[实用新型]一种直接燃烧加热的超临界二氧化碳动力循环系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直接燃烧加热的超临界二氧化碳动力循环系统。

背景技术

清洁、高效、经济是发电技术进步所追求的核心目标，寻找新的能源形式替代传统的化石能源和开发新的、更先进的能量转换方式是实现这一目标的两个方向。当今世界，化石燃料发电仍将长期占据电力结构的主体地位，所以提高发电效率、减少排放、降低发电成本是技术创新的主要方向。

近年来，超临界二氧化碳动力循环成为研究热点，并且被认为具有诸多潜在优势。二氧化碳的临界点为31℃/7.4MPa，在温度和压力超过临界点时的状态为超临界态。超临界二氧化碳动力循环的研究始于上世纪四十年代，在六、七十年代取得阶段性研究成果，之后主要由于透平机械、紧凑式热交换器制造技术不成熟而中止，直至本世纪初，超临界二氧化碳动力循环的研究在美国再度兴起，并为世界其它国家所关注。由于二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本、循环系统简单、结构紧凑、效率高，超临界二氧化碳动力循环被认为在火力发电、第四代核能发电、聚光型太阳能热发电、余热发电、地热发电等领域具有良好的应用前景。

超临界二氧化碳动力循环有两种方式：一是直接燃烧加热方式(半闭式)，二是间接加热方式(闭式)。直接燃烧加热循环的特点是超临界二氧化碳在燃烧器中被燃气直接加热至高温，燃烧产物在透平出口后的处理工艺中排放或收集；间接加热循环的特点是超临界二氧化碳通过换热器从热源中吸收热量，间接加热至高温，工质不接触热源介质，热源和动力循环是相对独立的系统。间接加热循环的透平入口温度低于直接燃烧加热循环。两种循环方式的共同点是均采用回热手段，以及临界点附近压缩以减少做功，这是其具有高循环效率的两个关键因素。

直接燃烧加热的超临界二氧化碳动力循环可以达到更高的工作温度，有利于充分发挥超临界二氧化碳动力循环的高效率优势，并且后端的燃烧产物处理工艺简单，有望替代整体煤气化联合循环和天然气联合循环，实现比燃气轮机-蒸汽轮机发电更高效率和更低排放。目前，行业上研究较多的是采用纯氧燃烧而非空气燃烧，以避免产生氮氧化物，但由此带来的问题是系统中需要配备空气分离装置来供给氧气，空气分离装置在整个系统造价中占有较大的比例。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何采用空气燃烧的方法直接加热超临界二氧化碳使其动力循环。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种直接燃烧加热的超临界二氧化碳动力循环系统，其特征在于，包括泵，泵的出口连接回热器低压侧的入口，回热器低压侧的出口依次连接第一冷却器、水分离器、压缩机、第二冷却器、气体分离器，水分离器底部设有疏水口，气体分离器的顶部设有排气口，底部连接泵的入口；回热器的高压侧依次通过燃烧器、透平形成回路，燃烧器上设有气体燃料入口、空气入口，透平与发电机连接。

优选地，所述泵的出口处设有二氧化碳排放口一或/和入口处设有二氧化碳排放口二。

各部件的作用如下：

泵，用于将液态的二氧化碳增压至高压，泵的入口和出口分别设有二氧化碳排放口，可用于收集燃烧产生的多余二氧化碳，两个排放口排出的二氧化碳温度和压力不同；

具有高压侧进口、高压侧出口、低压侧进口、低压侧出口的回热器，泵产生的高压二氧化碳经由高压侧进口进入后自高压侧出口输出至燃烧器，透平排出的低压二氧化碳经由低压侧进口进入后自低压侧出口输出至第一冷却器；

燃烧器，同时输入来自回热器的二氧化碳、气体燃料、空气，燃料与空气燃烧产生的热量加热二氧化碳，在燃烧器出口，二氧化碳工质和燃烧产物及其它残余气体达到设定温度，然后输出给透平；

透平，与发电机相连，做功产生的混合介质经由低压侧进口输入回热器；

第一冷却器，用于冷却回热器的低压侧出口输出的混合介质，使其中的水转变为液体；

水分离器，将自第一冷却器的混合介质中的水与气体分离，分离后的水通过疏水口收集，分离后的气体进入压缩机；

压缩机，用于将气态的二氧化碳增压至临界压力以上；

第二冷却器，用于冷却来自压缩机混合介质，使其中的二氧化碳转变为液体；

气体分离器，将自第二冷却器的混合介质中的二氧化碳与气体分离，分离后的气体(主要成分为氮气)通过排气口收集，分离后的二氧化碳进入泵。