具有油-超-跨底循环的燃气-超临界CO2发电系统

技术领域

本申请涉及新能源技术领域，尤其涉及一种具有油-超-跨底循环的燃气-超临界CO

背景技术

燃气轮机发电系统运行灵活，启停快速，但是其排气温度高，大量仍具有做工发电能力的高品位热源被浪费。使用余热回收系统可以提高系统效率，降低运行成本，符合当下对节能减排的要求。超临界二氧化碳发电技术使用二氧化碳作为工质，二氧化碳工质具有临界点易达到、无毒无害、成本低廉、循环设备结构紧凑等优势，是一种优良的余热回收发电技术。

由于超临界二氧化碳工质在临界点附近比热明显增大，换热器夹点问题突出。夹点问题限制了直接使用燃气与二氧化碳工质进行余热回收时能达到的最低温度，使得排气余热回收总量受到限制，降低了燃机余热回收效果；且直接换热时，燃机排气速度大、换热系数小，换热器设计难度大、制造成本高，因此如何提高燃机余热回收能力有待解决。另一方面，布雷顿循环在二氧化碳超临界态具有较高效率，而跨临界二氧化碳循环在利用较低温度热源时具有优势，两种循环对不同品位的热源利用效果不同。由于燃机排气比热小，余热回收过程温度降大，如何将超临界和跨临界循环进行结合以提高余热回收系统的效率也亟需解决。

发明内容

本申请提供了一种具有油-超-跨底循环的燃气-超临界CO

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种具有油-超-跨底循环的燃气-超临界CO

LNG输送泵通过跨临界冷却器与燃机连接；燃机与燃气发电机连接，燃机出口的燃气依次通入到高温燃气余热回收装置和低温燃气余热回收装置；高温导热油泵、高温燃气余热回收装置和超临界底循环加热器依次连接构成高温导热油循环；低温导热油泵、低温燃气余热回收装置和跨临界预热器依次连接构成低温导热油循环；

超临界底循环加热器、超临界底循环透平、跨临界加热器、超临界底循环冷却器和超临界底循环压缩机依次连接构成超临界CO

跨临界加热器、跨临界透平、跨临界冷却器、跨临界泵和跨临界预热器依次连接构成跨临界CO

进一步地，高温燃气余热回收装置的高温侧入口连接燃机的燃气出口，高温燃气余热回收装置的高温侧出口连接低温燃气余热回收装置的高温侧进口，低温燃气余热回收装置的高温侧出口向外排气。

进一步地，高温导热油循环中，高温导热油泵的出口与高温燃气余热回收装置的低温侧入口连接；高温燃气余热回收装置的低温侧出口与超临界底循环加热器的高温侧入口连接；超临界底循环加热器的高温侧出口与高温导热油泵的入口连接；

低温导热油循环中，低温导热油泵的出口与低温燃气余热回收装置的低温侧入口连接；低温燃气余热回收装置的低温侧出口与跨临界预热器的高温侧入口连接；跨临界预热器的高温侧出口与低温导热油泵的入口连接。

进一步地，超临界底循环的连接方式包括：超临界底循环加热器的低温侧出口与超临界底循环透平的入口连接；超临界底循环透平的出口与跨临界加热器的高温侧入口连接；跨临界加热器的高温侧出口与超临界底循环冷却器的高温侧入口连接；超临界底循环冷却器的高温侧出口与超临界底循环压缩机的入口连接，超临界底循环压缩机的出口与超临界底循环加热器的低温侧入口连接。

进一步地，超临界底循环压缩机与超临界底循环透平共轴布置。

进一步地，跨临界底循环的连接方式包括：跨临界加热器的低温侧出口与跨临界透平的入口连接；跨临界透平的出口与跨临界冷却器的高温侧入口连接；跨临界冷却器的高温侧出口与跨临界泵的入口连接；跨临界泵的出口与跨临界预热器的低温侧入口连接；跨临界预热器的低温侧出口与跨临界加热器的低温侧入口连接。

