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一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统

阅读：1040发布：2020-05-23

专利汇可以提供一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，包括聚光型太阳能集热循环、超临界CO2再压缩布雷顿循环、LNG双级朗肯循环和天然气直接膨胀系统；其中聚光型太阳能集热循环，使高温熔融盐从太阳能吸热器中吸收热量，并将热量传递给超临界CO2发电系统；通过将LNG引入超临界CO2再压缩布雷顿循环中，LNG分别参与两级朗肯循环冷却有机工质A及有机工质B，再对CO2进行预冷，最后膨胀发电；本发明白天主要依靠超临界CO2发电，并储存其排出的废热，夜晚再提供给有机朗肯循环发电，在解决太阳能时间分布不均的同时避免了高温蓄热的困难，使系统能达到持续发电的状态，实现清洁能源的利用，具有结构合理紧凑、控制灵活、安全高效及节能环保的优点。，下面是一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，包括聚光型太阳能集热循环、超临界CO2再压缩布雷顿循环、LNG双级朗肯联合循环和天然气直接膨胀过程；其特征在于：
所述的聚光型太阳能集热循环包括定日镜(25)，所述定日镜(25)将太阳光反射到吸热器(24)的窗口，吸热器(24)与加热器(22)的工质出口侧相连通，加热器22的冷流出口侧与泵(21)的进口侧相连通，泵(21)的出口侧与第三换热器(19)的热流进口侧相连通，第三换热器(19)的热流出口侧与第二换热器(12)的热流进口侧相连通；
所述的超临界CO2再压缩布雷顿循环包括主压缩机(14)，主压缩机(14)的出口侧与低温回热器(15)的冷流进口侧相连通，低温回热器(15)的冷流出口侧与再压缩机(18)的出口侧通过混合器(16)连入高温回热器(17)的冷流进口侧，高温回热器(17)的冷流出口侧与第三换热器(19)的冷流进口侧相连通，第三换热器(19)的冷流出口侧与超临界CO2透平膨胀机(20)的进口侧相连通，超临界CO2透平膨胀机(20)的出口侧与高温回热器(17)的热流进口侧相连通，高温回热器(17)的热流出口侧与低温回热器(15)的热流进口侧相连通，低温回热器(15)的热流出口侧与三通器(23)进口侧相连通，三通器(23)的出口侧分为两部分，一部分连入再压缩机(18)的进口侧，另外一部分连入第一预冷器(5)的热流进口侧，第一预冷器(5)的热流出口侧与第二预冷器(11)的热流进口侧相连通，第二预冷器(11)的热流出口侧与主压缩机(14)的进口侧相连通；
所述的LNG双级朗肯循环包括第一级有机朗肯循环和第二级有机朗肯循环；所述第一级有机朗肯循环包括LNG储罐(1)，所述LNG储罐(1)与LNG泵(2)的进口连接，LNG泵(2)的出口接入第一冷凝器(3)的冷流进口侧，第一冷凝器(3)的热流出口侧与第一有机工质泵(4)的进口相连通，第一有机工质泵(4)的出口接入第一预冷器(5)的冷流进口侧，第一预冷器(5)的冷流出口侧与第一有机朗肯透平膨胀机(6)进口侧相连通，第一有机朗肯透平膨胀机(6)的出口侧与第一换热器(7)的热流进口侧相连通，第一换热器7的热流出口侧与第一冷凝器(3)的热流进口侧相连通；所述第二级有机朗肯循环包括第一冷凝器(3)，第一冷凝器3的冷流出口侧与第二冷凝器(9)的冷流进口侧相连通，第二冷凝器(9)的热流出口侧与第二有机工质泵(10)的进口侧相连通，第二有机工质泵(10)的出口侧与第一换热器(7)的冷流进口侧相连通，第一换热器(7)的冷流出口侧与第二有机朗肯透平膨胀机(8)的进口侧相连通，第二有机朗肯透平膨胀机(8)的出口侧与第二冷凝器(9)的热流进口侧相连通；
所述的天然气直接膨胀过程，包括LNG储罐(1)，LNG储罐(1)与LNG泵(2)的进口连接，LNG泵2的出口接入第一冷凝器(3)的冷流进口侧，第一冷凝器(3)的冷流出口侧与第二冷凝器(9)的冷流进口侧相连通，第二冷凝器(9)的冷流出口侧与第二预冷器(11)的冷流进口侧相连通，第二预冷器(11)的冷流出口侧与第二换热器(12)的冷流进口侧相连通，第二换热器(12)的冷流出口侧与透平膨胀机(13)的进口侧相连通。
2.根据权利要求1所述的一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，其特征在于：所述超临界CO2再压缩布雷顿循环中循环介质为S-CO2。
3.根据权利要求1所述的一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，其特征在于：所述的LNG双级朗肯循环中冷源介质为LNG。
4.根据权利要求1所述的一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，其特征在于：所述有机工质为常用的有机工质中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，其特征在于：所述常用的有机工质包括但不限于R245fa五氟丙烷、R365mfc五氟丁烷、n-Nonane正壬烷、n-Octane正辛烷或n-Pentane正戊烷。
6.根据权利要求1所述的一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，其特征在于：所述第一级有机朗肯循环中的有机工质不同于所述第二级有机朗肯循环中的有机工质。
7.根据权利要求1所述的一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，其特征在于：所述透平膨胀机(13)出口侧直接连至用户或企业。

