CN216342359U - 一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，在利用超临界二氧化碳发电实现太阳能等新能源的热电转换之外，同时提高中低温地热能的品位，实现发电和供热的综合应用，并且可以根据实际需要，灵活调整电和热之间的匹配，实现太阳能、核能及地热能等新能源的充分综合利用；另外，吸收式热泵的相变换热特性同时能够更好的控制超临界二氧化碳在压缩机入口的温度，提高超临界二氧化碳发电系统的稳定性。

Description

一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置

技术领域

本实用新型属于热电领域，尤其是一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置。

背景技术

超临界二氧化碳发电是一种以超临界二氧化碳为循环工质的发电方式，相比传统的蒸汽发电机组，超临界二氧化碳发电具有热源匹配性好、灵活度高、效率优良等特性，适合用于中温热源，在太阳能、核能发电利用领域展现出广阔的应用前景。地热能是一种中低温热源，目前在北方得到了一定的供热应用，地热供暖作为一种清洁的供暖方式，在未来供热市场具有极强的竞争力。

超临界二氧化碳发电主要利用600～750℃的中温热源，以超临界二氧化碳作为循环工质，实现热电的转换过程。其中，透平出口处超临界二氧化碳温度往往在500℃之上，目前该部分热量通常通过回热器由低温二氧化碳回收利用。考虑到未来火电机组的供热能力受到进一步制约，需要探索新能源结构背景下的新型供热方式。地热能作为一种中低温供热热源，已得到了一定的研究和应用。

目前在超临界二氧化碳发电及地热能供暖领域存在如下问题：1、超临界二氧化碳发电透平出口温度一般在500℃左右，具有较高的余热利用潜力，目前，该部分热量多通过回热器回收利用，热量利用存在一定的制约。2、地热能供暖方面，直接利用地热水温度品位较低，一般在40～70℃，供暖能力有限。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，包括吸热器、二氧化碳透平、高温二氧化碳回热器、冷凝器、蒸发器、低温二氧化碳回热器、二氧化碳冷却器、地热井和溶液循环单元；

所述吸热器中的高温高压二氧化碳吸热后进入二氧化碳透平做功，做功后进入高温二氧化碳回热器中换热，换热后一部分进入低温二氧化碳回热器中继续换热，另一部分进入溶液循环单元；低温二氧化碳回热器中换热后的二氧化碳进入二氧化碳冷却器，与热网回水换热后回到低温二氧化碳回热器；在溶液循环单元进行换热的二氧化碳换热后由二氧化碳冷却器返回低温二氧化碳回热器；

所述溶液循环单元中的溴化锂浓溶液中的水吸热后蒸发为水蒸气进入冷凝器中换热，换热后自身冷凝为液态水进入蒸发器中继续换热，换热后再次蒸发为水蒸气进入溶液循环单元，地热水进入蒸发器中放热后回灌入地热井；

热网回水进入二氧化碳冷却器中换热后进入溶液循环单元继续换热，换热后进入冷凝器中再次换热后作为热网供水排出。

进一步的，所述溶液循环单元包括发生器、吸收器和溶液换热器，所述发生器中的溴化锂浓溶液换热后进入溶液换热器中继续换热，换热后进入吸收器再次换热，换热后进入溶液换热器中继续换热后回到发生器。

进一步的，所述低温二氧化碳回热器与二氧化碳冷却器之间设置有二氧化碳压缩机。

进一步的，所述高温二氧化碳回热器与发生器之间设置有二氧化碳回热调节阀。

进一步的，所述冷凝器与蒸发器之间设置有溶剂节流阀。

进一步的，所述溶液换热器与吸收器之间设置有溶液膨胀阀。

进一步的，所述吸收器和溶液换热器之间设置有溶液泵。

进一步的，所述二氧化碳冷却器与热网回水系统相连。

进一步的，所述冷凝器与热网供水系统相连。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，利用二氧化碳回热过程中的高温热提升了地热水的低温热，实现了地热水能量利用品位的提升。热网回水先后吸收二氧化碳余热、吸收器热量、冷凝器热量，实现了太阳能、核能和地热能等新能源的发电供热综合利用。实现了未来能源结构中多种新能源的联合调度，提高了新能源利用的灵活性。本方案实现了高品位太阳能、核能及低品位地热能的发电供热综合利用及联合调度，使得高温热量和低温热量的利用更加的全面高效，避免了二氧化碳发电自身的余热浪费问题，同时解决了地热能温度品位低的问题。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置图；