进一步地，跨临界泵与跨临界透平为非共轴布置，跨临界泵由电机驱动。

进一步地，跨临界冷却器的低温侧入口与LNG输送泵的出口连接；跨临界冷却器的低温侧出口与燃机的燃烧室连接。

进一步地，空气进入超临界底循环冷却器后再经过工质泵排出。

本申请的有益效果在于：

(1)采用导热油循环结合两级换热器，充分吸收燃机排气余热，使得燃机的排气温度低，具有较高的燃机余热回收率，充分利用了燃机排气余热；

(2)超临界底循环和跨临界循环相串级，实现了对燃机高温排气的梯度利用，整个过程火用损较小，具有较高的联合循环效能；

(3)使用导热油循环替代二氧化碳工质与燃气直接换热，解决了燃气侧换热器设计复杂成本高的问题；

(4)超-跨底循环具有压缩功低、系统紧凑简单、成本低的优势。

附图说明

图1为本申请所述发电系统的结构示意图；

图中：1-燃机；2-燃机发电机；3-高温燃气余热回收装置；4-低温燃气余热回收装置；5-高温导热油泵；6-低温导热油泵；7-超临界底循环加热器；8-超临界底循环透平；9-跨临界加热器；10-超临界底循环冷却器；11-超临界底循环压缩机；12-超临界底循环发电机；13-跨临界透平；14-跨临界冷却器；15-跨临界泵；16-跨临界预热器；17-跨临界发电机；18-LNG输送泵；19-工质泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。

如图1所示，本申请所述的具有油-超-跨底循环的燃气-超临界CO

燃机1驱动燃机发电机2发电，燃机1的高温燃气以783K、21.77kg/s的参数依次进入高温燃气余热回收装置3和低温燃气余热回收装置4的高温侧，然后燃气降温至350K，通过燃气余热回收装置回收燃机排气中余热。

作为具体实施例地，高温燃气余热回收装置3和低温燃气余热回收装置4均采用板翅式换热器(PFHE)以提高燃气和导热油的换热效率，燃气余热回收装置换热效能均为85％。

导热油循环包括高温导热油循环和低温导热油循环：高温导热油循环的质量流量为13.07kg/s，运行压力为10MPa，导热油在高温燃气余热回收装置3的低温侧吸收燃机排气余热升温至673K，进入超临界底循环加热器7高温侧，将燃机余热传递给超临界底循环，燃气降温至397K，最后经高温导热油泵5升压后再次吸热。低温导热油循环的质量流量为12.94kg/s，运行压力为10MPa，导热油在低温燃气余热回收装置4的低温侧吸收燃机排气余热升温至350K，进入跨临界预热器16的高温侧，将燃机余热传递给跨临界底循环，降温至331.5K，最后经低温导热油泵6升压后再次吸热。

超临界底循环中超临界底循环二氧化碳工质的质量流量为20.76kg/s，工质在超临界底循环加热器7的低温侧吸收高温导热油回路中的燃机余热升温至658.5K，同时压力升至20MPa，进入超临界底循环透平8再驱动超临界底循环发电机12发电，减压降温至585.5K，9.79MPa。超临界底循环透平8的排气进入跨临界加热器9的高温侧，将高温热量传递给跨临界底循环，最后在超临界底循环冷却器10中进一步冷却至325.2K，经超临界底循环压缩机11压缩后再次吸热。

作为具体实施例地，超临界底循环中超临界底循环压缩机11和超临界底循环透平8均为轴流式设计。超临界底循环压缩机11的效率为82％，超临界底循环透平8的效率为85％。

作为具体实施例地，超临界底循环中超临界底循环压缩机11和超临界底循环透平8为共轴布置。

作为具体实施例地，超临界底循环中超临界底循环冷却器10的低温侧使用工质泵19输送的空气冷却。

跨临界底循环中跨临界二氧化碳工质的质量流量为16.19kg/s，工质在跨临界预热器16的低温侧吸收燃机余热，随后进入跨临界加热器9的低温侧进一步吸热至577.1K和20MPa，随后进入跨临界透平13驱动跨临界发电机17发电，减压降温至330.5K和0.82MPa。跨临界透平13的排气进入跨临界冷凝器14冷却至227.1K，经过跨临界泵15升压后再次吸热。

作为具体实施例地，跨临界底循环中，跨临界泵15与跨临界透平13均为轴流式设计。跨临界泵15的效率为80％，跨临界透平13效率为85％。作为具体实施例地，跨临界底循环中，跨临界泵15与跨临界透平13为非共轴布置，跨临界泵15由电机驱动，可根据负荷调整跨临界泵15的转速以提高运行灵活性。

作为具体实施例地，跨临界底循环中跨临界冷却器14使用由LNG输送泵18加压后输送的LNG作为冷源，经过预热后的LNG进入燃机燃烧室驱动燃机发电。

作为具体实施例地，跨临界加热器9、跨临界预热器16和超临界底循环冷却器10均采用印刷电路板式换热器(PCHE)以提高换热效率,端差均为5K，其效能均为95％。

作为具体实施例地，燃机发电机2、超临界底循环发电机12和跨临界发电机17的发电效率均为98％。

作为具体实施例地，一种具有油-超-跨底循环结构的燃气-超临界底循环CO

综上所述，应用于本申请所述的一种具有油-超-跨底循环结构的燃气-超临界底循环CO

以上对本发明的方法与具体实施方法进行了详细的介绍，并给出了相应的实施实例。当然，除上述实例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要保护的范围之内。