氣口 5d,所述低溫回熱器5的第六進氣口 5c連接所述壓氣機7的出氣口 ;所述低溫透平2的出氣口連接所述低溫回熱器5的第五進氣口 5a,所述低溫回熱器5的第五出氣口 5b連接所述冷凝器6的進氣口。
[0050]本實施例中,高低溫超臨界二氧化碳余熱利用系統,還包括一總聯動軸81,總聯動軸81將高溫透平1和低溫透平2串聯連接,總聯動軸81的輸出端連接外部設備91。總聯動軸81為單軸,高溫透平1和所述低溫透平2共同通過總聯動軸81,驅動外部設備91,當外部設備91是風機、壓縮機、栗等(含本系統內的從動設備),總聯動軸81驅動外部設備做功;當外部設備是發電機時,外部設備驅動發電機發電。
[0051]本發明的所述余熱回收器3包括高溫段3g和低溫段3h,所述第一余熱回收管道3e設于所述高溫段3g內,燃氣輪機的排氣或者工業高溫煙氣等高溫熱源氣體與第一余熱回收管道3e內的二氧化碳循環工質進行熱交換,將第一余熱回收管道3e內的二氧化碳氣體加熱成高溫氣體;所述低溫段3h是指高溫熱源氣體已經與第一余熱回收管道3e內的二氧化碳循環工質進行了熱交換,溫度已經大大降低,或者熱源氣體是工業中低溫煙氣,總之熱源氣體在400°C以下的部分,所述第二余熱回收管道3f設于所述低溫段3h內,400°C以下的熱源氣體與第二余熱回收管道3f內的二氧化碳循環工質進行熱交換。
[0052]本發明的所述余熱回收器3實質上就是一個熱交換器,由于熱交換器的兩側的氣體壓力相差甚大(煙氣壓力通常是環境大氣壓力,而C02工質壓力則多22MPa),因此所述余熱回收器3最好采用印刷電路板式換熱器,這種換熱器能夠滿足換熱過程中的高溫高壓條件,具有泄漏量少、結構緊湊、高效等優點。
[0053]所述余熱回收器3的高溫段3g和低溫段3h相互獨立,所述高溫段3g與所述低溫段3h之間設有連通管路,所述連通管路上設有第一閥門(圖中未示出)。所述余熱回收器3的高溫段3g設有高溫熱源氣體進入通道3i,所述余熱回收器3的低溫段3h設有中低溫熱源氣體進入通道3j,所述余熱回收器3的低溫段3h還設有熱源氣體排出通道3k,所述高溫熱源氣體進入通道3i上設有第二閥門31,所述中低溫熱源氣體進入通道3j上設有第三閥門3m,所述高溫熱源氣體進入通道3i和所述中低溫熱源氣體進入通道3j匯合于熱源氣體進入主通道上。
[0054]所述壓氣機7的出氣口與一個三通閥7a的進氣口連接,所述三通閥7a的一個出氣口與所述高溫回熱器4的第四進氣口 4c連接,所述三通閥7a的另一個出氣口與所述低溫回熱器5的第六進氣口 5c連接。通過調整三通閥7a的閥位可以進行高溫回熱器4和低溫回熱器5上的流量分配。
[0055]本發明的各部件用耐高溫、高壓的管線相連接。本發明的高低溫超臨界二氧化碳余熱利用系統分為高溫透平循環回路和低溫透平循環回路,這兩個循環回路內的工質不是完全分離的:在進入冷凝器6前,兩循環回路的工質匯合為一股,一起經過冷凝器6冷卻至臨界點以下,再進入壓氣機7,由壓氣機7壓縮成為高壓氣體,在壓氣機7的出氣口,循環工質(二氧化碳)再次分為兩股,一股進入高溫透平循環回路:冷凝器6—壓氣機7—高溫回熱器4 (第四進氣口 4c—第四出氣口 4d)—余熱回收器3 (第一進氣口 3a—第一出氣口3b)—高溫透平1 —高溫回熱器4(第三進氣口 4a—第三出氣口 4b)—冷凝器6,一股進入低溫透平循環回路:冷凝器6 —壓氣機7 —低溫回熱器5 (第六進氣口 5c —第六出氣口5d)—余熱回收器3 (第二進氣口 3c—第二出氣口 3d)—低溫透平2—低溫回熱器5(第五進氣口 5a—第五出氣口 5b)—冷凝器6。進入高溫透平循環回路的0)2工質首先進入高溫回熱器4 (第四進氣口 4c —第四出氣口 4d)內,與高溫透平1的排氣進行熱交換,溫度升高,然后再進入余熱回收器3的高溫段3g,在第一余熱回收管道3e內被燃氣輪機排氣或工業高溫煙氣加熱成為高溫高壓氣體,然后再進入高溫透平1膨脹做功,做功后的C02氣體壓力降至臨界點以下,但是仍有較高溫度,所以其經過高溫回熱器4(第三進氣口 4a —第三出氣口 4b),與從壓氣機7出來的、進入高溫回熱器4 (第四進氣口 4c —第四出氣口 4d)的氣體進行熱交換,其后進入冷凝器6的前端,與低溫透平循環回路的C02工質匯合。進入低溫透平循環回路的C02工質首先進入低溫回熱器5 (第六進氣口 5c—第六出氣口 5d)內,與低溫透平2的排氣進行熱交換,溫度升高,然后再進入余熱回收器3的低溫段3h,在第二余熱回收管道3f內被燃氣輪機排氣或工業中低溫煙氣加熱成為中低溫高壓氣體,然后再進入低溫透平2膨脹做功,做功后的C02氣體壓力降至臨界點以下,但是仍有一定溫度,所以其經過低溫回熱器5 (第五進氣口 5a—第五出氣口 5b),與從壓氣機7出來的、進入低溫回熱器5 (第六進氣口 5c—第六出氣口 5d)的氣體進行熱交換,其后進入冷凝器6的前端,與高溫透平循環回路的C02工質匯合。兩股氣體匯合成一股后,再次進入冷凝器6開始新的循環。
[0056]本發明的所述高溫回熱器4、低溫回熱器5實質上也均是熱交換器,高溫回熱器4使高溫透平1的排氣與從壓氣機7出來的、將要進入高溫透平循環回路的氣體進行熱交換;低溫回熱器5使低溫透平2的排氣與從壓氣機7出來的、將要進入低溫透平循環回路的氣體進行熱交換。
[0057]本發明的高溫透平1和低溫透平2的排氣壓力大致相當,具體的排氣壓力根據實際工況進行優選,此主要與冷凝器性能和外界冷源有關,同時也與熱源的最高溫度有關。
[0058]本發明所述的冷凝器6,受其換熱性能和環境影響,決定了系統的冷端溫度。如在熱帶、沙漠或內陸干旱地區,冷凝器出口所能允許的最低溫度往往高于二氧化碳的臨界溫度Ter,此時該熱力循環為布雷頓循環。如高瑋度地區或者冬季或者有可供利用的外界冷源(如LNG、深層海水等),可以使循環的冷端溫度明顯低于二氧化碳的臨界溫度Tcr,冷凝器出口的循環工質為液態,壓氣機7由栗替換,此時該熱力循環為朗肯循環。
[0059]本發明的高低溫超臨界二氧化碳余熱利用系統的使用方法是:當所述熱源氣體為燃氣輪機的排氣或者工業高溫煙氣等高溫熱源氣體,熱源氣體高于一定值(比如400°C )時,熱源氣體經過高溫熱源氣體進入通道3i進入所述余熱回收器3的高溫段3g,與第一余熱回收管道3e內的循環工質進行熱交換,經過熱交換溫度下降到400°C以下的熱源氣體由高溫段3g與低溫段3h之間的連通管路進入所述余熱回收器3的低溫段3h,400°C以下的熱源氣體在低溫段3h內與第二余熱回收管道3f內的循環介質進行熱交換,之后,經過熱交換溫度又大大降低的熱源氣體由熱源氣體排出通道3k排出所述余熱回收器3。這種情況下,關閉第三閥門3m,避免高溫熱源氣體直接接入所述余熱回收器3的低溫段3h ;調整三通閥7a的閥位在合理的位置,使高溫透平循環回路、低溫透平循環回路都投入工作。
[0060]綜上所述,本發明的高低溫超臨界二氧化碳余熱利用系統,以燃氣輪機的高溫排氣或工業余熱/廢熱作為熱源,以C02作為動力循環工質,通過設計高溫透平和低溫透平,充分利用了排氣熱能,實現了熱能的梯級利用。當用于燃氣輪機聯合循環時,本發明不