CN110005486B - 一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置及工作方法 - Google Patents
一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置及工作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置及工作方法，所述装置包括：布雷顿循环***、热泵***、余热回收***和碳捕获***。LNG冷能先进入布雷顿循环***发电，然后进入透平利用直接膨胀法发电，最后进入碳捕获***液化二氧化碳，实现了LNG冷能的梯级利用。汽化后的天然气通入燃气轮机燃烧后驱动发电机和热泵工作，燃气轮机产生的余热回收后用来供热、发电或制备生活热水。排出烟气分离后利用LNG冷能液化二氧化碳，实现低成本碳捕获。本发明将LNG汽化、碳捕获、余热回收和热泵技术相耦合，实现了零碳排放和冷热电联产。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置及工作方法，通过布雷顿循环***、余热回收***、热泵***和碳捕获***的有机配合，在实现冷热电联产的同时也达到了零碳排放的要求。属于能源利用领域。
背景技术
近年来，随着天然气产业的迅猛发展，天然气高效利用已成为研究热点。我国的能源政策和一次能源比例形式决定了天然气使用将是未来几年大力发展的优势产业，对于本***，首先应将LNG的冷能分成梯级合理利用，其次要考虑如何完善***的余热回收和供热供冷部分，最主要的是要在保证***能源稳定、持续供应的前提下，提高***的操作弹性，而现在更多的LNG汽化冷量被海水带走浪费，所以能源高效利用无疑是其中重点。能源梯级利用的优势在于将能源划分为几个不同的阶段，实现燃气、电、热、冷的最优匹配，较大程度地实现节能减排，同时对于环境保护具有重大现实意义。
研究发现，燃气供热方式的最大能耗损失是烟气余热排放，因而在烟气余热回收方面存在巨大的节能潜力。而且天然气燃烧后的烟气中含有大量的水蒸气，目前基本上都没有利用而直接排放到环境，促使PM 2.5排放指数增加。因此深度回收利用包括水蒸气凝结潜热在内的烟气余热对节省能源和减少污染物排放都有重要意义。
现有技术中，公开号为CN207795405U的中国专利提出了一种内燃机冷热电联产与有机朗肯循环耦合***。该***包括燃料动力转换装置和与燃料动力转换装置连接的动力发电装置；还包括与燃料动力转换装置形成换热循环的余热回收换热装置和与余热回收换热装置形成换热循环的制冷供热装置和有机朗肯循环发电装置。燃料动力转换装置的高温缸套水Ⅰ进入到余热回收换热装置进行换热后，成为低温缸套水Ⅱ重新进入到燃料动力转换装置，形成换热循环。该***虽然回收利用了余热，但朗肯循环发电效率较低并且放热后的烟气直接排放到大气中，造成了污染，也没有考虑如何应用LNG液化所产生的大量冷能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，进而提供一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置及工作方法。
本发明是通过将布雷顿循环***、热泵***、余热回收***和液化二氧化碳***相耦合，实现了零碳排放和冷热电联产。通过合理利用LNG冷能，提供一种既能满足冷能发电，又能满足向房间供冷供热，还可以满足低成本捕获碳的需求，提高能源的利用效率，降低***的能源消耗，提升***整体运营的经济性和环保性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，包括布雷顿循环***、余热回收***、碳捕获***和热泵***四部分，其中所述布雷顿循环***包括：LNG泵、第一换热器、压气机、再热器、第一透平膨胀机、第一发电机、第二透平膨胀机、第二发电机、三通阀、第二换热器，所述LNG泵连接所述第一换热器右下接口，所述第一换热器右上接口连接所述三通阀下接口，所述三通阀上接口连接所述第二透平膨胀机，所述第一透平膨胀机连接所述第二换热器左上接口，所述第一换热器左下接口连接所述压气机，所述压气机连接所述再热器下接口，所述再热器上接口连接所述第一透平膨胀机，所述第一透平膨胀机通过轴与所述第一发电机相连，所述第二透平膨胀机通过轴与所述第二发电机相连；所述余热回收***包括：燃气轮机、第四发电机、第三换热器、热水箱、第九截止阀、第十截止阀，所述燃气轮机的烟气通道与所述第四发电机相连，所述第四发电机连接所述第三换热器，所述第三换热器左侧接口连接所述热水箱，所述第九截止阀左接口连接所述第三换热器，所述第九截止阀右接口连接所述第七截止阀下接口，所述第十截止阀左接口连接所述第三换热器，所述第十截止阀右接口连接所述第八截止阀下接口；所述碳捕获***包括：分离器、第二压缩机、第五换热器，所述分离器右接口连接所述第二压缩机下接口，所述第二压缩机上接口连接所述第五换热器右接口；所述热泵***包括：离合器、第三发电机、第一压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、溶液泵、风机盘管