[发明专利]与Allam循环形式电站相结合的联合循环系统及低温循环方法在审

专利信息
申请号: 202211483848.5 申请日: 2022-11-24
公开(公告)号: CN115773180A 公开(公告)日: 2023-03-10
发明(设计)人: 肖刚;武祎 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: F02C3/34 分类号: F02C3/34;F02C7/14;F02C6/00;F01K25/10;B01D3/06;H02J15/00;H02J3/28
代理公司: 上海立群专利代理事务所(普通合伙) 31291 代理人: 杨楷;毛立群
地址: 310027 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: allam 循环 形式 电站 相结合 联合 循环系统 低温 方法
【说明书】:

发明提供一种与Allam循环形式电站相结合的联合循环发电系统及低温循环方法,系统包括:Allam半闭式循环回路,含碳燃料的燃烧产物依次经过透平做功、回热、除水、冷凝后得到纯净的液态CO2循环介质,部分液态CO2气化后进入Allam半闭式循环回路中燃烧室,部分液态CO2气化作为冷却流股通入透平,部分CO2进入碳捕集;开式回路,第二循环介质在开式回路中流动,第二循环介质为超低温流体,第二循环介质作为外部冷源冷却燃烧产物并吸收燃烧产物的热量升温气化,升温气化后的第二循环介质采取吸热直接膨胀做功,膨胀后的部分第二循环介质作为燃料进入Allam循环。本发明中超低温流体能帮助半闭式循环中工作介质更有效冷凝的同时,还能使系统做功能力更大,系统效率更高。

技术领域

本发明涉及发电系统技术领域,具体为一种与Allam循环形式电站相结合的联合循环系统及低温循环方法。

背景技术

Allam循环形式指的是一种富氧燃烧,且燃烧产物只有H2O和CO2,并带有碳捕集的超临界CO2布雷顿半闭式循环,因其热力学效率较高,且能实现理论上100%的碳捕集,目前备受全球学者以及工程师的关注,常见的燃料可以是天然气、水煤气(H2+CO)、氢气(H2)、碳氢化合物燃料等。典型的Allam循环以天然气为燃料,经压缩后,与高压O2和高压CO2的混合物在燃烧室燃烧后,高温高压的燃气进入透平做功,透平排气经回热器回收热量后,由于理论上燃烧产物只有H2O和CO2,因此经过水分离步骤后可得到高纯度的CO2,因此可进行碳捕集。经过部分碳捕集后的剩余高纯CO2经过冷却和再压缩后进入回热器吸收透平排气余热,随后再与O2混合后进入燃烧室充当助燃剂,继续重复上述循环。

由于Allam循环需要在除水后将CO2以高压的形式进行碳捕集,而现有系统中在经过除水后CO2仍以低压气态的形式存在,无法进行碳捕集。因此现有的做法是在碳捕集前加入压缩装置,先将低压气态CO2压缩至液态,再进行捕集,此种做法的优势在于:液态CO2密度远大于气态CO2的特性,大大节约捕集后的存储装置空间,进而节约CO2存储装置的制造成本。但缺点在于压缩装置耗功较大,影响系统效率。另一种替代方案是降低循环最高温度,并提高透平背压,此种方法可以再不需要压缩装置的情况下将高压气态的CO2通过常规冷却进行冷凝。但此种做法由于降低了燃烧室出口温度以及透平出口压力,限制了CO2膨胀做功,同样会造成系统效率的降低。

发明内容

针对以上问题,本发明提供了一种与Allam循环形式电站相结合的联合循环发电系统及低温循环方法,超低温流体作为外部冷源与Allam半闭式循环回路中的循环介质CO2进行换热,将更低压力下的气态CO2循环介质冷却至液态,液态的CO2可以直接进行碳捕集,则不需要压缩装置或者降低燃烧室出口温度以及提高第一透平背压,因此能够大大节约系统耗功,显著提升系统效率。另一方面,较低的透平出口压力下的CO2可以拉低做功能力下限,提高系统的做功能力,进而提高发电效率。外部冷源的冷能被利用之后温度升高获得的热能在开式回路中直接膨胀做功;提高了系统的效率,实现了能量的充分利用。

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