其中：1-二氧化碳回热调节阀，2-吸热器，3-二氧化碳透平，4-高温二氧化碳回热器，5-二氧化碳压缩机，6-发生器，7-冷凝器，8-蒸发器，9-吸收器，10-溶液换热器，11-溶液膨胀阀，12-溶液泵，13-溶剂节流阀，14-低温二氧化碳回热器，15-二氧化碳冷却器，16-地热井。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，本实用新型提供一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，包括二氧化碳回热调节阀1、吸热器2、二氧化碳透平3、高温二氧化碳回热器4、二氧化碳压缩机5、发生器6、冷凝器7、蒸发器8、吸收器9、溶液换热器10、溶液膨胀阀11、溶液泵12、溶剂节流阀低温13、二氧化碳回热器14、二氧化碳冷却器15和地热井16。

所述高温二氧化碳回热器4的低温侧出口连接吸热器2的入口，所述吸热器2的出口连接二氧化碳透平3的入口，所述二氧化碳透平3的出口连接高温二氧化碳回热器4的高温测入口，所述高温二氧化碳回热器4的高温侧出口连接低温二氧化碳回热器14的高温侧入口，所述低温二氧化碳回热器14的高温侧出口连接二氧化碳冷却器15的第一高温侧入口，所述二氧化碳冷却器15的高温侧出口连接二氧化碳压缩机5的入口，所述二氧化碳压缩机5的出口连接低温二氧化碳回热器14的低温侧入口，所述低温二氧化碳回热器14的低温侧出口连接高温二氧化碳回热器4的低温侧入口；

所述高温二氧化碳回热器4的高温侧出口通过二氧化碳调节阀1连接发生器6的高温侧入口，所述发生器6的第一高温侧出口连接冷凝器7的高温侧入口，所述冷凝器7的高温侧出口通过溶剂节流阀13连接蒸发器8的低温侧入口，所述蒸发器8的低温侧出口连接吸收器9的第一低温侧入口，所述吸收器9的高温侧出口通过溶液泵12连接溶液换热器10的低温侧入口，所述溶液换热器10的低温侧出口连接发生器6的低温侧入口，所述发生器6的低温侧出口连接溶液换热器10的高温侧入口，所述溶液换热器10的高温侧出口通过溶液膨胀阀11连接吸收器9的高温侧入口，所述发生器6的第二高温侧出口连接二氧化碳冷却器15的第二高温侧入口，所述二氧化碳冷却器15的低温侧出口连接吸收器9的第二低温侧入口，所述蒸发器8的高温侧出口连接地热井16的入口，所述地热井16的出口连接蒸发器8的高温侧入口，所述吸收器9的低温侧出口连接冷凝器7的低温侧入口，所述二氧化碳冷却器15的低温侧入口与热网回水系统相连，所述冷凝器7的低温侧出口与热网供水系统相连。

本实用新型的发电功能主要通过二氧化碳发电系统实现。二氧化碳发电系统回路中，由高温二氧化碳回热器4而来的高温高压二氧化碳在吸热器2内吸收来自于太阳能、核能等新能源的热量，然后进入二氧化碳透平3进行做功，完成热到电的转换过程。完成做功后的二氧化碳仍具有400℃以上的高温热量。高温的二氧化碳首先进入高温二氧化碳回热器4将一部分热量释放给从低温二氧化碳回热器14来的低温二氧化碳。放热后的二氧化碳在高温二氧化碳回热器4的出口分为两路，一路进入吸收式热泵中的发生器6，目的是将回热过程中的部分较高温度的二氧化碳引入到吸收式热泵中的发生器6中，该部分二氧化碳温度为150℃以上，连接回路上设置有二氧化碳回热调节阀1，主要用于控制高温二氧化碳回热器4出口的二氧化碳支路流量，调整用于发电和供热的能量分配；另一路进入低温二氧化碳回热器14，同从二氧化碳压缩机5来的低温二氧化碳换热，低温二氧化碳回热器14的高温侧出口进入二氧化碳冷却器15，被热网回水冷却到35℃以下，而后进入二氧化碳压缩机5中被压缩，开始新的循环。

