CN111322660B - 集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***及方法 - Google Patents

集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***及方法 Download PDF

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Abstract

一种集成吸收式热泵的超临界二氧化碳循环热电联产***及方法，该***包括超临界二氧化碳发电***和供热***，超临界二氧化碳发电***包括主压缩机、再压缩机、低温回热器、高温回热器、锅炉、透平和预冷器，供热***包括低温加热器、高温加热器和吸收式热泵。本发明采用流量调节阀调节高温加热器中的二氧化碳流量，从而可以灵活调节热负荷和电负荷比例，实现热电解耦；本发明一次管网和二次管网之间采用吸收式热泵热换，可以大幅降低一次网回水温度，显著提高***供热能力；本发明采用低温加热器和高温加热器布置，实现了能量分质梯级利用，而且由于一次网回水温度低至25℃左右，可以完全回收***冷端低品质余热，大幅热高能量利用效率。

Description

集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***及方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别涉及集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***及方法。
背景技术
光伏、风电等新能源清洁度高，对环境污染较小，所以大力发展光伏、风电等清洁能源对我国节能减排具有重大意义。近年来，我国光伏、风电等新能源发电比例大幅增加，但是其间歇性发电的特征使得电力输出稳定性较差，导致“弃风弃光”现象严重。所以，大量新能源的消纳对我国电网调峰能力提出了更高的要求。目前，燃煤发电仍然是我国的主要发电方式，要提高电网调峰能力则需要进一步提高燃煤机组的运行灵活性。而常规的燃煤发电机组抽汽较多，***复杂程度较高，热电耦合度较强，导致燃煤机组热电解耦难度较大，机组灵活性较差。
超临界二氧化碳动力循环***凭借着热效率高、结构紧凑、投资小以及运行维护费用低等优点，吸引了学者对超临界二氧化碳动力循环在燃煤发电领域应用开展了大量的研究。研究表明，超临界二氧化碳燃煤发电***相比常规燃煤机组具有更高的发电效率和更低的投资；***冷端温度较高，具有一定的供热能力，并且无抽气环节，***结构较为简单，所以具有较高的热电解耦能力。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***及方法，通过在超临界二氧化碳发电***冷端耦合吸收式热泵供热***，可以全部回收冷端余热用于供热，并实现热电解耦。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***，包括超临界二氧化碳发电***和供热***；
所述的超临界二氧化碳发电***包括主压缩机1，所述的主压缩机1出口、低温回热器2冷侧进出口、高温回热器3冷侧进出口、锅炉4进出口、透平5进出口、高温回热器3热侧进出口、低温回热器2热侧进出口、低温热网加热器旁路阀8进出口、预冷器调节阀9进出口、预冷器10进出口和主压缩机1入口依次相连通；再压缩机12进出口分别与低温回热器2热侧出口和低温回热器2冷侧出口相连通；低温热网加热器旁路阀8出口和预冷器10出口由预冷器旁路阀11相连通；
所述供热***包括低温热网加热器7、高温热网加热器14和吸收式热泵，吸收式热泵由依次相连通的冷凝器15、节流阀16、发生器一17、吸收器19和发生器二21构成；
所述的高温回热器3热侧出口、高温热网加热器调节阀13进出口、高温热网加热器14热侧进出口、低温热网加热器调节阀6进出口、低温热网加热器7热侧进出口、预冷器调节阀9进出口、预冷器10入口依次相连通；
所述的低温热网加热器调节阀6入口和低温热网加热器7热侧出口由低温热网加热器旁路阀8相连通；发生器一17的下端出口通过工质泵18与发生器17上端入口相连通；吸收器19下端出口依次通过溶液泵20和溶液热交换器22冷侧与发生器二21上端入口相连通；发生器二21下端出口依次通过溶液热交换器22热侧和溶液阀23与吸收器19上端入口相连通。
所述的发生器二21、发生器一17、低温热网加热器7和高温热网加热器14沿一次网循环水流通方向依次相连通构成一次网热交换***；吸收器19和冷凝器15沿二次网循环水流通方向依次相连通构成二次网供热***。
所述高温热网加热器调节阀13通过调节一次网热交换***中的二氧化碳流量，进而调节热负荷。
所述一次网循环水与二次网循环水之间通过吸收式热泵实现热交换，一次网回水为25℃左右。
集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***的方法，在采暖期，高温热网加热器调节阀13、低温热网加热器调节阀6和预冷器旁路阀11开启，低温热网加热器旁路阀8和预冷器调节阀1关闭，超临界二氧化碳工质经主压缩机1升压，然后依次在低温回热器2、高温回热器3和锅炉4中吸热后进入透平5做功，透平5排气在高温回热器3中放热后分成两股，分别进入低温回热器2和高温热网加热器14放热后汇合，然后进入低温热网加热器7被冷却，并且再次进入主压缩机1，构成闭式发电循环***；一次网回水温度25℃左右，可以把主压缩机1入口工质冷却至32℃左右，所以发电***冷端二氧化碳经低温热网加热器7冷却后，通过预冷器旁路阀11所在的旁通管路进入主压缩机1，而不流经预冷器10；高温热网加热器调节阀13通过调节高温热网加热器14的二氧化碳流量，进而调节热电比；一次网回水依次通过低温热网加热器7和高温热网加热器14回收冷端工质热量升温后，进入发生器二21和发生器一17放热，驱动热泵运行；二次网回水依次在吸收器19和冷凝器15中吸热升温后，向热用户供热；
在非采暖期，供暖***停止运行，高温热网加热器调节阀13、低温热网加热器调节阀6和预冷器旁路阀11关闭，低温热网加热器旁路阀8和预冷器调节阀9开启，超临界二氧化碳发电***中高温回热器3热侧出口工质全部进入低温回热器2放热，并且流经低温加热器旁路阀8和预冷器调节阀9所在的管路，经预冷器10冷却后，进入主压缩机1；超临界二氧化碳发电***其他运行过程与采暖期相同。
本发明的有益效果：
1.本发明可以实现热电完全解耦，大幅提高了***运行灵活性。
2.本发明一次网和二次网之间采用吸收式热泵可以把一次网回水温度降低到25℃左右，大幅提高了***供热能力。
3.本发明在供暖期可以完全回收***冷端余热，实现能量分质梯级利用，大幅提高了能量利用效率。
附图说明
图1为本发明集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***，其特征在于：包括超临界二氧化碳发电***和供热***；
其中，所述超临界二氧化碳发电***的主压缩机1出口、低温回热器2冷侧进出口、高温回热器3冷侧进出口、锅炉4进出口、透平5进出口、高温回热器3热侧进出口、低温回热器2热侧进出口、低温热网加热器旁路阀8进出口、预冷器调节阀9进出口、预冷器10进出口和主压缩机1入口依次相连通；再压缩机12进出口分别与低温回热器2热侧出口和低温回热器2冷侧出口相连通；低温热网加热器旁路阀8出口和预冷器10出口由预冷器旁路阀11相连通；
所述供热***包括低温热网加热器7、高温热网加热器14和由冷凝器15、节流阀16、发生器一17、吸收器19和发生器二21依次相连通构成的吸收式热泵；高温回热器3热侧出口、高温热网加热器调节阀13进出口、高温热网加热器14热侧进出口、低温热网加热器调节阀6进出口、低温热网加热器7热侧进出口、预冷器调节阀9进出口、预冷器10入口依次相连通；低温热网加热器调节阀6入口和低温热网加热器7热侧出口由低温热网加热器旁路阀8相连通；发生器一17的下端出口通过工质泵18与发生器17上端入口相连通；吸收器19下端出口依次通过溶液泵20和溶液热交换器22冷侧与发生器二21上端入口相连通；发生器二21下端出口依次通过溶液热交换器22热侧和溶液阀23与吸收器19上端入口相连通；发生器二21、发生器一17、低温热网加热器7和高温热网加热器14沿一次网循环水流通方向依次相连通构成一次网热交换***；吸收器19和冷凝器15沿二次网循环水流通方向依次相连通构成二次网供热***。
作为本发明的优选实施方式，所述第一辅助预冷器和第二辅助预冷器并列布置在预冷器10之前位置。
作为本发明的优选实施方式，所述高温热网加热器14中二氧化碳温度较高，可以保证把一次网循环水加热到130℃左右。
作为本发明的优选实施方式，所述高温热网加热器调节阀13通过调节一次网热交换***中的二氧化碳流量，进而调节热负荷。
作为本发明的优选实施方式，所述一次网循环水与二次网循环水之间通过吸收式热泵实现热交换，一次网回水为25℃左右。
如图1所示，集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***的方法，在采暖期，高温热网加热器调节阀13、低温热网加热器调节阀6和预冷器旁路阀11开启，低温热网加热器旁路阀8和预冷器调节阀1关闭，超临界二氧化碳工质经主压缩机1升压，然后依次在低温回热器2、高温回热器3和锅炉4中吸热后进入透平5做功，透平5排气在高温回热器3中放热后分成两股，分别进入低温回热器2和高温热网加热器14放热后汇合，然后进入低温热网加热器7被冷却，并且再次进入主压缩机1，构成闭式发电循环***；一次网回水温度25℃左右，可以把主压缩机1入口工质冷却至32℃左右，所以发电***冷端二氧化碳经低温热网加热器7冷却后，通过预冷器旁路阀11所在的旁通管路进入主压缩机1，而不流经预冷器10；高温热网加热器调节阀13通过调节高温热网加热器14的二氧化碳流量，进而调节热电比；一次网回水依次通过低温热网加热器7和高温热网加热器14回收冷端工质热量升温后，进入发生器二21和发生器一17放热，驱动热泵运行；二次网回水依次在吸收器19和冷凝器15中吸热升温后，向热用户供热；
在非采暖期，供暖***停止运行，高温热网加热器调节阀13、低温热网加热器调节阀6和预冷器旁路阀11关闭，低温热网加热器旁路阀8和预冷器调节阀9开启，超临界二氧化碳发电***中高温回热器3热侧出口工质全部进入低温回热器2放热，并且流经低温加热器旁路阀8和预冷器调节阀9所在的管路，经预冷器10冷却后，进入主压缩机1；超临界二氧化碳发电***其他运行过程与采暖期相同。

Claims (2)

1.集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***，其特征在于，包括超临界二氧化碳发电***和供热***；
所述的超临界二氧化碳发电***包括主压缩机(1)，所述的主压缩机(1)出口、低温回热器(2)冷侧进出口、高温回热器(3)冷侧进出口、锅炉(4)进出口、透平(5)进出口、高温回热器(3)热侧进出口、低温回热器(2)热侧进出口、低温热网加热器旁路阀(8)进出口、预冷器调节阀(9)进出口、预冷器(10)进出口和主压缩机(1)入口依次相连通；再压缩机(12)进出口分别与低温回热器(2)热侧出口和低温回热器(2)冷侧出口相连通；低温热网加热器旁路阀(8)出口和预冷器(10)出口由预冷器旁路阀(11)相连通；
所述供热***包括低温热网加热器(7)、高温热网加热器(14)和吸收式热泵，吸收式热泵由依次相连通的冷凝器(15)、节流阀(16)、发生器一(17)、吸收器(19)和发生器二(21)构成；
所述的高温回热器(3)热侧出口、高温热网加热器调节阀(13)进出口、高温热网加热器(14)热侧进出口、低温热网加热器调节阀(6)进出口、低温热网加热器(7)热侧进出口、预冷器调节阀(9)进出口、预冷器(10)入口依次相连通；
所述的低温热网加热器调节阀(6)入口和低温热网加热器(7)热侧出口由低温热网加热器旁路阀(8)相连通；发生器一(17)的下端出口通过工质泵(18)与发生器一(17)上端入口相连通；吸收器(19)下端出口依次通过溶液泵(20)和溶液热交换器(22)冷侧与发生器二(21)上端入口相连通；发生器二(21)下端出口依次通过溶液热交换器(22)热侧和溶液阀(23)与吸收器(19)上端入口相连通；
所述的发生器二(21)、发生器一(17)、低温热网加热器(7)和高温热网加热器(14)沿一次网循环水流通方向依次相连通构成一次网热交换***；吸收器(19)和冷凝器(15)沿二次网循环水流通方向依次相连通构成二次网供热***；
所述一次网循环水与二次网循环水之间通过吸收式热泵实现热交换，一次网回水为25℃左右；
所述高温热网加热器调节阀(13)通过调节一次网热交换***中的二氧化碳流量，进而调节热负荷。
2.根据权利要求1所述的集成吸收式热泵超临界二氧化碳循环热电联产***的运行方法，其特征在于，在采暖期，高温热网加热器调节阀(13)、低温热网加热器调节阀(6)和预冷器旁路阀(11)开启，低温热网加热器旁路阀(8)和预冷器调节阀(9)关闭，超临界二氧化碳工质经主压缩机(1)升压，然后依次在低温回热器(2)、高温回热器(3)和锅炉(4)中吸热后进入透平(5)做功，透平(5)排气在高温回热器(3)中放热后分成两股，分别进入低温回热器(2)和高温热网加热器(14)放热后汇合，然后进入低温热网加热器(7)被冷却，并且再次进入主压缩机(1)，构成闭式发电循环***；一次网回水温度25℃左右，可以把主压缩机(1)入口工质冷却至32℃左右，所以发电***冷端二氧化碳经低温热网加热器(7)冷却后，通过预冷器旁路阀(11)所在的旁通管路进入主压缩机(1)，而不流经预冷器(10)；高温热网加热器调节阀(13)通过调节高温热网加热器(14)的二氧化碳流量，进而调节热电比；一次网回水依次通过低温热网加热器(7)和高温热网加热器(14)回收冷端工质热量升温后，进入发生器二(21)和发生器一(17)放热，驱动热泵运行；二次网回水依次在吸收器(19)和冷凝器(15)中吸热升温后，向热用户供热；
在非采暖期，供暖***停止运行，高温热网加热器调节阀(13)、低温热网加热器调节阀(6)和预冷器旁路阀(11)关闭，低温热网加热器旁路阀(8)和预冷器调节阀(9)开启，超临界二氧化碳发电***中高温回热器(3)热侧出口工质全部进入低温回热器(2)放热，并且流经低温热网加热器旁路阀(8)和预冷器调节阀(9)所在的管路，经预冷器(10)冷却后，进入主压缩机(1)；超临界二氧化碳发电***其他运行过程与采暖期相同。
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