[发明专利]基于超临界二氧化碳循环的完全热电解耦的热电联产系统

说明书

本发明公开了一种基于超临界二氧化碳循环的完全热电解耦的热电联产系统，锅炉的烟道内设置有高温过热器、低温过热器、分流省煤器及SCR脱硝装置，压缩机的出口与回热器的冷侧入口及分流省煤器的入口相连通，回热器的冷侧出口与分流省煤器的出口通过管道并管后依次经锅炉的气冷壁、低温过热器及高温过热器与透平的入口相连通，透平的出口分为两路，其中一路与回热器的热侧入口相连通，另一路与回热器的热侧出口通过管道并管后分为两路，其中一路与热网加热器的放热侧入口相连通，另一路与预冷器的放热侧入口相连通，热网加热器的出口与预冷器的放热侧出口通过管道并管后与压缩机的入口相连通，该热电联产系统能够实现热电完全解耦。

技术领域

本发明属于热电联产技术领域，涉及一种基于超临界二氧化碳循环的完全热电解耦的热电联产系统。

背景技术

发展更加高效灵活的火力发电系统，是未来能源体系建设的重大需求。提高机组发电效率主要包括两个途径，一是提高蒸汽参数到700℃等级，但需要采用昂贵的高温镍基合金，机组经济性不能满足要求，同时蒸汽机组只有在1000MW大容量等级以上才能实现50％以上的发电效率，且热电联产机组还存在以热定电，难以解耦的问题，这也使得现有蒸汽机组的灵活性问题难以解决。另一条途径是从动力循环的热力学基础层面进行革命性创新，超临界二氧化碳动力循环是以超临界二氧化碳为工质的真实气体闭式布雷顿循环，整个循环工作在二氧化碳临界点(7.37MPa,31℃)以上，循环结构接近理论最优的广义卡诺循环，且随着发电参数的提高，发电效率的优势越明显。超临界二氧化碳动力循环在工质参数32MPa，620℃条件下，采用现有材料和污染物超低排放技术，发电效率可在300MW小容量等级机组突破50％，与未来700℃等级1000MW大容量超超临界蒸汽机组相当。另一方面，由于超临界二氧化碳循环采用了全流量的极限回热技术，可以实现热电以任意比例输出，真正实现热电完全解耦。

当前，随着风电、光电并网规模的不断扩大，北方冬季供暖期弃风、弃光现象严重。其主要原因在于这些地区电网中占主体地位的热电机组供热期调峰能力差，“以热定电”问题严重。因此提升燃煤热电机组灵活性，意义重大。针对我国常规热电机组灵活性不足问题，目前已有大量研究，如汽轮机旁路技术，切除低压缸技术，热水、熔盐储热技术，电锅炉、电热泵供热技术等。然而，灵活性改造措施只能不同程度上提高热电机组的调峰能力，尚不能实现热电完全解耦，即供电负荷调节与供热负荷调节无法完全独立。这主要是由基于蒸汽朗肯循环的热电机组的基本特性所决定的，其工作原理决定了供热负荷调节与透平结构直接相关(背压机为透平排气供热，抽凝机为中间抽气供热)，这意味着蒸汽热电机组供电负荷与供热负荷之间势必存在一定的耦合关系。现有的热电解耦技术虽然可以不同程度的降低这种供热和供电的耦合程度，但是无法实现热电完全解耦。

超临界二氧化碳循环有着循环效率高、全流量回热、冷端放热温度高等特点。这些特点可以和热电机组灵活高效运行的实际需求充分结合，在高效发电的同时，实现热电完全解耦。目前，我国能源体系将从化石能源向非化石能源、大型集中式向高效灵活式转型。随着风电、光热等新能源比例的不断增加，除了高效清洁外，对常规燃煤发电机组的灵活性和调峰能力的要求更加苛刻和迫切。截止2016年底，全国300MW等级及其以下的机组装机容量约4.32亿千瓦，约占煤电机组的45％左右，这些机组供电效率普遍偏低，且多为热电联产机组，机组灵活性差。根据我国能源产业政策，这部分落后产能的机组都将被更加高效灵活的机组取代。若将300MW以下的落后机组全部替换为50％以上效率，完全实现热电解耦，高效灵活的超临界二氧化碳热电联产机组，每年可节约标准煤约5600万吨，按500元/吨计算，折合每年节约燃料成本280亿元。减少二氧化碳的排放约1.47亿吨/年，同时可以消纳更多的新能源，彻底解决弃风弃光问题，实现我国能源转型的战略目标。

然而经调研，目前超临界二氧化碳循环多被用于高效发电领域，针对热电联产的研究相对较少，更没有热电完全解耦的相关研究，因此，还需要大量的原创性的工作。

发明内容