本實用新型屬于超臨界二氧化碳高效火力發(fā)電領域，涉及一種含太陽能預熱的煤基超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術：

發(fā)電機組效率的高低對國民經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境保護都有著重要影響，我國能源儲備的構成特點決定了燃煤發(fā)電機組仍然是未來幾十年內(nèi)我國電力行業(yè)的主力軍，因此，提高燃煤發(fā)電機組的效率在我國顯得尤為重要。目前，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)被普遍認為是極具潛力的新概念先進動力系統(tǒng)，這主要是由于超臨界二氧化碳具有能量密度大、傳熱效率高等特點，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)可以在620℃溫度范圍內(nèi)達到常規(guī)蒸汽朗肯循環(huán)700℃的效率，不需要再開發(fā)新型的高溫合金，且設備尺寸小于同參數(shù)的蒸汽機組，經(jīng)濟性非常好。超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)不僅可以用于光熱、核能，還可以很好的被利用在燃煤發(fā)電方向，在我國有著很好的發(fā)展前景。

目前，主流的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)是含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)。這種布置型式中，系統(tǒng)將進入預冷器前的工質(zhì)進行分流，一部分工質(zhì)經(jīng)過預冷器冷卻后進入主壓縮機壓縮，而另一部分則不向環(huán)境放熱，直接進入再壓縮機壓縮。通過分流再壓縮既減少了系統(tǒng)向環(huán)境的放熱量，又實現(xiàn)了低溫回熱器冷側(cè)和熱側(cè)工質(zhì)換熱能力的匹配，提高了低溫回熱器的換熱效力，從整體上顯著提高了系統(tǒng)的循環(huán)效率。

但是，在含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，高溫回熱器冷側(cè)和熱側(cè)工質(zhì)換熱能力的匹配問題仍然沒有解決。以主氣參數(shù)為600℃的系統(tǒng)為例，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，高溫回熱器冷側(cè)的高壓工質(zhì)吸熱能力要強于熱側(cè)低壓工質(zhì)的放熱能力，當平均換熱溫差為10℃左右時，冷側(cè)工質(zhì)換熱能力比熱側(cè)工質(zhì)換熱能力強10％左右。如果能夠采取措施，實現(xiàn)高溫回熱器冷側(cè)和熱側(cè)工質(zhì)換熱量的優(yōu)化匹配，提高高溫回熱器的換熱效力，則可以提高鍋爐入口溫度，降低鍋爐燃料消耗量，節(jié)省運行成本。

然而經(jīng)調(diào)研可知，目前國內(nèi)外公開成果和專利中，鮮有涉及解決含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高溫回熱器冷、熱側(cè)工質(zhì)換熱能力匹配問題的措施或方法。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種含太陽能預熱的煤基超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效的解決超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中高溫回熱器冷側(cè)工質(zhì)與熱側(cè)工質(zhì)換熱能力不匹配的問題，提高高溫回熱器的換熱能力。

為達到上述目的，本實用新型所述的含太陽能預熱的煤基超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)包括鍋爐、透平、主壓縮機、再壓縮機、發(fā)電機、預冷器、低溫回熱器、高溫回熱器及太陽能中溫預熱器；

透平的乏氣出口依次經(jīng)高溫回熱器的熱側(cè)及低溫回熱器的熱側(cè)后分為兩路，其中一路依次經(jīng)預冷器及主壓縮機與低溫回熱器的冷側(cè)入口相連通，另一路經(jīng)再壓縮機后分為兩路，其中一路與太陽能中溫預熱器的入口相連通，另一路與低溫回熱器的冷側(cè)出口通過管道并管后與高溫回熱器的冷側(cè)入口相連通，高溫回熱器的冷側(cè)出口與太陽能中溫預熱器的出口通過管道并管后與鍋爐的工質(zhì)入口相連通，鍋爐的工質(zhì)出口與透平的工質(zhì)入口相連通。

低溫回熱器的熱側(cè)出口通過分流器分為兩路。

再壓縮機的出口通過預熱分流器分為兩路。

當透平入口工質(zhì)的設計溫度小于500℃時，太陽能中溫預熱器為槽式結(jié)構、蝶式結(jié)構或塔式結(jié)構。

當透平入口工質(zhì)的設計溫度大于等于500℃且小于等于620℃時，太陽能中溫預熱器為塔式結(jié)構或蝶式結(jié)構。

進入到太陽能中溫預熱器中的工質(zhì)流量為進入到鍋爐中工質(zhì)流量的0％-10％。

本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型所述的含太陽能預熱的煤基超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)采用太陽能中溫預熱技術，在再壓縮機與鍋爐的工質(zhì)入口之間增加太陽能中溫預熱器，具體的，再壓縮機的出口分為兩路，其中一路與太陽能中溫預熱器相連通，另一路與低溫回熱器的冷側(cè)出口并管后與高溫回熱器的冷側(cè)入口相連通，高溫回熱器的冷側(cè)出口與太陽能中溫預熱器的出口通過管道并管后與鍋爐的入口相連通，太陽能中溫預熱器通過太陽能中溫預熱技術將一部分工質(zhì)加熱至高溫回熱器冷側(cè)出口的工質(zhì)溫度，然后再作為新工質(zhì)引入到鍋爐中，在實際操作時，可以根據(jù)太陽光強度調(diào)節(jié)進入到太陽能中溫預熱器中工質(zhì)的流量，從而有效的解決高溫回熱器冷側(cè)與熱側(cè)由于工質(zhì)物性差異帶來的換熱能力不匹配的問題，提高高溫回熱器的換熱效率，提高進入鍋爐內(nèi)工質(zhì)的溫度，節(jié)省鍋爐燃料。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構示意圖。

