[发明专利]一种燃气轮机排烟余热驱动的功冷联供系统及其方法

说明书

本发明属于功冷联供领域，提供燃气轮机排烟余热驱动的功冷联供系统及其方法。它解决了功冷联供系统发电功率低且燃气轮机排烟余热的利用率低的问题，具有发电功率高且燃气轮机排烟余热的利用率高的效果。其中，燃气轮机排烟余热驱动的功冷联供系统包括再压缩超临界CO₂动力循环子系统、卡琳娜循环子系统及氨吸收式制冷循环子系统，再压缩超临界CO₂动力循环系统用于利用燃气轮机的排烟驱动透平I做功，产生电力；卡琳娜循环系统用于将所述再压缩超临界CO₂动力循环系统利用后的燃气轮机的排烟余热传送至余热锅炉，以驱动透平II做功，产生电力；氨吸收式制冷循环系统用于回收所述再压缩超临界CO₂动力循环系统主压缩管路中CO₂的部分热量进行制冷。

技术领域

本发明属于功冷联供领域，尤其涉及一种燃气轮机排烟余热驱动的功冷联供系统及其方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，世界经济的不断增长对能源供应形成了长期的高度依赖，能源短缺问题日渐突出。同时大规模化石能源的开发利用带来的生态环境恶化以及能源消费所导致的污染排放，正逐渐影响到大气环境、水资源及生态系统的方方面面，构建新的能源体系迫在眉睫。其中，建设分布式能源系统是行之有效的一种方案。分布式能源是指分布在用户端的能源综合利用系统，一次能源以气体燃料为主，具有能效高、污染少、运行灵活、经济性好等优点。燃气轮机作为分布式能源中重要的动力系统之一，已广泛应用于电力，航空，舰船，军事等领域，其燃料以天然气为主，效率多在25％-43％之间。由于燃气轮机排烟温度较高，如何高效利用其高品位排气余热成为提高能源利用率的关键。

CO₂具有稳定性好、环保性强、来源广泛，廉价易得等优点，此外，由于CO₂临界点参数较低(7.38Mpa，30.98℃)，可以较容易地使CO₂达到超临界状态从而提高工质的做功能力。在此基础上，超临界CO₂动力循环能够实现较高的发电效率，并通过结合再压缩技术，可以使循环冷却排热进一步减少，同时可以降低压缩机功耗，使发电效率进一步提高。在烟气余热动力回收中，由于CO₂与烟气比热变化近似，换热过程将实现良好的匹配，因此再压缩超临界CO₂动力循环(Recompression Supercritical CO₂ Power Cycle，RSCPC)极适合回收利用燃气轮机排烟余热。对于500℃的烟气，RSCPC的循环效率能达到35％左右。虽然其循环效率很高，但是发明人发现，做功后的乏汽中进入主压缩机增压的那部分工质，仍有较大部分热量被冷却水带走。此外由于低温回热器和高温回热器的存在，使CO₂工质与烟气的传热温差减小，但是CO₂吸热温度的升高使得烟气在换热过程完成后的温度仍然很高，还具有非常大的利用价值，因此单纯靠RSCPC并不能达到对燃气轮机排烟余热的充分利用。

卡琳娜循环(Kalina Cycle，KC)在利用能量品味较低的中低温余热资源发电方面可以实现较高的热效率。该循环以非共沸混合物氨水作为工质，降低了工质沸点，而且使得蒸发器和冷凝器中的换热过程实现了“变温”匹配，有效减小了传热温差，降低了热交换过程的不可逆性。但是发明人发现，Kalina循环只适用于最高温度在300-400℃的热源，对于温度高达500℃左右的燃气轮机排烟，直接使用Kalina循环并不能达到理想的能量转化率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供一种燃气轮机排烟余热驱动的功冷联供系统，其通过耦合再压缩超临界CO₂动力循环、氨吸收式制冷循环和卡琳娜循环，能够提高燃气轮机排烟余热的利用率，减小联供系统的冷凝排热，使各传热过程得到良好的匹配，从而降低由传热温差造成的系统损，提升系统效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：