、第一截止阀、第二截止阀、第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀、第八截止阀，所述离合器通过轴与所述第三发电机相连，所述离合器通过轴与所述第一压缩机相连，所述第一压缩机右接口连接所述冷凝器下接口，所述冷凝器上接口连接所述节流阀右接口，所述节流阀左接口连接所述蒸发器上接口，所述蒸发器左上接口连接所述第八截止阀下接口，所述第八截止阀上接口连接所述风机盘管，所述蒸发器左下接口连接所述溶液泵右接口，所述溶液泵左接口连接所述风机盘管，所述冷凝器右上接口连接所述第六截止阀右接口，所述第六截止阀左接口连接所述溶液泵右接口，所述冷凝器右下接口连接所述第五截止阀右接口，所述第五截止阀左接口连接所述风机盘管。
进一步，所述布雷顿循环***中设有循环工质，所述的循环工质为氮气或氦气。
进一步，所述节流阀为毛细管或电子膨胀阀。
进一步，所述第四发电机为螺杆膨胀机或涡轮发电机。
进一步，所述热泵***中设有循环工质，所述的循环工质为乙二醇水溶液或氟利昂。
进一步，所述第五换热器设有二氧化碳出口；所述第三换热器和所述第十截止阀之间设有蒸发器侧补水口；所述第十截止阀和所述第八截止阀之间设有蒸发器侧出水口；所述第二换热器和所述第二截止阀之间设有冷凝器侧补水口；所述冷凝器和所述第五截止阀之间设有冷凝器侧出水口。
进一步，所述第二压气机和所述第五换热器之间还连通有一端连通所述分离器，另一端设有排水口的第四换热器，所述第六截止阀和所述溶液泵之间设有第四截止阀，所述第五截止阀和所述风机盘管之间设有第三截止阀。
进一步，所述的连接采用管道连接。
一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置的工作方法，按照冷热负荷大小的不同，分为以下四种工作模式：
(1)、小负荷供冷模式t≥25℃
当所需室温大于等于25℃时，采用LNG冷能供冷，所述第九控制阀和所述第十控制阀处于关闭状态；LNG经所述LNG泵输送至所述第一换热器换热升温后进入所述第二透平膨胀机做功供所述第二发电机发电，LNG流出后经所述第二换热器换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器降温后进入所述压气机加压，随后进入所述再热器预热后进入所述第一透平膨胀机做功驱动所述第一发电机发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器换热，如此循环；将所述离合器调至与所述第三发电机相连，所述燃气轮机燃烧驱动所述第三发电机发电；所述燃气轮机产生的高温烟气驱动所述第四发电机发电后和缸套水一同进入所述第三换热器制备热水，换热后的低温烟气进入所述分离器中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器的左出口进入所述第四换热器吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器被LNG的冷量液化，从出口排出，实现低成本捕获碳；所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀和所述第四控制阀开启，所述第五控制阀、所述第六控制阀、所述第七控制阀和所述第八控制阀关闭，此时乙二醇水溶液经所述第二换热器降温后由所述溶液泵输送到所述风机盘管，实现房间降温的效果，换热后的乙二醇水溶液又回到所述第二换热器中继续降温，如此循环；
(2)、大负荷供冷模式t<25℃
当所需室温小于25℃时，所述第九控制阀和所述第十控制阀处于关闭状态；LNG经所述LNG泵输送至所述第一换热器，换热升温后进入所述第二透平膨胀机做功供所述第二发电机发电，LNG流出后经所述第二换热器换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器降温后进入所述压气机加压，随后进入所述再热器预热后进入所述第一透平膨胀机做功驱动所述第一发电机发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器换热，如此循环；将所述离合器调至与所述第一压缩机相连，所述燃气轮机燃烧驱动所述第一压缩机工作；所述燃气轮机产生的高温烟气驱动所述第四发电机发电后和缸套水一同进入所述第三换热器制备热水，换热后的低温烟气进入所述分离器中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器的左出口进入所述第四换热器吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器被LNG的冷量液化，从出口排出，实现低成本捕获碳；所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第五控制阀、所述第六控制阀、所述第七控制阀和所述第八控制阀开启，所述第三控制阀和所述第四控制阀关闭，此时所述第一压缩机驱动所述冷凝器工作，经所述第二换热器降温后的乙二醇水溶液进入所述冷凝器降低冷凝温度以提高热泵***的效率，所述冷凝器侧设有补水口和出水口，乙二醇水溶液经所述冷凝器变成低温高压液体进入所述节流阀降压后进入所述蒸发器蒸发吸热，然后输送至所述风机盘管实现房间降温效果；在房间负荷大时采用开式循环***，提高了***整体效率；
