集成压缩式热泵的褐煤预干燥超临界CO2发电系统及方法与流程

本发明涉及发电技术领域，具体涉及集成压缩式热泵的褐煤预干燥超临界co2发电系统及方法。

背景技术：

超临界co2动力循环具有热效率高、系统简单、灵活性高、投资小以及运行维护费用低等优点，在燃煤发电领域具有广阔的应用前景。研究表明，相比常规蒸汽朗肯循环燃煤发电机组，基于超临界co2动力循环的燃煤发电系统具有更高的发电效率和更低的投资，有望得到大规模应用。但是，超临界co2燃煤发电系统冷端工质放热温度较高，余热损失较大；而且，目前有关超临界co2循环在燃煤发电领域的研究较少考虑煤种的变化，尤其缺乏针对褐煤发电系统的研究。我国褐煤储量丰富，已探明储量达1300亿吨，占全国煤炭储量的12％，并且价格低廉，正成为我国火力发电的主要燃料。但是，由于褐煤水分含量较高，导致热值较低，直燃褐煤发电系统能量利用效率低，设备成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供集成压缩式热泵的褐煤预干燥超临界co2发电系统及方法，该系统通过在超临界co2燃煤发电系统冷端耦合压缩式热泵系统，一方面通过回收超临界co2燃煤发电系统冷端余热驱动压缩式热泵系统运行，另一方面压缩式热泵系统中的冷凝器放出130℃左右的中温热量干燥褐煤，脱除褐煤中的水分，从而实现回收系统冷端余热、提高褐煤热值、提高系统能量利用效率的目的。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

集成压缩式热泵的褐煤预干燥超临界co2发电系统，包括超临界co2燃煤发电系统和褐煤预干燥系统；其中，

所述超临界co2燃煤发电系统包括主压缩机1、低温回热器2、高温回热器3、锅炉4、透平5、预冷器6和再压缩机7，其中主压缩机1出口、低温回热器2冷侧进出口、高温回热器3冷侧进出口、锅炉4进出口、透平5进出口、高温回热器3热侧进出口、低温回热器2热侧进出口、预冷器6进出口和主压缩机1入口依次相连通；再压缩机7进出口分别与低温回热器2热侧出口和低温回热器2冷侧出口相连通；

所述褐煤预干燥系统包括流量调节阀13、凝汽器12以及由蒸发器8、压缩机9、冷凝器10和节流阀11依次相连通构成的压缩式热泵系统，其中低温回热器2热侧出口、流量调节阀13进出口、蒸发器8热侧进出口和预冷器6入口依次相连通，冷凝器10出口干燥煤送入锅炉4，冷凝器10排气出口与凝汽器12入口连通。

所述低温回热器2热侧出口超临界co2工质温度为80-100℃，其携带的余热驱动压缩式热泵系统运行。

所述流量调节阀13调节进入蒸发器8中的超临界co2工质流量，从而调节输入压缩式热泵系统的热量。

所述冷凝器10加热干燥褐煤，褐煤中的水分蒸发后进入凝汽器12凝结成液态水，干燥后的褐煤送入锅炉4炉膛。

所述的集成压缩式热泵的褐煤预干燥超临界co2发电系统的工作方法，超临界co2工质经主压缩机1升压，然后依次在低温回热器2、高温回热器3和锅炉4中吸热后进入透平5做功，透平5排气依次在高温回热器3和低温回热器2中放热后，分流成三部分：第一部分被预冷器6冷却后，进入主压缩机1，完成闭式发电循环；第二部分经再压缩机7升压后汇入低温回热器2冷侧出口；第三部分经流量调节阀13进入蒸发器8放热用于加热压缩式热泵系统中的工质，然后进入预冷器6被冷却后再进入主压缩机1；

压缩式热泵系统中的工质在蒸发器8中吸热蒸发变成气态，然后经压缩机9压缩后温度升高，然后进入冷凝器10冷凝放热变成液态，随后经节流阀11节流后，温度压力均降低，变成湿蒸汽，进而再次进入蒸发器8吸热，完成压缩式热泵系统闭式循环；工质在冷凝器10中放出的热量加热干燥褐煤，褐煤蒸发出的水蒸气排气进入凝汽器12凝结成液态水，脱水后的干燥煤被送入锅炉4燃烧。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