说明书全文

一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种发电系统，具体涉及一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统。

背景技术

[0002] 目前利用太阳能的发电方式主要有光电和光热两种。其中光热发电是利用光学系统聚集太阳辐射能加热工质产生高温蒸汽，从而驱动汽轮机发电。与光伏发电相比，光热发电具有经济、环保、安全等优点，是目前最具发展前景的太阳能规模利用方式。超临界CO2布雷顿循环具有系统简单、结构紧凑、热效率高、安全环保等优点，在太阳能热发电领域具有良好的应用前景。但该技术受到太阳能随时间分布的不均匀性制约。

[0003] LNG(liquefied natural gas，液化天然气)需要气化至常温后供给用户使用。LNG在气化时会放出大约830kWh/kg的冷能，如果能够对这部分冷能加以利用，会产生巨大的经济效益。以低沸点烃类及其混合物为工质的有机朗肯循环在利用低品位热能方面具有众多优势。将LNG作为有机朗肯循环的冷源能够进一步提高其发电效率，但该技术对LNG冷能的利用率不高。天然气直接膨胀发电技术具有工艺简单、成本低等优点，但仅能利用LNG的压力能，同样存在冷能利用率低的缺点。

发明内容

[0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，该系统将超临界CO2循环、有机朗肯循环和天然气直接膨胀发电技术应用到太阳能光热发电和LNG冷能利用领域，能够实现太阳能和LNG冷能的高效互补利用，解决太阳能随时间分布不均的问题，避免LNG冷能的损失，有效提高联合发电系统的热效率和发电效率；具有结构合理紧凑、控制灵活、安全高效和节能环保的优点。

[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，包括聚光型太阳能集热循环、超临界CO2再压缩布雷顿循环、LNG双级朗肯联合循环和天然气直接膨胀过程；

[0007] 所述的聚光型太阳能集热循环包括定日镜25，所述定日镜25将太阳光反射到吸热器24的窗口，吸热器24与加热器22的工质出口侧相连通，加热器22的冷流出口侧与泵21的进口侧相连通，泵21的出口侧与第三换热器19的热流进口侧相连通，第三换热器19的热流出口侧与第二换热器12的热流进口侧相连通；

[0008] 所述的超临界CO2再压缩布雷顿循环包括主压缩机14，主压缩机14的出口侧与低温回热器15的冷流进口侧相连通，低温回热器15的冷流出口侧与再压缩机18的出口侧通过混合器16连入高温回热器17的冷流进口侧，高温回热器17的冷流出口侧与第三换热器19的冷流进口侧相连通，第三换热器19的冷流出口侧与超临界CO2透平膨胀机20的进口侧相连通，超临界CO2透平膨胀机20的出口侧与高温回热器17的热流进口侧相连通，高温回热器17的热流出口侧与低温回热器15的热流进口侧相连通，低温回热器15的热流出口侧与三通器23进口侧相连通，三通器23的出口侧分为两部分，一部分连入再压缩机18的进口侧，另外一部分连入第一预冷器5的热流进口侧，第一预冷器5的热流出口侧与第二预冷器11的热流进口侧相连通，第二预冷器11的热流出口侧与主压缩机14的进口侧相连通；

[0009] 所述的LNG双级朗肯循环包括第一级有机朗肯循环和第二级有机朗肯循环；所述第一级有机朗肯循环包括LNG储罐1，所述LNG储罐1与LNG泵2进口连接，LNG泵2的出口接入第一冷凝器3的冷流进口侧，第一冷凝器3的热流出口侧与第一有机工质泵4的进口相连通，第一有机工质泵4的出口接入第一预冷器5的冷流进口侧，第一预冷器5的冷流出口侧与第一有机朗肯透平膨胀机6进口侧相连通，第一有机朗肯透平膨胀机6的出口侧与第一换热器7的热流进口侧相连通，第一换热器7的热流出口侧与第一冷凝器3的热流进口侧相连通；所述第二级有机朗肯循环包括第一冷凝器3，第一冷凝器3的冷流出口侧与第二冷凝器9的冷流进口侧相连通，第二冷凝器9的热流出口侧与第二有机工质泵10的进口侧相连通，第二有机工质泵10的出口侧与第一换热器7的冷流进口侧相连通，第一换热器7的冷流出口侧与第二有机朗肯透平膨胀机8的进口侧相连通，第二有机朗肯透平膨胀机8的出口侧与第二冷凝器9的热流进口侧相连通；

