一种超临界CO2发电与长距离蒸汽输送的耦合互补系统的制作方法

一种超临界co2发电与长距离蒸汽输送的耦合互补系统
技术领域
1.本发明涉及一种耦合互补系统，特别涉及一种将超临界co2发电系统与为间歇性使用蒸汽用户提供工业用蒸汽的长距离输送管网进行耦合互补系统。


背景技术：

2.超临界co2循环系统（supercritical carbon dioxide cycle）是一种利用超临界co2作为工质的发电系统，该系统采用超临界压力状态的co2作为循环工质，在换热器中吸收热量，然后转换成高温工质，进入涡轮机膨胀做功，从而带动发电机进行发电，完成做功的超临界co2，通过冷却器和循环泵重新再回到换热器中吸收热量，之后再进入涡轮机膨胀做功，如此循环，完成发电任务；超临界co2循环系统中的换热器，一般选择地热换热器，当地热换热器所能提供的换热温度较低时，需要对超临界co2进行二次加热，才能使超临界co2循环系统完成发电任务。
3.在现有的工业园区中，产业聚集效应越来越突出，带来了生产工艺用能周期趋同，工业园区的用热水管道通过汽水换热器与长距离输送蒸汽管道连接，长距离输送蒸汽作为热源为热水管道中的热水加热，由于工业园区使用热水负荷变动周期一致，导致使用蒸汽热能负荷变动周期也一致，并且负荷跳跃性比较大，间歇性用蒸汽特征非常显著；工业园区所使用的蒸汽一般是通过长距离输送来的，由于长距离输送蒸汽管网的负荷调节具有滞后性的特点，无法实现供蒸汽负荷即时响应，频繁调整长距离工业蒸汽输送系统的运行负荷，会导致管网疏水过多，降低管网经济性，降低供热管网的使用寿命，而且容易引起管网发生汽锤等安全事故。
4.对于间歇性使用蒸汽的用户的长距离输送工业蒸汽系统，在不使用蒸汽时段，如何将长距离平稳输送的蒸汽充分利用，避免频繁调整长距离工业蒸汽输送系统的运行负荷，成为现场急需要解决的一个问题；在许多现有的工业园区中设置有超临界co2循环系统，为了解决co2循环系统中地热温度不高的问题，该循环系统中配置有超临界co2太阳能集热器，实现对超临界co2二次加热，如何将长距离输送工业蒸汽系统、超临界co2太阳能集热器和超临界co2循环系统有效耦合在一起，即解决了间歇性使用蒸汽的用户的长距离输送蒸汽管网的负荷调节困难，又克服了超临界co2循环发电系统中地热温度低不利于发电的缺陷，成为现场需要攻克的一个课题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种超临界co2发电与长距离蒸汽输送的耦合互补系统，解决了如何将长距离输送工业蒸汽系统与超临界co2循环系统有效耦合，即解决了间歇性使用蒸汽的用户的长距离输送蒸汽管网的负荷调节困难，又克服了超临界co2循环发电系统中地热温度低不利于发电的技术问题。
6.本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
7.本发明的工业园区具有以下现有条件：已分别设置有利用地热的超临界co2循环
发电系统、利用长距离输送蒸汽进行换热的汽水换热系统和园区的生活用热水的汽水换热系统；由于地热温度不高，超临界co2经超临界co2地热换热器换热后，又经超临界co2太阳能集热器加热后，才驱动超临界co2发电机发电；工业园区使用热水负荷跳跃性比较大，间歇性用蒸汽特征非常显著；本发明的总体构思是通过超临界co2与水蒸汽换热器，将超临界co2发电系统与长距离输送蒸汽的汽水换热系统耦合起来，在间歇性用蒸汽时，将多余的蒸汽换热给超临界co2，将这部分蒸汽热能转换成电能，在园区热水使用负荷较大时，长距离输送来的蒸汽只保证生产用汽水换热器使用，从而实现了长距离蒸汽输送管路中负荷的稳定。
8.一种超临界co2发电与长距离蒸汽输送的耦合互补系统，包括超临界co2发电机组、超临界co2压缩机、超临界co2地热换热器、超临界co2太阳能集热器、超临界co2与水蒸汽换热的换热器、工业用热水的汽水换热器和生活用热水的汽水换热器，超临界co2压缩机、超临界co2地热换热器、超临界co2太阳能集热器和超临界co2发电机组组成超临界co2循环发电系统，园区工业用热水是通过工业用热水的汽水换热器换热的，在工业用热水的汽水换热器的蒸汽输入端口上，连接有长距离蒸汽输送管道，在工业用热水的汽水换热器的蒸汽输出端口上，连接有生活用热水的汽水换热器，超临界co2与水蒸汽换热的换热器是耦合在工业用热水的汽水换热器与超临界co2太阳能集热器之间的，即，超临界co2与水蒸汽换热的换热器的蒸汽输入管道，是与工业用热水的汽水换热器的蒸汽输入管道并联在一起的，超临界co2与水蒸汽换热的换热器的蒸汽输出管道，是与工业用热水的汽水换热器的蒸汽输出管道并联在一起的，超临界co2与水蒸汽换热的换热器的超临界co2输入管道，是与超临界co2太阳能集热器的超临界co2输入管道并联在一起的，超临界co2与水蒸汽换热的换热器的超临界co2输出管道，是与超临界co2太阳能集热器的超临界co2输出管道并联在一起的。