(3)、小负荷供热模式t≤25℃
当所需室温小于等于25℃时，采用内燃机余热供热，LNG经所述LNG泵输送至所述第一换热器，换热升温后进入所述第二透平膨胀机做功供所述第二发电机发电，LNG流出后经所述第二换热器换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器降温后进入所述压气机加压，随后进入所述再热器预热后进入所述第一透平膨胀机做功驱动所述第一发电机发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器换热，如此循环；此时所述第七控制阀、所述第八控制阀、所述第九控制阀和所述第十控制阀处于开启状态，所述第三控制阀和所述第四控制阀关闭，将所述离合器调至与所述第三发电机相连，所述燃气轮机燃烧驱动所述第三发电机发电；所述燃气轮机产生的高温烟气驱动所述第四发电机发电后和缸套水一同进入所述第三换热器制备热水，热泵***中的乙二醇水溶液经所述第三换热器加热后由所述溶液泵输送至所述风机盘管，实现房间升温效果；换热后的低温烟气进入所述分离器中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器的左出口进入所述第四换热器吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器被LNG的冷量液化，从出口排出，实现低成本捕获碳；
(4)、大负荷供热模式t>25℃
当所需室温大于25℃时，所述第九控制阀和所述第十控制阀处于开启状态；LNG经所述LNG泵输送至所述第一换热器，换热升温后进入所述第二透平膨胀机做功供所述第二发电机发电，LNG流出后经所述第二换热器换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器降温后进入所述压气机加压，随后进入所述再热器预热后进入所述第一透平膨胀机做功驱动所述第一发电机发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器换热，如此循环；将所述离合器调至与所述第三发电机相连，所述燃气轮机燃烧驱动所述第三发电机发电；所述燃气轮机产生的高温烟气驱动所述第四发电机发电后和缸套水一同进入所述第三换热器制备热水，换热后的低温烟气进入所述分离器中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器的左出口进入所述第四换热器吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器被LNG的冷量液化，从出口排出，实现低成本捕获碳；所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第七控制阀和所述第八控制阀关闭，所述第一压缩机驱动所述冷凝器工作，此时经所述第三换热器升温后的乙二醇水溶液进入蒸发器提高蒸发温度以提高热泵***的整体效率，所述蒸发器侧设有补水口和出水口，最终溶液流经所述冷凝器由所述溶液泵输送至所述风机盘管，实现房间升温效果；房间负荷大时采用开式循环***，提高了***整体效率。
本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
1、多级换热降低了换热器的换热温差，减少了
损失，减小了设备尺寸
2、大负荷供冷和大负荷供热模式采用开始循环，利用自身产生的热量和冷量提高了热泵***的整体效率。
3、***采用LNG作为碳捕获的冷源，低成本将二氧化碳进行液化回收，实现了***的零碳排放。
4、本发明回收了LNG汽化产生的冷量，采用两级发电循环，实现了能量的梯级利用，同时有效提高了LNG冷能的利用效率，减小了能源的浪费，保护了环境。
5、工业用电价格高，本发明提供的梯级利用中低温余热的热电联供方法与装置，可回收中低温余热同时进行发电和供热，实现热电联产，不需要从电网购电，降低供热成本。
附图说明
图1为本发明一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置的结构原理示意图；
图中：1为第一透平膨胀机、2为第一发电机、3为再热器、4为第二发电机、5为第二透平膨胀机、6为第一换热器、7为压气机、8为LNG泵、9为第二换热器、10为第五换热器、11为第四换热器、12为溶液泵、13为分离器、14为第二压缩机、15为第三发电机、16为燃气轮机、17为离合器、18为蒸发器、19为冷凝器、20为第四发电机、21为热水槽、22为膨胀阀、23为第一压缩机、24为三通阀、25为第一截止阀、26为第二截止阀、27为第三截止阀、28为第四截止阀、29为第五截止阀、30为第六截止阀、31为第七截止阀、32为第八截止阀、33为第九截止阀、34为第十截止阀、35为冷凝器侧补水口、36为排水口、37为二氧化碳出口、38为冷凝器侧出水口、39为蒸发器侧补水口、40为蒸发器侧出水口、41为第三换热器、42为风机盘管。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特性和优点更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体施例做详细说明。
如图1所示，为本发明实施例的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，包括布雷顿循环***、余热回收***、碳捕获***和热泵***四部分，其中所述布雷顿循环***包括：LNG泵8、第一换热器6、压气机7、再热器3、第一透平膨胀机1、第一发电机2、第二透平膨胀机5、第二发电机4、三通阀24、第二换热器9，所述LNG泵8连接所述第一换热器6右下接口，所述第一换热器6右上接口连接所述三通阀24下接口，所述三通阀24上接口连接所述第二透平膨胀机5，所述第二透平膨胀机5连接所述第二换热器9左上接口，所述第一换热器6左下接口连接所述压气机7，所述压气机7连接所述再热器3下接口，所述再热器3上接口连接所述第一透平膨胀机1，所述第一透平膨胀机1通过轴与所述第一发电机2相连，所述第二透平膨胀机5通过轴与所述第二发电机4相连；所述余热回收***包括：燃气轮机16、第四发电机20、第三换热器41、热水箱21、第九截止阀33、第十截止阀34，所述燃气轮机16的烟气通道与所述第四发电机20相连，所述第四发电机20连接所述第三换热器41，所述第三换热器41左侧接口连接所述热水箱21，所述第九截止阀33左接口连接所述第三换热器41，所述第九截止阀33右接口连接所述第七截止阀31下接口，所述第十截止阀34左接口连接所述第三换热器41，所述第十截止阀34右接口连接所述第八截止阀32下接口；所述碳捕获***包括：分离器13、第二压缩机14、第四换热器11、第五换热器10，所述分离器13右接口连接所述第二压缩机14下接口，所述第二压缩机14上接口连接所述第四换热器11右接口，所述第四换热器11左接口连接所述第五换热器10右接口；所述热泵***包括：离合器17、第三发电机15、第一压缩机23、冷凝器19、节流阀22、蒸发器18、溶液泵12、风机盘管42、第一截止阀25、第二截止阀26、第三截止阀27、第四截止阀28、第五截止阀29、第六截止阀30、第七截止阀31、第八截止阀32，所述离合器17通过轴与所述第三发电机15相连，所述离合器17通过轴与所述第一压缩机2相连，所述第一压缩机23右接口连接所述冷凝器19下接口，所述冷凝器19上接口连接所述节流阀22右接口，所述节流阀22左接口连接所述蒸发器18上接口，所述蒸发器18左上接口连接所述第八截止阀32下接口，所述第八截止阀32上接口连接所述风机盘管42，所述蒸发器18左下接口连接所述第七截止阀31下接口，第七截止阀31上接口连接所述溶液泵12右接口，所述溶液泵12左接口连接所述风机盘管42，所述冷凝器19右上接口连接所述第六截止阀30右接口，所述第六截止阀30左接口连接所述第四截止阀28右接口，所述第四截止阀28左接口连接所述溶液泵12右接口，所述冷凝器19右下接口连接所述第五截止阀29右接口，所述第五截止阀29左接口连接所述第三截止阀27右接口，所述第三截止阀27左接口连接所述风机盘管42；热泵***由燃气轮机驱动实现供冷和供热。
其中，所述布雷顿循环***的循环工质为氮气；所述节流阀22为电子膨胀阀；所述第四发电机20为螺杆膨胀机；设有蒸发器侧补水口和出水口；设有冷凝器侧补水口和出水口；所述热泵***中的循环工质为乙二醇水溶液；设有二氧化碳出口37；所述的连接采用管道连接。
本发明的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置的工作方法按照冷热负荷大小的不同，分为以下四种工作模式：
(1)、小负荷供冷模式t≥25℃
当所需室温大于等于25℃时，采用LNG冷能供冷；所述第九控制阀33和所述第十控制阀34处于关闭状态；LNG经所述LNG泵8输送至所述第一换热器6换热升温后进入所述第二透平膨胀机5做功供所述第二发电机4发电，LNG流出后经所述第二换热器9换热升温后输送至燃气轮机燃烧。氮气经所述第一换热器6降温后进入所述压气机7加压，随后进入所述再热器3预热后进入所述第一透平膨胀机1做功驱动所述第一发电机2发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器6换热，如此循环；将所述离合器17调至与所述第三发电机15相连，所述燃气轮机16燃烧驱动所述第三发电机15发电；所述燃气轮机16产生的高温烟气驱动所述第四发电机20发电后和缸套水一同进入所述第三换热器41制备热水，换热后的低温烟气进入所述分离器13中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器13的左出口进入所述第四换热器11吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机14压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器11降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器10被LNG的冷量液化，从出口37排出，实现低成本捕获碳；所述第一控制阀25、所述第二控制阀26、所述第三控制阀27和所述第四控制阀28开启，所述第五控制阀29、所述第六控制阀30、所述第七控制阀31和所述第八控制阀32关闭，此时乙二醇水溶液经所述第二换热器9降温后由所述溶液泵12输送到所述风机盘管42，实现房间降温的效果，换热后的乙二醇水溶液又回到所述第二换热器9中继续降温，如此循环；
(2)、大负荷供冷模式t<25℃
当所需室温小于25℃时，所述第九控制阀33和所述第十控制阀34处于关闭状态；LNG经所述LNG泵8输送至所述第一换热器6，换热升温后进入所述第二透平膨胀机5做功供所述第二发电机4发电，LNG流出后经所述第二换热器9换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器6降温后进入所述压气机7加压，随后进入所述再热器3预热后进入所述第一透平膨胀机1做功驱动所述第一发电机2发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器6换热，如此循环；将所述离合器17调至与所述第一压缩机23相连，所述燃气轮机16燃烧驱动所述第一压缩机23工作；所述燃气轮机16产生的高温烟气驱动所述第四发电机20发电后和缸套水一同进入所述第三换热器41制备热水，换热后的低温烟气进入所述分离器13中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器13的左出口进入所述第四换热器11吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机14压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器11降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器10被LNG的冷量液化，从出口37排出，实现低成本捕获碳；所述第一控制阀25、所述第二控制阀26、所述第五控制阀29、所述第六控制阀30、所述第七控制阀31和所述第八控制阀32开启，所述第三控制阀27和所述第四控制阀28关闭，此时所述第一压缩机23驱动所述冷凝器19工作，经所述第二换热器9降温后的乙二醇水溶液进入所述冷凝器19降低冷凝温度以提高热泵***的效率，所述冷凝器19侧设有补水口35和出水口38，乙二醇水溶液经所述冷凝器19变成低温高压液体进入所述节流阀22降压后进入所述蒸发器18蒸发吸热，然后输送至所述风机盘管42实现房间降温效果；在房间负荷大时采用开式循环***，提高了***整体效率；
(3)、小负荷供热模式t≤25℃
当所需室温小于等于25℃时，采用内燃机余热供热，LNG经所述LNG泵8输送至所述第一换热器6，换热升温后进入所述第二透平膨胀机5做功供所述第二发电机4发电，LNG流出后经所述第二换热器9换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器6降温后进入所述压气机7加压，随后进入所述再热器3预热后进入所述第一透平膨胀机1做功驱动所述第一发电机2发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器6换热，如此循环；此时所述第七控制阀31、所述第八控制阀32、所述第九控制阀33和所述第十控制阀34处于开启状态，所述第三控制阀27和所述第四控制阀28关闭，将所述离合器17调至与所述第三发电机15相连，所述燃气轮机16燃烧驱动所述第三发电机15发电；所述燃气轮机16产生的高温烟气驱动所述第四发电机20发电后和缸套水一同进入所述第三换热器41制备热水，热泵***中的乙二醇水溶液经所述第三换热器41加热后由所述溶液泵12输送至所述风机盘管42，实现房间升温效果；换热后的低温烟气进入所述分离器13中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器13的左出口进入所述第四换热器11吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机14压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器11降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器10被LNG的冷量液化，从出口37排出，实现低成本捕获碳；
(4)、大负荷供热模式t>25℃
当所需室温大于25℃时，第九控制阀33和所述第十控制阀34处于开启状态；LNG经所述LNG泵8输送至所述第一换热器6，换热升温后进入所述第二透平膨胀机5做功供所述第二发电机4发电，LNG流出后经所述第二换热器9换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器6降温后进入所述压气机7加压，随后进入所述再热器3预热后进入所述第一透平膨胀机1做功驱动所述第一发电机2发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器6换热，如此循环；将所述离合器17调至与所述第三发电机15相连，所述燃气轮机16燃烧驱动所述第三发电机15发电；所述燃气轮机16产生的高温烟气驱动所述第四发电机20发电后和缸套水一同进入所述第三换热器41制备热水，换热后的低温烟气进入所述分离器13中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器13的左出口进入所述第四换热器11吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机14压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器11降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器10被LNG的冷量液化，从出口37排出，实现低成本捕获碳；所述第一控制阀25、所述第二控制阀26、所述第七控制阀31和所述第八控制阀32关闭，所述第一压缩机23驱动所述冷凝器19工作，此时经所述第三换热器41升温后的乙二醇水溶液进入蒸发器提高蒸发温度以提高热泵***的整体效率，所述蒸发器18侧设有补水口39和出水口40，最终溶液流经所述冷凝器19由所述溶液泵12输送至所述风机盘管42，实现房间升温效果；房间负荷大时采用开式循环***，提高了***整体效率。
以上为本发明的具体说明，仅为本发明的最佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内的修改、等同替换等，应均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，其特征在于，包括布雷顿循环***、余热回收***、碳捕获***和热泵***四部分，其中所述布雷顿循环***包括：LNG泵(8)、第一换热器(6)、压气机(7)、再热器(3)、第一透平膨胀机(1)、第一发电机(2)、第二透平膨胀机(5)、第二发电机(4)、三通阀(24)、第二换热器(9)，所述LNG泵(8)连接所述第一换热器(6)右下接口，所述第一换热器(6)右上接口连接所述三通阀(24)下接口，所述三通阀(24)上接口连接所述第二透平膨胀机(5)，所述第二透平膨胀机(5)连接所述第二换热器(9)左上接口，所述第一换热器(6)左下接口连接所述压气机(7)，所述压气机(7)连接所述再热器(3)下接口，所述再热器(3)上接口连接所述第一透平膨胀机(1)，所述第一透平膨胀机(1)通过轴与所述第一发电机(2)相连，所述第二透平膨胀机(5)通过轴与所述第二发电机(4)相连；所述余热回收***包括：燃气轮机(16)、第四发电机(20)、第三换热器(41)、热水箱(21)、第九截止阀(33)、第十截止阀(34)，所述燃气轮机(16)的烟气通道与所述第四发电机(20)相连，所述第四发电机(20)连接所述第三换热器(41)，所述第三换热器(41)左侧接口连接所述热水箱(21)，所述第九截止阀(33)左接口连接所述第三换热器(41)，所述第九截止阀(33)右接口连接第七截止阀(31)下接口，所述第十截止阀(34)左接口连接所述第三换热器(41)，所述第十截止阀(34)右接口连接第八截止阀(32)下接口；所述碳捕获***包括：分离器(13)、第二压缩机(14)、第五换热器(10)，所述分离器(13)右接口连接所述第二压缩机(14)下接口，所述第二压缩机(14)上接口连接所述第五换热器(10)右接口；所述热泵***包括：离合器(17)、第三发电机(15)、第一压缩机(23)、冷凝器(19)、节流阀(22)、蒸发器(18)、溶液泵(12)、风机盘管(42)、第一截止阀(25)、第二截止阀(26)、第五截止阀(29)、第六截止阀(30)、第七截止阀(31)、第八截止阀(32)，所述离合器(17)通过轴与所述第三发电机(15)相连，所述离合器(17)通过轴与所述第一压缩机(23)相连，所述第一压缩机(23)右接口连接所述冷凝器(19)下接口，所述冷凝器(19)上接口连接所述节流阀(22)右接口，所述节流阀(22)左接口连接所述蒸发器(18)上接口，所述蒸发器(18)左上接口连接所述第八截止阀(32)下接口，所述第八截止阀(32)上接口连接所述风机盘管(42)，所述蒸发器(18)左下接口连接所述溶液泵(12)右接口，所述溶液泵(12)左接口连接所述风机盘管(42)，所述冷凝器(19)右上接口连接所述第六截止阀(30)右接口，所述第六截止阀(30)左接口连接所述溶液泵(12)右接口，所述冷凝器(19)右下接口连接所述第五截止阀(29)右接口，所述第五截止阀(29)左接口连接所述风机盘管(42)。
2.根据权利要求1所述的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，其特征在于：所述布雷顿循环***中设有循环工质，所述的循环工质为氮气或氦气。
3.根据权利要求1所述的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，其特征在于：所述节流阀(22)为毛细管或电子膨胀阀。
4.根据权利要求1所述的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，其特征在于：所述第四发电机(20)为涡轮发电机或螺杆膨胀机。