[0010] 所述的天然气直接膨胀过程，包括LNG储罐1，LNG储罐1与LNG泵2的进口连接，LNG泵2的出口接入第一冷凝器3的冷流进口侧，第一冷凝器3的冷流出口侧与第二冷凝器9的冷流进口侧相连通，第二冷凝器9的冷流出口侧与第二预冷器11的冷流进口侧相连通，第二预冷器11的冷流出口侧与第二换热器12的冷流进口侧相连通，第二换热器12的冷流出口侧与透平膨胀机13的进口侧相连通。

[0011] 所述S-CO2再压缩布雷顿循环中循环介质为S-CO2。

[0012] 所述的LNG双级朗肯循环中冷源介质为LNG。

[0013] 所述有机工质为常用的有机工质中的一种。

[0014] 所述常用的有机工质包括但不限于R245fa五氟丙烷、R365mfc五氟丁烷、n-Nonane正壬烷、n-Octane正辛烷或n-Pentane正戊烷。

[0015] 所述第一级有机朗肯循环中的有机工质不同于所述第二级有机朗肯循环中的有机工质。

[0016] 所述透平膨胀机13出口侧直接连至用户或企业。

[0017] 本发明通过设置聚光型太阳能集热循环，使高温熔融盐从太阳能吸热器24中吸收热量，并将热量传递给超临界CO2再压缩布雷顿循环通过超临界CO2透平膨胀机20做功发电；通过将LNG引入超临界CO2再压缩布雷顿循环中，LNG分别参与两级朗肯循环冷却有机工质A及有机工质B，再对CO2进行预冷，最后在第一有机朗肯透平膨胀机6及第二有机朗肯透平膨胀机8膨胀发电；本发明白天主要依靠超临界CO2布雷顿循环发电，并储存其排出的废热，夜晚再提供给LNG有机朗肯循环，LNG作为冷源用于有机朗肯循环发电后，通过天然气透平直接膨胀对外做功；在解决太阳能时间分布不均的同时避免了高温蓄热的困难，使系统能达到持续发电的状态，实现了太阳能和LNG冷能的高效互补利用；具有结构合理紧凑、控制灵活、安全高效及节能环保的优点。
附图说明

[0018] 图1为本发明的结构示意图。

[0019] 图中：1、LNG储罐；2、LNG泵；3、第一冷凝器；4、第一有机工质泵；5、第一预冷器；6、第一有机朗肯透平膨胀机；7、第一换热器；8、第二有机朗肯透平膨胀机；9、第二冷凝器；10、第二有机工质泵；11、第二预冷器；12、第二换热器；13、透平膨胀机；14、主压缩机；15、低温回热器；16、混合器；17、高温回热器；18、再压缩机；19、第三换热器；20、超临界CO2透平膨胀机；21、泵；22、加热器；23、三通器；24、吸热器；25、定日镜。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明的结构原理与工作原理做进一步的描述。

[0021] 参见图1，一种超临界CO2再压缩布雷顿和LNG联合循环发电系统，包括聚光型太阳能集热循环、超临界CO2再压缩布雷顿循环、LNG双级朗肯联合循环和天然气直接膨胀过程。

[0022] 所述的聚光型太阳能集热循环包括定日镜25，所述定日镜25将太阳光反射到吸热器24的窗口，吸热器24与加热器22的工质出口侧相连通，加热器22的冷流出口侧与泵21的进口侧相连通，泵21的出口侧与第三换热器19的热流进口侧相连通，第三换热器19的热流出口侧与第二换热器12的热流进口侧相连通。

[0023] 所述的超临界CO2再压缩布雷顿循环包括主压缩机14，主压缩机14的出口侧与低温回热器15的冷流进口侧相连通，低温回热器15的冷流出口侧与再压缩机18的出口侧通过混合器16连入高温回热器17的冷流进口侧，高温回热器17的冷流出口侧与第三换热器19的冷流进口侧相连通，第三换热器19的冷流出口侧与超临界CO2透平膨胀机20的进口侧相连通，超临界CO2透平膨胀机20的出口侧与高温回热器17的热流进口侧相连通，高温回热器17的热流出口侧与低温回热器15的热流进口侧相连通，低温回热器15的热流出口侧与三通器23进口侧相连通，三通器23的出口侧分为两部分，一部分连入再压缩机18的进口侧，另外一部分连入第一预冷器5的热流进口侧，第一预冷器5的热流出口侧与第二预冷器11的热流进口侧相连通，第二预冷器11的热流出口侧与主压缩机14的进口侧相连通。