9.超临界co2地热换热器的超临界co2输入端通过超临界co2压缩输出管道与超临界co2压缩机连接在一起，超临界co2地热换热器的超临界co2输出端上连接有超临界co2第一次被加热后输出管道，超临界co2第一次被加热后输出管道的另一端与第三个三通的第一管口连接在一起，在第三个三通的第二个管口上，连接有超临界co2太阳能集热器输入管道，超临界co2太阳能集热器输入管道的另一端与超临界co2太阳能集热器的输入端连接在一起，在超临界co2太阳能集热器的输出端上，连接有超临界co2太阳能集热器输出管道，超临界co2太阳能集热器输出管道的另一端，与第四个三通的第二个管口连接在一起，第四个三通的第一个管口，通过超临界co2发电机组输入管道，与超临界co2发电机组的输入端连接在一起，在超临界co2太阳能集热器输入管道上，设置有第二电控阀；在第三个三通的第三管口上，连接有超临界co2与水蒸汽换热的超临界co2输入管道，超临界co2与水蒸汽换热的超临界co2输入管道的另一端，与超临界co2与水蒸汽换热的换热器的超临界co2介质输入端连接在一起，在超临界co2与水蒸汽换热的超临界co2输入管道上，设置有第三电控阀，超临界co2与水蒸汽换热的换热器的超临界co2介质输出端，通过超临界co2与水蒸汽换热的超临界co2输出管道与第四个三通的第三个管口连接在一起；在工业用热水的汽水换热器的热水回水口上，连接有工业用热水回水管道，在工业用热水的汽水换热器的热水送水口上，连接有工业用热水送水管道，在工业用热水的汽水换热器的蒸汽输入端上，连接有工业用热水的汽水换热器蒸汽输入管道，工业用热水的汽水换热器蒸汽输入管道的另一端与第一个三通的第三管口连接在一起，在第一个三通第一管口上，连接有长距离输送蒸汽管道，在工
业用热水的汽水换热器蒸汽输入管道上，设置有第一电控阀门，在第一个三通第二管口上，连接有超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输入管道，超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输入管道的另一端，与超临界co2与水蒸汽换热的换热器的蒸汽输入端连接在一起，在超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输入管道上，设置有第四电控阀，在超临界co2与水蒸汽换热的换热器的蒸汽输出端上，连接有超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输出管道，超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输出管道的另一端，与第二个三通的第二管口连接在一起，在第二个三通的第三管口上，连接有工业用热水的汽水换热器的蒸汽输出管道，工业用热水的汽水换热器的蒸汽输出管道的另一端，与工业用热水的汽水换热器的蒸汽输出端连接在一起，在第二个三通的第一管口上连接有生活用热水的汽水换热器蒸汽输入管道，生活用热水的汽水换热器蒸汽输入管道的另一端与生活用热水的汽水换热器连接在一起。
10.在超临界co2发电机组的超临界co2介质输出端上，连接有做功后的超临界co2循环回送管道，做功后的超临界co2循环回送管道的另一端，与超临界co2压缩机的输入端连接在一起，超临界co2压缩机的输出端，通过超临界co2压缩输出管道与超临界co2地热换热器的超临界co2输入端连接在一起。
11.一种超临界co2发电与长距离蒸汽输送的耦合互补方法，包括在工业园区已分别设置有利用地热的超临界co2循环发电系统、利用长距离输送蒸汽进行换热的工业用热水的汽水换热器和工业园区的生活用热水的汽水换热器，超临界co2经超临界co2地热换热器换热后，又经超临界co2太阳能集热器二次加热后，驱动超临界co2发电机组发电；工业园区使用热水负荷跳跃性比较大，具有间歇性用蒸汽的特征，将超临界co2与水蒸汽换热的换热器，耦合在超临界co2太阳能集热器与工业用热水的汽水换热器之间，并按以下方法耦合互补控制：
12.在工业园区使用工业用热水负荷稳定的情况下：控制长距离蒸汽输送管道中的全部蒸汽，进入到工业用热水的汽水换热器中，进行汽水换热，与此同时，控制经超临界co2地热换热器换热后的全部超临界co2，进入到超临界co2太阳能集热器中，进行二次加热后，驱动超临界co2发电机组发电；
13.在工业园区使用工业用热水负荷下降时：控制长距离蒸汽输送管道中的部分蒸汽，进入到超临界co2与水蒸汽换热的换热器中，与此同时，控制经超临界co2地热换热器换热后的部分超临界co2，进入到超临界co2与水蒸汽换热的换热器中，将该部分超临界co2二次加热后，与经超临界co2太阳能集热器二次加热后的超临界co2汇合，驱动超临界co2发电机组发电。
14.在工业园区使用工业用热水负荷下降时，工业用热水的汽水换热器间歇性用蒸汽所产生的多余蒸汽，被输送到超临界co2与水蒸汽换热的换热器中，对经超临界co2地热换热器换热后的部分超临界co2进行加热。
15.本发明的有益效果是实现工业园区的多能互补能源供应，地热换热器使超临界co2与地热水直接换热，超临界co2太阳能集热器使工质直接吸收太阳能，之后进行低温发电；与间歇性工业供汽系统有效结合，解决了长距离输送负荷间歇性运行的工业供汽管网稳定运行的问题，避免了蒸汽负荷频繁变动导致的汽锤事故，减少了水资源和热能浪费，提高了长距离间歇性工业供汽系统的安全稳定性，延长了管网的使用寿命，整体提升了工业园区的能源利用效率。
附图说明
16.图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明进行详细说明：
18.一种超临界co2发电与长距离蒸汽输送的耦合互补系统，包括超临界co2发电机组14、超临界co2压缩机13、超临界co2地热换热器12、超临界co2太阳能集热器20、超临界co2与水蒸汽换热的换热器25、工业用热水的汽水换热器2和生活用热水的汽水换热器11，超临界co2压缩机13、超临界co2地热换热器12、超临界co2太阳能集热器20和超临界co2发电机组14组成超临界co2循环发电系统，园区工业用热水是通过工业用热水的汽水换热器2换热的，在工业用热水的汽水换热器2的蒸汽输入端口上，连接有长距离蒸汽输送管道4，在工业用热水的汽水换热器2的蒸汽输出端口上，连接有生活用热水的汽水换热器11，超临界co2与水蒸汽换热的换热器25是耦合在工业用热水的汽水换热器2与超临界co2太阳能集热器20之间的，即，超临界co2与水蒸汽换热的换热器25的蒸汽输入管道，是与工业用热水的汽水换热器2的蒸汽输入管道并联在一起的，超临界co2与水蒸汽换热的换热器25的蒸汽输出管道，是与工业用热水的汽水换热器2的蒸汽输出管道并联在一起的，超临界co2与水蒸汽换热的换热器25的超临界co2输入管道，是与超临界co2太阳能集热器20的超临界co2输入管道并联在一起的，超临界co2与水蒸汽换热的换热器25的超临界co2输出管道，是与超临界co2太阳能集热器20的超临界co2输出管道并联在一起的；本发明提供了一种基于超临界co2循环发电系统，并与间歇运行的长距离输送蒸汽管网结合的多能互补系统，解决了如何使长距离输送蒸汽系统稳定运行，又使间歇性用汽产生的多余蒸汽得到充分利用，同时保证园区可再生能源稳定供应的技术问题。
19.超临界co2地热换热器12的超临界co2输入端通过超临界co2压缩输出管道16与超临界co2压缩机13连接在一起，超临界co2地热换热器12的超临界co2输出端上连接有超临界co2第一次被加热后输出管道17，超临界co2第一次被加热后输出管道17的另一端与第三个三通18的第一管口连接在一起，在第三个三通18的第二个管口上，连接有超临界co2太阳能集热器输入管道19，超临界co2太阳能集热器输入管道19的另一端与超临界co2太阳能集热器20的输入端连接在一起，在超临界co2太阳能集热器20的输出端上，连接有超临界co2太阳能集热器输出管道21，超临界co2太阳能集热器输出管道21的另一端，与第四个三通22的第二个管口连接在一起，第四个三通22的第一个管口，通过超临界co2发电机组输入管道23，与超临界co2发电机组14的输入端连接在一起，在超临界co2太阳能集热器输入管道19上，设置有第二电控阀24；在第三个三通18的第三管口上，连接有超临界co2与水蒸汽换热的超临界co2输入管道27，超临界co2与水蒸汽换热的超临界co2输入管道27的另一端，与超临界co2与水蒸汽换热的换热器25的超临界co2介质输入端连接在一起，在超临界co2与水蒸汽换热的超临界co2输入管道27上，设置有第三电控阀26，超临界co2与水蒸汽换热的换热器25的超临界co2介质输出端，通过超临界co2与水蒸汽换热的超临界co2输出管道28与第四个三通22的第三个管口连接在一起；在工业用热水的汽水换热器2的热水回水口上，连接有工业用热水回水管道1，在工业用热水的汽水换热器2的热水送水口上，连接有工业用热水送水管道3，在工业用热水的汽水换热器2的蒸汽输入端上，连接有工业用热水的汽水换热器蒸汽输