本实用新型的供热功能主要通过吸收式热泵回收利用高温二氧化碳热量和低温地热水热量实现。在发生器6中，发生器的驱动热源为来自于高温二氧化碳回热器4中的温度较高的二氧化碳，溴化锂稀溶液吸收二氧化碳内的热量，稀溶液中的水吸热蒸发，发生器6内的原有溶液浓度升高，蒸发出的水蒸气进入冷凝器7中，二氧化碳温度从150℃以上降低到110℃以下，降低温度后的二氧化碳同低温二氧化碳回热器14高温侧出口的温度较低的二氧化碳共同进入二氧化碳冷却器15。冷凝器7中的水蒸气同热网供水换热，自身冷凝为液态水，经过溶剂节流阀13降压后进入蒸发器8中，在蒸发器8中，吸收来自于地热井16内的地热水热量而被再次蒸发，水蒸气由蒸发器8进入到吸收器9中，地热水在蒸发器8内进行放热，而后被回灌入地热井16。发生器6内的溴化锂浓溶液温度得到升高，而后首先进入溶液换热器10，同来自于吸收器9的溴化锂稀溶液进行换热，换热后的溴化锂浓溶液经过溶液膨胀阀11节流降压后，进入吸收器9吸收来自于蒸发器8的水蒸气，释放热量，而后经过溶液泵12增压进入到溶液换热器，回收溴化锂浓溶液的热量后，进入发生器6，完成溶液的循环。20℃左右的热网回水首先进入二氧化碳冷却器15中，吸收二氧化碳的余热，而后进入吸收器9中，吸收溶液吸收过程中的热量；最后进入冷凝器7中，吸收水蒸气冷凝的热量，冷凝器7中热网回水出口温度达到供热水要求，从而实现本实用新型装置的供热功能。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，其特征在于，包括吸热器（2）、二氧化碳透平（3）、高温二氧化碳回热器（4）、冷凝器（7）、蒸发器（8）、低温二氧化碳回热器（14）、二氧化碳冷却器（15）、地热井（16）和溶液循环单元；

所述吸热器（2）中的高温高压二氧化碳吸热后进入二氧化碳透平（3）做功，做功后进入高温二氧化碳回热器（4）中换热，换热后一部分进入低温二氧化碳回热器（14）中继续换热，另一部分进入溶液循环单元；低温二氧化碳回热器（14）中换热后的二氧化碳进入二氧化碳冷却器（15），与热网回水换热后回到低温二氧化碳回热器（14）；在溶液循环单元进行换热的二氧化碳换热后由二氧化碳冷却器（15）返回低温二氧化碳回热器（14）；

所述溶液循环单元中的溴化锂浓溶液中的水吸热后蒸发为水蒸气进入冷凝器（7）中换热，换热后自身冷凝为液态水进入蒸发器（8）中继续换热，换热后再次蒸发为水蒸气进入溶液循环单元，地热水进入蒸发器（8）中放热后回灌入地热井（16）；

热网回水进入二氧化碳冷却器（15）中换热后进入溶液循环单元继续换热，换热后进入冷凝器（7）中再次换热后作为热网供水排出。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，其特征在于，所述溶液循环单元包括发生器（6）、吸收器（9）和溶液换热器（10），所述发生器（6）中的溴化锂浓溶液换热后进入溶液换热器（10）中继续换热，换热后进入吸收器（9）再次换热，换热后进入溶液换热器（10）中继续换热后回到发生器（6）。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，其特征在于，所述低温二氧化碳回热器（14）与二氧化碳冷却器（15）之间设置有二氧化碳压缩机（5）。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，其特征在于，所述高温二氧化碳回热器（4）与发生器（6）之间设置有二氧化碳回热调节阀（1）。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，其特征在于，所述冷凝器（7）与蒸发器（8）之间设置有溶剂节流阀（13）。

6.根据权利要求2所述的一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，其特征在于，所述溶液换热器（10）与吸收器（9）之间设置有溶液膨胀阀（11）。

7.根据权利要求2所述的一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，其特征在于，所述吸收器（9）和溶液换热器（10）之间设置有溶液泵（12）。

8.根据权利要求1所述的一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，其特征在于，所述二氧化碳冷却器（15）与热网回水系统相连。

9.根据权利要求1所述的一种二氧化碳发电和地热能耦合的热电联供装置，其特征在于，所述冷凝器（7）与热网供水系统相连。

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