一种基于CO2的发电、制冷及热蒸汽供应系统及其使用方法与流程

本发明涉及动力工程及工程热物理，具体为一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统及其使用方法。

背景技术：

1、目前，co2作为自然工质已广泛应用于发电、制冷及供热。在发电领域，co2系统具有发电效率高、体积小的优点，被视为未来可替代蒸汽朗肯循环的发电技术。然而，在现有的火力发电厂中，常采用在汽轮机中直接抽汽的方式实现高温高压蒸汽的供应，这在co2发电系统中难以直接实现。此外，基于co2的制冷系统已得到工程验证，学界及工业界提出了多种co2制冷系统。

2、对比文件cn110486968b公开了一种基于co2工质的冷电联供系统，其保护的权项为“包括有超临界co2布雷顿循环发电系统、跨临界co2循环制冷系统。本发明中超临界布雷顿循环与跨临界制冷循环的co2在低温回热器的高温端入口混合，与高压低温的co2换热，并在co2冷却器中冷却至近临界区域，分成两部分，一部分co2进入超临界布雷顿循环系统的压缩机升压，通过在回热器及加热器中吸收热量成高温高压的co2，并在膨胀机中做功发电；另一部分co2流入跨临界制冷循环系统的冷却器继续冷却至临界温度以下的液态，通过膨胀阀的降温降压，在蒸发器中蒸发制冷。本发明通过低温回热器及co2冷却器将超临界co2循环与跨临界co2循环耦合，实现了发电系统及制冷系统的热量回收及冷却排热。”

3、但在现有的火力发电系统中，蒸汽均来自汽轮机的抽汽，而在co2发电系统中如何产生蒸汽还未解决；co2发电与制冷耦合的系统中仍需要制冷压缩机升压，耗功较大，如何利用发电系统的高压驱动co2制冷循环仍待解决；co2热力系统难免掺入n2、o2等不凝性杂质气体，有必要设置除杂装置，从而提高co2纯度。

4、因此，现亟需一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统及其使用方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于通过喷射器将co2发电循环与制冷循环深度耦合，利用高温co2制取蒸汽实现热量供应，并为制冷循环提供动力，不仅提高了系统能源的综合利用率，还能极大降低运行成本，特此提供一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统及其使用方法，以解决背景技术中提出的问题。

2、本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统，包括装有co2的锅炉，所述锅炉出口与透平进口相连；所述透平出口与回热器热流体侧端进口连接，所述回热器热流体侧出口与蒸汽发生器热流体侧进口连接，所述蒸汽发生器热流体侧出口与冷却器进口连接，所述冷却器出口分为接口一和接口二，所述接口一与喷射器高压侧连接；所述接口二与气液分离器进口连接，所述气液分离器出口与co2储液罐进口连接，所述co2储液罐出口与蒸发器进口连接，所述蒸发器出口与喷射器低压侧连接，所述喷射器出口与压缩机进口连接，所述压缩机出口与回热器冷流体侧进口连接，所述回热器冷流体侧出口与锅炉进口连接。

3、优选地，所述蒸汽发生器冷流体侧进口与供热软化水源相连，所述蒸汽发生器冷流体侧出口经过阀门与蒸汽用户连接。

4、优选地，所述蒸发器冷却介质侧进口与水源连接，所述蒸发器冷却介质侧出口为冷冻出水口。

5、优选地，所述气液分离器一侧设有用于释放不凝性杂质气体的排气阀门。

6、优选地，所述锅炉的co2出口温度范围为500℃~650℃。

7、优选地，所述接口一与喷射器高压侧之间设有分流阀，所述接口二与气液分离器之间设有节流阀。

8、优选地，所述锅炉出口与透平进口之间管道上设有第一阀门，所述透平出口与回热器热流体侧端进口之间管道上设有第二阀门连接，所述回热器热流体侧出口与蒸汽发生器热流体侧进口之间管道上设有第三阀门，所述蒸汽发生器热流体侧出口与冷却器进口之间管道上设有第四阀门，所述压缩机出口与回热器冷流体侧进口之间管道上设有第五阀门，所述回热器冷流体侧出口与锅炉进口之间设有第六阀门，所述气液分离器出口与co2储液罐进口之间管道上设有第七阀门，所述co2储液罐出口与蒸发器进口之间管道上设有第八阀门。

9、优选地，所述蒸发器出口与喷射器低压侧之间管道上设有第一气阀门，所述喷射器出口与压缩机进口之间管道上设有第二气阀门连接。

10、另外，本发明还公开了一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统的使用方法，它包括以下流程：

11、s1：co2在锅炉加热升温后，经第一阀门进入透平，高温co2驱动透平做功发电；

12、s2：透平出口co2经第二阀门进入回热器，高温co2在回热器热流体侧向冷流体侧co2放热；

13、s3：经第三阀门，回热器热流体出口co2进入蒸汽发生器中向供热软化水放热；

14、s4：经第四阀门，co2进入冷却器，冷却后，输出形成两股co2；

15、s5：一股co2作为高压流体从接口一通过分流阀进入喷射器高压入口，另一股co2从接口二经节流阀后在气液分离器中降压降温形成气液两相，不凝性气体可在气液分离器中通过排气阀门排出，co2则通过第七阀门流入co2储液罐；

16、s6：经第八阀门，co2储液罐出口的液态co2进入蒸发器后，在蒸发器中吸热后蒸发成气体，同时产生冷量；

17、s7：经第一气阀门，蒸发后的co2流入喷射器低压入口，被高压co2引射增压，从而混合形成中压co2；

18、s8：中压co2经压缩机升压后进入回热器冷流体侧与热流体侧co2换热；

19、s9：经第六阀门，co2从回热器冷流体侧出口回流入锅炉，完成整个发电循环。

20、更进一步的，所述s3中，软化水在蒸汽发生器中吸热产生蒸汽，产生的蒸汽流向蒸汽用户，所述s6中蒸发器中产生的冷冻水则用于冷量供应。

21、本发明有如下有益效果：

22、1.本发明利用co2发电循环的余热产生了热蒸汽，并基于节流阀及采用喷射器完成了co2制冷，利用透平后co2的压力引射制冷co2，不但实现了多种能量产品的供应，还提高了系统能量利用效率；

23、2.本发明在co2制冷系统中巧妙的引入气液分离器，以除去系统的不凝性气体，可极大提高co2的纯度。

技术特征：

1.一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统，包括装有co2的锅炉(1)，其特征在于：所述锅炉(1)出口与透平(3)进口相连；所述透平(3)出口与回热器(5)热流体侧端进口连接，所述回热器(5)热流体侧出口与蒸汽发生器(7)热流体侧进口连接，所述蒸汽发生器(7)热流体侧出口与冷却器(9)进口连接，所述冷却器(9)出口分为接口一（9.1）和接口二（9.2），所述接口一（9.1）与喷射器(11)高压侧连接；所述接口二（9.2）与气液分离器(17)进口连接，所述气液分离器(17)出口与co2储液罐(19)进口连接，所述co2储液罐(19)出口与蒸发器(21)进口连接，所述蒸发器(21)出口与喷射器(11)低压侧连接，所述喷射器(11)出口与压缩机(13)进口连接，所述压缩机(13)出口与回热器(5)冷流体侧进口连接，所述回热器(5)冷流体侧出口与锅炉(1)进口连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统，其特征在于：所述蒸汽发生器(7)冷流体侧进口与供热软化水源相连，所述蒸汽发生器(7)冷流体侧出口经过阀门(24)与蒸汽用户(25)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统，其特征在于：所述蒸发器(21)冷却介质侧进口与水源连接，所述蒸发器(21)冷却介质侧出口为冷冻出水口。

4.根据权利要求1所述的一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统，其特征在于：所述气液分离器(17)一侧设有用于释放不凝性杂质气体的排气阀门（23）。

5.根据权利要求1所述的一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统，其特征在于：所述锅炉(1)的co2出口温度范围为500℃~650℃。

6.根据权利要求1所述的一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统，其特征在于：所述接口一（9.1）与喷射器(11)高压侧之间设有分流阀（10），所述接口二（9.2）与气液分离器(17)之间设有节流阀（16）。

7.根据权利要求1所述的一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统，其特征在于：所述锅炉(1)出口与透平(3)进口之间管道上设有第一阀门（2），所述透平(3)出口与回热器(5)热流体侧端进口之间管道上设有第二阀门（4）连接，所述回热器(5)热流体侧出口与蒸汽发生器(7)热流体侧进口之间管道上设有第三阀门（6），所述蒸汽发生器(7)热流体侧出口与冷却器(9)进口之间管道上设有第四阀门（8），所述压缩机(13)出口与回热器(5)冷流体侧进口之间管道上设有第五阀门（14），所述回热器(5)冷流体侧出口与锅炉(1)进口之间设有第六阀门（15），所述气液分离器(17)出口与co2储液罐(19)进口之间管道上设有第七阀门(18)，所述co2储液罐(19)出口与蒸发器(21)进口之间管道上设有第八阀门（20）。

8.根据权利要求1所述的一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统，其特征在于：所述蒸发器(21)出口与喷射器(11)低压侧之间管道上设有第一气阀门（22），所述喷射器(11)出口与压缩机(13)进口之间管道上设有第二气阀门（12）连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统的使用方法，其特征在于：它包括以下流程：

10.根据权利要求9所述的一种基于co2的发电、制冷及热蒸汽供应系统的使用方法，其特征在于：所述s3中，软化水在蒸汽发生器(7)中吸热产生蒸汽，产生的蒸汽流向蒸汽用户，所述s6中蒸发器(21)中产生的冷冻水则用于冷量供应。

技术总结
本发明提供一种基于CO<subgt;2</subgt;的发电、制冷及热蒸汽供应系统，通过回收透平后高温CO<subgt;2</subgt;的余热产生蒸汽，并利用喷射器实现制冷压缩机的功能，同时在制冷系统中引入分离器分离不凝性杂质气体，从而提高CO<subgt;2</subgt;纯度；在蒸汽发生器中产生的蒸汽流向蒸汽用户，而CO<subgt;2</subgt;蒸发器中产生的冷冻水则用于冷量供应。本发明通过喷射器将CO<subgt;2</subgt;发电循环与制冷循环深度耦合，利用高温CO<subgt;2</subgt;制取蒸汽实现热量供应，并为制冷循环提供动力，不仅提高了系统能源的综合利用率，还能极大降低运行成本。

技术研发人员：刘海波,蔺新星,汤正阳,丁若晨,钟舸宇,谭鋆,王兆福,关苏敏,杜娟,苏文
受保护的技术使用者：中国长江电力股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/10