1本发明通过干燥褐煤降低燃料水分、提高燃料热值，可以降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率；同时，在同等发电功率下，可以降低燃料消耗量、风量和烟气量，进而降低磨煤机、送风机和引风机电耗，提高系统能量利用效率。

2本发明超临界co2燃煤发电系统冷端超临界co2工质温度较高，携带大量余热，用于驱动压缩式热泵系统运行，一方面可以回收部分冷端余热，降低系统冷源损失，另一方面可以提高压缩式热泵系统蒸发温度，降低压缩机耗功，提高压缩式热泵系统性能系数。

附图说明

图1为本发明集成压缩式热泵的褐煤预干燥超临界co2发电系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明集成压缩式热泵的褐煤预干燥超临界co2发电系统，包括超临界co2燃煤发电系统和褐煤预干燥系统；其中，

所述超临界co2燃煤发电系统包括主压缩机1、低温回热器2、高温回热器3、锅炉4、透平5、预冷器6和再压缩机7，其中主压缩机1出口、低温回热器2冷侧进出口、高温回热器3冷侧进出口、锅炉4进出口、透平5进出口、高温回热器3热侧进出口、低温回热器2热侧进出口、预冷器6进出口和主压缩机1入口依次相连通；再压缩机7进出口分别与低温回热器2热侧出口和低温回热器2冷侧出口相连通；

所述褐煤预干燥系统包括流量调节阀13、凝汽器12以及由蒸发器8、压缩机9、冷凝器10和节流阀11依次相连通构成的压缩式热泵系统，其中低温回热器2热侧出口、流量调节阀13进出口、蒸发器8热侧进出口和预冷器6入口依次相连通，冷凝器10出口干燥煤送入锅炉4，冷凝器10排气出口与凝汽器12入口连通。

作为本发明的优选实施方式，所述低温回热器2热侧出口超临界co2温度为80-100℃，其携带的余热驱动压缩式热泵系统运行。

作为本发明的优选实施方式，所述流量调节阀13调节蒸发器8中的超临界co2工质流量，从而调节输入压缩式热泵系统的热量。

作为本发明的优选实施方式，所述冷凝器10加热干燥褐煤，褐煤中的水分蒸发后进入凝汽器12凝结成液态水，干燥后的褐煤送入锅炉4炉膛。

如图1所示，本发明所述的集成压缩式热泵的褐煤预干燥超临界co2发电系统的工作方法为：超临界co2工质经主压缩机1升压，然后依次在低温回热器2、高温回热器3和锅炉4中吸热后进入透平5做功，透平5排气依次在高温回热器3和低温回热器2中放热后，分流成三部分：第一部分被预冷器6冷却后，进入主压缩机1，完成闭式发电循环；第二部分经再压缩机7升压后汇入低温回热器2冷侧出口；第三部分经流量调节阀13进入蒸发器8放热用于加热压缩式热泵系统中的工质，然后进入预冷器6被冷却后再进入主压缩机1；

压缩式热泵系统中的工质在蒸发器8中吸热蒸发变成气态，然后经压缩机9压缩后温度升高，然后进入冷凝器10冷凝放热变成液态，随后经节流阀11节流后，温度压力均降低，变成湿蒸汽，进而再次进入蒸发器8吸热，完成压缩式热泵系统闭式循环；工质在冷凝器10中放出的热量加热干燥褐煤，褐煤蒸发出的水蒸气排气进入凝汽器12凝结成液态水，脱水后的干燥煤被送入锅炉4燃烧。

本发明低温回热器2热侧出口co2工质携带大量余热，通常情况下这部分热量会在预冷器3中被冷却水全部带走，并释放到环境中，造成能量损失。而本发明通过压缩式热泵系统回收这部分冷端余热，并将其转化为高温热量用于加热褐煤，脱除其水分，达到干燥褐煤的目的。低温回热器2热侧出口co2温度较高，85℃左右，所以其作为蒸发器8吸热的热源，可以使压缩式热泵系统具有较高的蒸发温度，从而减小热泵系统中的压缩机9耗功，提高压缩式热泵系统性能系数。褐煤被干燥后，水分降低，烟气中水蒸汽含量降低，锅炉排烟温度降低，锅炉效率提高；同时，干燥褐煤热值提高，同功率的煤耗量减少，烟气量、风量也相应减少，锅炉体积减小，成本降低，磨煤机、引风机和送风机电耗也减小，厂用电率降低，从而系统能量综合利用效率提高。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。