5.根据权利要求1所述的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，其特征在于：所述热泵***中设有循环工质，所述的循环工质为乙二醇水溶液或氟利昂。
6.根据权利要求1所述的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，其特征在于：所述第五换热器(10)设有二氧化碳出口(37)；所述第三换热器(41)和所述第十截止阀(34)之间设有蒸发器侧补水口(39)；所述第十截止阀(34)和所述第八截止阀(32)之间设有蒸发器侧出水口(40)；所述第二换热器(9)和所述第二截止阀(26)之间设有冷凝器侧补水口(35)；所述冷凝器(19)和所述第五截止阀(29)之间设有冷凝器侧出水口(38)。
7.根据权利要求1所述的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，其特征在于：所述第二压缩机(14)和所述第五换热器(10)之间还连通有一端连通所述分离器(13)，另一端设有排水口(36)的第四换热器(11)，所述第六截止阀(30)和所述溶液泵(12)之间设有第四截止阀(28)，所述第五截止阀(29)和所述风机盘管(42)之间设有第三截止阀(27)。
8.根据权利要求1所述的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置，其特征在于：所述的连接采用管道连接。
9.一种基于权利要求1～8任一项所述的一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置的工作方法，其特征在于：按冷热负荷大小的不同，分为以下四种工作模式：
(1)、小负荷供冷模式t≥25℃
当所需室温大于等于25℃时，采用LNG冷能供冷，所述第九截止阀(33)和所述第十截止阀(34)处于关闭状态；LNG经所述LNG泵(8)输送至所述第一换热器(6)换热升温后进入所述第二透平膨胀机(5)做功供所述第二发电机(4)发电，LNG流出后经所述第二换热器(9)换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器(6)降温后进入所述压气机(7)加压，随后进入所述再热器(3)预热后进入所述第一透平膨胀机(1)做功驱动所述第一发电机(2)发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器(6)换热，如此循环；将所述离合器(17)调至与所述第三发电机(15)相连，所述燃气轮机(16)燃烧驱动所述第三发电机(15)发电；所述燃气轮机(16)产生的高温烟气驱动所述第四发电机(20)发电后和缸套水一同进入所述第三换热器(41)制备热水，换热后的低温烟气进入所述分离器(13)中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器(13)的左出口进入所述第四换热器(11)吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机(14)压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器(11)降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器(10)被LNG的冷量液化，从出口(37)排出，实现低成本捕获碳；所述第一截止阀(25)、所述第二截止阀(26)、所述第三截止阀(27)和所述第四截止阀(28)开启，所述第五截止阀(29)、所述第六截止阀(30)、所述第七截止阀(31)和所述第八截止阀(32)关闭，此时乙二醇水溶液经所述第二换热器(9)降温后由所述溶液泵(12)输送到所述风机盘管(42)，实现房间降温的效果，换热后的乙二醇水溶液又回到所述第二换热器(9)中继续降温，如此循环；
(2)、大负荷供冷模式t<25℃
当所需室温小于25℃时，所述第九截止阀(33)和所述第十截止阀(34)处于关闭状态；LNG经所述LNG泵(8)输送至所述第一换热器(6)，换热升温后进入所述第二透平膨胀机(5)做功供所述第二发电机(4)发电，LNG流出后经所述第二换热器(9)换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器(6)降温后进入所述压气机(7)加压，随后进入所述再热器(3)预热后进入所述第一透平膨胀机(1)做功驱动所述第一发电机(2)发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器(6)换热，如此循环；将所述离合器(17)调至与所述第一压缩机(23)相连，所述燃气轮机(16)燃烧驱动所述第一压缩机(23)工作；所述燃气轮机(16)产生的高温烟气驱动所述第四发电机(20)发电后和缸套水一同进入所述第三换热器(41)制备热水，换热后的低温烟气进入所述分离器(13)中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