (zh) 燃气轮机压水堆蒸汽轮机联合循环***
CN111022138B (zh) 一种基于吸收式热泵余热回收的超临界二氧化碳发电***
CN107630726A (zh) 一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电***及方法
CN109826685B (zh) 一种超临界二氧化碳循环燃煤发电***及方法
Yu et al. A brief review study of various thermodynamic cycles for high temperature power generation systems
CN214741512U (zh) 一种与煤电热源耦合的高压空气储能发电***
CN208073574U (zh) 一种三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***
Chen et al. The energy-saving mechanism of coal-fired power plant with S–CO2 cycle compared to steam-Rankine cycle
CN110230518B (zh) 一种煤基超临界co2布雷顿循环发电***及方法
CN208073575U (zh) 一种三透平同轴布置超临界二氧化碳循环发电***
Chen et al. Energy and exergy analyses of S–CO2 coal-fired power plant with reheating processes
CN108843418A (zh) 一种双压高效燃气超临界二氧化碳联合循环发电***
CN108425711A (zh) 用于燃气轮机余热回收的三透平同轴布置超临界二氧化碳循环发电***
CN108425710A (zh) 用于燃气轮机余热回收的烟气分级利用双透平超临界二氧化碳循环发电***
CN206539381U (zh) 一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电***
CN106194299B (zh) 一种碳捕集与超临界co2布雷顿循环耦合的发电***
Rahbari et al. A review study of various High-Temperature thermodynamic cycles for multigeneration applications
CN203259020U (zh) 一种利用烧结窑尾气低温余热发电的装置
CN207974867U (zh) 基于烟气分级利用的双透平超临界二氧化碳循环发电***
CN207245777U (zh) 基于超临界二氧化碳闭式循环的热电联产***
CN214307058U (zh) 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉
CN109139147A (zh) 一种分流再压缩超临界二氧化碳热电联产***及运行方法
CN108412563A (zh) 用于燃气轮机余热回收的三透平三回热器超临界二氧化碳循环发电***
CN115370428A (zh) 一种多能耦合压缩空气储能发电***及运行方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination