一种燃气分布式耦合超临界CO2布雷顿循环发电零碳装置及方法与流程

本发明涉及低温发电、清洁生产，尤其是涉及一种燃气分布式耦合超临界co2布雷顿循环发电零碳装置及方法。

背景技术：

1、烟气余热回收是提高化石能源利用效率的主要途径之一，目前国内外燃气分布式发电系统，烟气余热回收是通过燃气-蒸汽联合循环系统，高温烟气进入余热锅炉，余热锅炉产生高温蒸汽推动汽轮机发电。该循环的不足有：水与高温烟气在热交换过程中温度匹配性不佳，热损失较大；水蒸汽属于湿流体，为防止汽轮机内发生液击，必须要有较大的过热度，这将导致过热器面积过大；水蒸汽膨胀过程的体积比功较小，不得不使用较大的透平尺寸或较高的转速，从而增加系统成本；排烟温度至少要高于烟气露点温度10℃以上，最低只能降至80～90℃。烟气中含有很多水蒸气，而烟气露点温度一般在40～50℃之间，由于排烟温度所限，没法利用这部分水蒸气的潜热，烟气余热回收不完全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种燃气分布式耦合超临界co2布雷顿循环发电零碳装置及方法，能够解决上述技术问题。

2、本发明提供一种燃气分布式耦合超临界co2布雷顿循环发电零碳装置，包括燃气分布式发电系统、超临界co2布雷顿循环发电系统、低温烟气余热深度回收利用系统和co2捕集系统；

3、所述燃气分布式发电系统包括依次连接的空压机、燃烧室和燃气轮机；

4、所述超临界co2布雷顿循环发电系统包括高压透平、低压透平、第一加热器、第二加热器、第一压缩机、第二压缩机、高温回热器、低温回热器和冷却器；

5、所述低温烟气余热深度回收利用系统包括双级气液板壳式换热器、热泵和用户端；

6、所述co2捕集系统包括脱碳吸收塔、再生塔和co2储罐；

7、所述燃气轮机的烟气出口通过管道与所述第一加热器的入口连接，所述第一加热器的出口通过管道与所述第二加热器的入口连接，所述第二加热器的出口通过管道与所述再生塔的入口连接；

8、所述冷却器的出口分为两路，一路通过第一压缩机、低温回热器、高温回热器和第一加热器连接高压透平的入口，另一路通过第二压缩机和第二加热器连接低压透平的入口，高压透平的出口通过高温回热器、低温回热器与冷却器的入口连接，低压透平的出口通过低温回热器与冷却器的入口连接；

9、所述再生塔的出口通过管道与所述双级气液板壳式换热器的入口连接，双级气液板壳式换热器的出口与脱碳吸收塔的入口连接，脱碳吸收塔的出口与再生塔连接，再生塔通过管道与co2储罐的入口连接；

10、所述双级气液板壳式换热器的第一级换热通过进水管道和回水管道与用户端连接，所述双级气液板壳式换热器的第二级换热通过进水管道和回水管道与热泵连接，所述热泵通过进水管道和回水管道与用户端连接。

11、优选地，所述空压机内部设有冷水盘管，所述冷水盘管的出口通过管道与所述热泵的低温热源入口连接，所述热泵的循环冷却水出口通过管道与所述冷水盘管的入口连接。

12、优选地，所述冷却器的冷却水出口通过管道与所述热泵的低温热源入口连接。

13、本发明还提供一种燃气分布式耦合超临界co2布雷顿循环发电零碳方法，所述方法应用于上述系统，所述方法包括：

14、s1.燃气分布式发电系统，通过空气压缩后与燃气进入燃烧器驱动燃气轮机转动带动发电机发电，并入电网；

15、s2.超临界co2布雷顿循环发电系统，高温烟气驱动超临界co2流体通过双级压缩带动高、低压透平膨胀做功带动发电机发电，并入电网；

16、s3.低温烟气余热深度回收利用系统，低温烟气通过双级气液板壳式换热器进行换热，第一级产生的热水直接供给用户，第二级产生的低温热水通过热泵提升后供给用户；

17、s4.co2捕集系统，低温烟气进入吸收塔脱碳后进入再生塔，加热后回收，进入co2储罐再利用。

18、优选地，所述步骤s1中，空压机将空气压缩后送入燃烧室，与同时喷入的天然气进行燃烧，生成的高温烟气膨胀做功，推动叶轮旋转，把其部分热能转换成机械能，带动发电机发电，做功后的450～600℃的烟气进入超临界co2布雷顿循环发电系统。

19、优选地，所述步骤s1中，空压机在运行过程中会产生大量热量，通过在空压机内部设置冷水盘管的形式，将这部分热量收集起来，把冷却水由32℃加热至37℃，进入热泵机组作为热泵的低温热源，制取热水供给用户端。

20、优选地，所述步骤s2中，冷却器出口的co2流体分成两部分，其中一部分进入第一压缩机压缩至较高的压力，随后依次经过低温回热器高压侧、高温回热器高压侧、第一加热器三次加热，加热后的高温高压co2流体在高压透平膨胀做功带动发电机发电；另外一部分流体进入第二压缩机压缩至中等压力，随后在第二加热器中进一步吸收烟气的热量，再通过低压透平膨胀做功，最后与高温回热器低压侧的co2流体汇合进入低温加热器回收余热后进入冷却器进一步冷却，其中冷却器的热量由冷却水带走，冷却水由32℃加热至37℃，冷却器的冷却水和空压机的冷却水汇合进入热泵机组作为热泵的低温热源，制取热水供给用户端。

21、优选地，所述步骤s3中，co2捕集系统再生塔排出烟气进入双级气液板壳式换热器，第一级烟气由130℃降至65℃，同步将空调热水由50℃加热至60℃，供用户使用；第二级烟气由65℃降至35℃，循环冷却水由32℃加热至37℃，与空压机冷却水和冷却器冷却水汇合进入热泵机组作为热泵的低温热源，制取热水供给用户端。

22、优选地，所述步骤s4中，双级气液板壳式换热器排烟温度在30～40℃之间，排烟进入脱碳吸收塔，吸收塔中碱性吸收剂吸收烟气中的co2后进入再生塔，在再生塔中的再沸器由烟气加热至100～120℃，使得吸收剂溶液中的co2释放，最终达到co2的分离与回收。

23、优选地，所述再生塔中再沸器的热源来自超临界co2布雷顿循环发电系统排放的烟气。

24、有益效果：

25、基于自然工质co2的热力学优势，在本发明通过燃气分布式发电系统耦合超临界co2雷布顿循环发电，串联烟气低温余热深度利用系统和co2捕集系统，回收烟气的显热和潜热，实现提高能源利用率和零碳排放的双重目标。燃气发电系统耦合超临界co2布雷顿循环提高了传统分布式燃气系统的发电效率；利用热泵吸收循环冷却水的低温热量，回收了空压机、冷却器等设备的余热，起到了节能环保的作用；烟气经过多级阶梯利用，最终排放温度达到30～40℃左右，回收了烟气全热75％以上的热量。

技术特征：

1.一种燃气分布式耦合超临界co2布雷顿循环发电零碳装置，其特征在于，包括燃气分布式发电系统、超临界co2布雷顿循环发电系统、低温烟气余热深度回收利用系统和co2捕集系统；

2.根据权利要求1所述的燃气分布式耦合超临界co2布雷顿循环发电零碳装置，其特征在于，所述空压机内部设有冷水盘管，所述冷水盘管的出口通过管道与所述热泵的低温热源入口连接，所述热泵的循环冷却水出口通过管道与所述冷水盘管的入口连接。

3.根据权利要求1所述的燃气分布式耦合超临界co2布雷顿循环发电零碳装置，其特征在于，所述冷却器的冷却水出口通过管道与所述热泵的低温热源入口连接。

4.一种燃气分布式耦合超临界co2布雷顿循环发电零碳方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求3所述的系统，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，空压机将空气压缩后送入燃烧室，与同时喷入的天然气进行燃烧，生成的高温烟气膨胀做功，推动叶轮旋转，把其部分热能转换成机械能，带动发电机发电，做功后的450～600℃的烟气进入超临界co2布雷顿循环发电系统。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，空压机在运行过程中会产生大量热量，通过在空压机内部设置冷水盘管的形式，将这部分热量收集起来，把冷却水由32℃加热至37℃，进入热泵机组作为热泵的低温热源，制取热水供给用户端。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，冷却器出口的co2流体分成两部分，其中一部分进入第一压缩机压缩至较高的压力，随后依次经过低温回热器高压侧、高温回热器高压侧、第一加热器三次加热，加热后的高温高压co2流体在高压透平膨胀做功带动发电机发电；另外一部分流体进入第二压缩机压缩至中等压力，随后在第二加热器中进一步吸收烟气的热量，再通过低压透平膨胀做功，最后与高温回热器低压侧的co2流体汇合进入低温加热器回收余热后进入冷却器进一步冷却，其中冷却器的热量由冷却水带走，冷却水由32℃加热至37℃，冷却器的冷却水和空压机的冷却水汇合进入热泵机组作为热泵的低温热源，制取热水供给用户端。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，co2捕集系统再生塔排出烟气进入双级气液板壳式换热器，第一级烟气由130℃降至65℃，同步将空调热水由50℃加热至60℃，供用户使用；第二级烟气由65℃降至35℃，循环冷却水由32℃加热至37℃，与空压机冷却水和冷却器冷却水汇合进入热泵机组作为热泵的低温热源，制取热水供给用户端。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中，双级气液板壳式换热器排烟温度在30～40℃之间，排烟进入脱碳吸收塔，吸收塔中碱性吸收剂吸收烟气中的co2后进入再生塔，再生塔中的再沸器由烟气加热至100～120℃，使得吸收剂溶液中的co2释放，最终达到co2的分离与回收。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述再沸器的热源来自超临界co2布雷顿循环发电系统排放的烟气。

技术总结
本发明涉及低温余热发电、清洁生产技术领域，尤其是涉及一种燃气分布式耦合超临界CO<subgt;2</subgt;布雷顿循环发电零碳装置及方法，装置包括燃气分布式发电系统、超临界CO<subgt;2</subgt;布雷顿循环发电系统、低温烟气余热深度回收利用系统和CO<subgt;2</subgt;捕集系统。基于自然工质CO<subgt;2</subgt;的热力学优势，本发明通过燃气分布式发电系统耦合超临界CO<subgt;2</subgt;雷布顿循环发电系统，串联烟气低温余热深度利用系统和CO<subgt;2</subgt;捕集系统，回收烟气的显热和潜热，实现提高能源利用率和零碳排放的双重目标。燃气发电耦合超临界CO<subgt;2</subgt;布雷顿循环提高了分布式燃气系统的发电效率；利用热泵吸收循环冷却水的低温热量，回收了空压机和冷却器的散热；烟气经过多级阶梯利用，回收了75％以上的烟气全热，实现了烟气余热的深度回收。

技术研发人员：马兰芳,常娜娜,张玫瑰,王锋,刘静,成志辉,张辉,薛思雨,徐晓明,李洪宝
受保护的技术使用者：中国华电科工集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/31