其中，1為預冷器、2為主壓縮機、3為再壓縮機、4為低溫回熱器、5為預熱分流器、6為高溫回熱器、7為太陽能中溫預熱器、8為鍋爐、9為透平、10為發(fā)電機、11為分流器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細描述：

參考圖1，本實用新型所述的含太陽能預熱的煤基超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)包括鍋爐8、透平9、主壓縮機2、再壓縮機3、發(fā)電機10、預冷器1、低溫回熱器4、高溫回熱器6及太陽能中溫預熱器7；透平9的乏氣出口依次經(jīng)高溫回熱器6的熱側(cè)及低溫回熱器4的熱側(cè)后分為兩路，其中一路依次經(jīng)預冷器1及主壓縮機2與低溫回熱器4的冷側(cè)入口相連通，另一路經(jīng)再壓縮機3后分為兩路，其中一路與太陽能中溫預熱器7的入口相連通，另一路與低溫回熱器4的冷側(cè)出口通過管道并管后與高溫回熱器6的冷側(cè)入口相連通，高溫回熱器6的冷側(cè)出口與太陽能中溫預熱器7的出口通過管道并管后與鍋爐8的工質(zhì)入口相連通，鍋爐8的工質(zhì)出口與透平9的工質(zhì)入口相連通。具體的，低溫回熱器4的熱側(cè)出口通過分流器11分為兩路；再壓縮機3的出口通過預熱分流器5分為兩路。

系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)流程為：透平9輸出的乏氣依次流經(jīng)高溫回熱器6的熱側(cè)和低溫回熱器4的熱側(cè)對各自的冷側(cè)工質(zhì)進行加熱，然后再經(jīng)分流器11分為兩路，其中另一路經(jīng)預冷器1放熱、主壓縮機2升壓后進入到低溫回熱器4的冷側(cè)中加熱，另一路經(jīng)再壓縮機3升壓及預熱分流器5分為兩路，一路工質(zhì)進入太陽能中溫預熱器7加熱，另一路工質(zhì)與低溫回熱器4冷側(cè)輸出的工質(zhì)匯流后進入到高溫回熱器6的冷側(cè)中加熱，太陽能中溫預熱器7輸出的工質(zhì)和高溫回熱器6冷側(cè)輸出的工質(zhì)匯合后作為新工質(zhì)進入鍋爐8中，工質(zhì)在鍋爐8內(nèi)加熱至設計參數(shù)，隨后進入透平9中做功，透平9帶動發(fā)電機10實現(xiàn)發(fā)電，工質(zhì)在透平9中膨脹做功后變成乏氣，從而使工質(zhì)在整個系統(tǒng)內(nèi)形成閉式循環(huán)。

太陽能中溫預熱器7布置在再壓縮機3的出口與鍋爐8入口之間的位置，太陽能中溫預熱器7的通道與高溫回熱器6的冷側(cè)通道互為并聯(lián)。預熱分流器5中的分流比隨光照強度進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為太陽能中溫預熱器7內(nèi)工質(zhì)流量占循環(huán)系統(tǒng)總工質(zhì)流量的0％-10％，調(diào)節(jié)原則是保證太陽能中溫預熱器7的工質(zhì)溫升與高溫回熱器6的工質(zhì)溫升基本一致。以25MPa、600℃的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)為例，經(jīng)計算可知：當光照強度較好的時候，太陽能中溫預熱器7內(nèi)工質(zhì)分流量為系統(tǒng)總工質(zhì)流量10％時，可以完全消除高溫回熱器6冷側(cè)和熱側(cè)工質(zhì)換熱能力不匹配的問題，可提高循環(huán)效率1％-2％；當光照條件較差的時間，太陽能中溫預熱器7內(nèi)工質(zhì)分流量為系統(tǒng)總流量0％，此時發(fā)電系統(tǒng)相當于標準的含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。

另外，太陽能中溫預熱器7的型式可根據(jù)整個循環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)來選取，當透平9入口的設計溫度低于500℃時，再壓縮機3出口的溫度約為100-150℃，鍋爐8入口的溫度為350-450℃，太陽能中溫預熱器7可選用槽式結(jié)構、碟式結(jié)構或塔式結(jié)構；當透平9入口的設計溫度為500-620℃時，再壓縮機3出口的溫度為150-200℃，鍋爐8入口的溫度為450-550℃，太陽能中溫預熱器7優(yōu)先選用塔式結(jié)構或碟式結(jié)構。