入管道6，工业用热水的汽水换热器蒸汽输入管道6的另一端与第一个三通5的第三管口连接在一起，在第一个三通5第一管口上，连接有长距离输送蒸汽管道4，在工业用热水的汽水换热器蒸汽输入管道6上，设置有第一电控阀门7，在第一个三通5第二管口上，连接有超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输入管道30，超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输入管道30的另一端，与超临界co2与水蒸汽换热的换热器25的蒸汽输入端连接在一起，在超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输入管道30上，设置有第四电控阀29，在超临界co2与水蒸汽换热的换热器25的蒸汽输出端上，连接有超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输出管道31，超临界co2与水蒸汽换热的蒸汽输出管道31的另一端，与第二个三通9的第二管口连接在一起，在第二个三通9的第三管口上，连接有工业用热水的汽水换热器2的蒸汽输出管道8，工业用热水的汽水换热器2的蒸汽输出管道8的另一端，与工业用热水的汽水换热器2的蒸汽输出端连接在一起，在第二个三通9的第一管口上连接有生活用热水的汽水换热器蒸汽输入管道10，生活用热水的汽水换热器蒸汽输入管道10的另一端与生活用热水的汽水换热器11连接在一起。
20.在超临界co2发电机组14的超临界co2介质输出端上，连接有做功后的超临界co2循环回送管道15，做功后的超临界co2循环回送管道15的另一端，与超临界co2压缩机13的输入端连接在一起，超临界co2压缩机13的输出端，通过超临界co2压缩输出管道16与超临界co2地热换热器12的超临界co2输入端连接在一起。
21.一种超临界co2发电与长距离蒸汽输送的耦合互补方法，包括在工业园区已分别设置有利用地热的超临界co2循环发电系统、利用长距离输送蒸汽进行换热的工业用热水的汽水换热器2和工业园区的生活用热水的汽水换热器11，超临界co2经超临界co2地热换热器12换热后，又经超临界co2太阳能集热器20二次加热后，驱动超临界co2发电机组14发电；工业园区使用热水负荷跳跃性比较大，具有间歇性用蒸汽的特征；将超临界co2与水蒸汽换热的换热器25，耦合在超临界co2太阳能集热器20与工业用热水的汽水换热器2之间，并按以下方法耦合互补控制：
22.在工业园区使用工业用热水负荷稳定的情况下：控制长距离蒸汽输送管道4中的全部蒸汽，进入到工业用热水的汽水换热器2中，进行汽水换热，与此同时，控制经超临界co2地热换热器12换热后的全部超临界co2，进入到超临界co2太阳能集热器20中，进行二次加热后，驱动超临界co2发电机组14发电；
23.在工业园区使用工业用热水负荷下降时：控制长距离蒸汽输送管道4中的部分蒸汽，进入到超临界co2与水蒸汽换热的换热器25中，与此同时，控制经超临界co2地热换热器12换热后的部分超临界co2，进入到超临界co2与水蒸汽换热的换热器25中，将该部分超临界co2二次加热后，与经超临界co2太阳能集热器20二次加热后的超临界co2汇合，驱动超临界co2发电机组14发电；
24.根据长距离工业供汽系统的蒸汽参数和负荷变动，来确定利用地热能和太阳能的超临界co2循环的运行参数，同时实现多能互补系统中，超临界co2发电系统和长距离输送工业蒸汽系统的持续稳定运行。
25.在工业园区使用工业用热水负荷下降时，工业用热水的汽水换热器2间歇性用蒸汽所产生的多余蒸汽，被输送到超临界co2与水蒸汽换热的换热器25中，对经超临界co2地热换热器12换热后的部分超临界co2进行加热；本发明技术方案可根据工业用汽的参数确定超临界co2与水蒸汽换热器、工业用换热器的相关参数，超临界co2发电机组的选择也需要通
过具体的工业园区用能负荷进行确定。