[0024] 所述的LNG双级朗肯循环包括第一级有机朗肯循环和第二级有机朗肯循环；所述第一级有机朗肯循环包括LNG储罐1，所述LNG储罐1与LNG泵2的进口连接，LNG泵2的出口接入第一冷凝器3的冷流进口侧，第一冷凝器3的热流出口侧与第一有机工质泵4的进口相连通，第一有机工质泵4的出口接入第一预冷器5的冷流进口侧，第一预冷器5的冷流出口侧与第一有机朗肯透平膨胀机6进口侧相连通，第一有机朗肯透平膨胀机6的出口侧与第一换热器7的热流进口侧相连通，第一换热器7的热流出口侧与第一冷凝器3的热流进口侧相连通；所述第二级有机朗肯循环包括第一冷凝器3，第一冷凝器3的冷流出口侧与第二冷凝器9的冷流进口侧相连通，第二冷凝器9的热流出口侧与第二有机工质泵10的进口侧相连通，第二有机工质泵10的出口侧与第一换热器7的冷流进口侧相连通，第一换热器7的冷流出口侧与第二有机朗肯透平膨胀机8的进口侧相连通，第二有机朗肯透平膨胀机8的出口侧与第二冷凝器9的热流进口侧相连通。

[0025] 所述的天然气直接膨胀过程，包括LNG储罐1，LNG储罐1与LNG泵2的进口连接，LNG泵2的出口接入第一冷凝器3的冷流进口侧，第一冷凝器3的冷流出口侧与第二冷凝器9的冷流进口侧相连通，第二冷凝器9的冷流出口侧与第二预冷器11的冷流进口侧相连通，第二预冷器11的冷流出口侧与第二换热器12的冷流进口侧相连通，第二换热器12的冷流出口侧与透平膨胀机13的进口侧相连通。

[0026] 所述超临界CO2再压缩布雷顿循环中循环介质为S-CO2。

[0027] 所述的LNG双级朗肯循环中冷源介质为LNG。

[0028] 所述有机工质为常用的有机工质中的一种。

[0029] 所述常用的有机工质包括但不限于R245fa五氟丙烷、R365mfc五氟丁烷、n-Nonane正壬烷、n-Octane正辛烷或n-Pentane正戊烷。

[0030] 所述第一级有机朗肯循环中的有机工质不同于所述第二级有机朗肯循环中的有机工质。

[0031] 所述透平膨胀机13出口侧直接连至用户或企业。

[0032] 本发明工作原理为：聚光型太阳能集热循环中的定日镜25同步自动跟踪太阳光，准确地把太阳光反射到吸热器24的窗口，进入吸热器24腔体内的聚集光线具有很高的能量密度，用来加热流经吸热器24管道内的熔融盐工质，高压超临界CO2与高温熔融盐在第三换热器19换热，换热后的高温高压超临界CO2通过超临界CO2透平膨胀机20做功发电，做功后的CO2进入高温回热器17进行定压放热，加热低温侧CO2，然后进入低温回热器15定压放热；通过低温回热器15后，经过三通阀23一部分CO2分流直接进入再压缩机18绝热压缩，另一部分CO2进入第一预冷器5将废热传递给第一级朗肯循环系统，然后进入第二预冷器11与LNG换热，经过第二预冷器11预冷后的超临界CO2进入主压缩机14加压，高压超临界CO2一部分进入布雷顿循环中的低温回热器15进口一侧吸热，另外一部分进入再压缩机18加压，从低温回热器15流出的CO2与再压缩机18出口的两部分CO2混合进入高温回热器17定压吸热，后面再次与被加热的高温熔融盐换热，完成整个布雷顿循环；储罐1中的LNG经过LNG泵2增压，进入第一级朗肯循环系统中的第一冷凝器3冷却有机工质A，有机工质A经过有机工质泵4增压，增压后的有机工质A与第一预冷器5中的高温CO2换热，然后进入第一有机朗肯透平膨胀机6发电，发完电后的余热作为第二级朗肯循环系统的热源，加热经过第二有机工质泵10增压后的有机工质B，然后进入第二有机朗肯透平膨胀机8发电，完成朗肯循环；储罐1中LNG增压后，经第一冷凝器3及第二冷凝器9冷却两级朗肯循环中的有机工质，然后进入第二预冷器11对CO2进行预冷，预冷后的LNG与余热在第二换热器12换热，最后高温高压天然气在透平膨胀机13膨胀发电，完成天然气直接膨胀过程。

[0033] 显然，以上具体实施方式中实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

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