器(13)的左出口进入所述第四换热器(11)吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机(14)压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器(11)降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器(10)被LNG的冷量液化，从出口(37)排出，实现低成本捕获碳；所述第一截止阀(25)、所述第二截止阀(26)、所述第五截止阀(29)、所述第六截止阀(30)、所述第七截止阀(31)和所述第八截止阀(32)开启，所述第三截止阀(27)和所述第四截止阀(28)关闭，此时所述第一压缩机(23)驱动所述冷凝器(19)工作，经所述第二换热器(9)降温后的乙二醇水溶液进入所述冷凝器(19)降低冷凝温度以提高热泵***的效率，所述冷凝器(19)侧设有补水口(35)和出水口(38)，乙二醇水溶液经所述冷凝器(19)变成低温高压液体进入所述节流阀(22)降压后进入所述蒸发器(18)蒸发吸热，然后输送至所述风机盘管(42)实现房间降温效果；在房间负荷大时采用开式循环***，提高了***整体效率；
(3)、小负荷供热模式t≤25℃
当所需室温小于等于25℃时，采用内燃机余热供热，LNG经所述LNG泵(8)输送至所述第一换热器(6)，换热升温后进入所述第二透平膨胀机(5)做功供所述第二发电机(4)发电，LNG流出后经所述第二换热器(9)换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器(6)降温后进入所述压气机(7)加压，随后进入所述再热器(3)预热后进入所述第一透平膨胀机(1)做功驱动所述第一发电机(2)发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器(6)换热，如此循环；此时所述第七截止阀(31)、所述第八截止阀(32)、所述第九截止阀(33)和所述第十截止阀(34)处于开启状态，所述第三截止阀(27)和所述第四截止阀(28)关闭，将所述离合器(17)调至与所述第三发电机(15)相连，所述燃气轮机(16)燃烧驱动所述第三发电机(15)发电；所述燃气轮机(16)产生的高温烟气驱动所述第四发电机(20)发电后和缸套水一同进入所述第三换热器(41)制备热水，热泵***中的乙二醇水溶液经所述第三换热器(41)加热后由所述溶液泵(12)输送至所述风机盘管(42)，实现房间升温效果；换热后的低温烟气进入所述分离器(13)中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器(13)的左出口进入所述第四换热器(11)吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机(14)压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器(11)降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器(10)被LNG的冷量液化，从出口(37)排出，实现低成本捕获碳；
(4)、大负荷供热模式t>25℃
当所需室温大于25℃时，所述第九截止阀(33)和所述第十截止阀(34)处于开启状态；LNG经所述LNG泵(8)输送至所述第一换热器(6)，换热升温后进入所述第二透平膨胀机(5)做功供所述第二发电机(4)发电，LNG流出后经所述第二换热器(9)换热升温后输送至燃气轮机燃烧；氮气经所述第一换热器(6)降温后进入所述压气机(7)加压，随后进入所述再热器(3)预热后进入所述第一透平膨胀机(1)做功驱动所述第一发电机(2)发电，膨胀后的氮气再次进入所述第一换热器(6)换热，如此循环；将所述离合器(17)调至与所述第三发电机(15)相连，所述燃气轮机(16)燃烧驱动所述第三发电机(15)发电；所述燃气轮机(16)产生的高温烟气驱动所述第四发电机(20)发电后和缸套水一同进入所述第三换热器(41)制备热水，换热后的低温烟气进入所述分离器(13)中分离出水和二氧化碳，水经所述分离器(13)的左出口进入所述第四换热器(11)吸热后排出，二氧化碳经所述第二压缩机(14)压缩成高压二氧化碳后进入所述第四换热器(11)降温，降温后的二氧化碳流经所述第五换热器(10)被LNG的冷量液化，从出口(37)排出，实现低成本捕获碳；所述第一截止阀(25)、所述第二截止阀(26)、所述第七截止阀(31)和所述第八截止阀(32)关闭；所述第一压缩机(23)驱动所述冷凝器(19)工作，此时经所述第三换热器(41)升温后的乙二醇水溶液进入蒸发器提高蒸发温度以提高热泵***的整体效率，所述蒸发器(18)侧设有补水口(39)和出水口(40)，最终溶液流经所述冷凝器(19)由所述溶液泵(12)输送至所述风机盘管(42)，实现房间升温效果；房间负荷大时采用开式循环***，提高了***整体效率。
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