[发明专利]一种回收电厂冷源热量的发电装置及方法

权利要求书

1.一种回收电厂冷源热量的发电装置，其特征在于，包括朗肯循环发电装置、CO₂跨临界-喷射发电装置和喷射式热泵装置；

所述CO₂跨临界-喷射发电装置包括一级蒸发器、二级蒸发器、低压级工质泵、高压级工质泵、有机工质气轮机、第一喷射器、第二喷射器、有机工质冷凝器、有机工质发电机、第二流量调节阀、第四流量调节阀、第六流量调节阀、第七流量调节阀、第八流量调节阀、第九流量调节阀、第一隔离阀、第二隔离阀、第三隔离阀、第四隔离阀、第五隔离阀及管道，所述第一喷射器吸入流入口与朗肯循环发电装置小汽轮机输出端及大汽轮机输出端均通过第四流量调节阀相连，所述第一喷射器驱动流入口与朗肯循环发电装置大汽轮机抽汽口之间通过第二流量调节阀相连，所述一级蒸发器壳侧入口与所述第一喷射器出口相连，所述一级蒸发器壳侧出口与二级蒸发器壳侧入口及朗肯循环发电装置的凝汽器入口之间分别通过第一隔离阀、第二隔离阀相连，一级蒸发器管侧出口与有机工质气轮机入口和第二喷射器驱动流入口相连，且一级蒸发器管侧出口第二喷射器驱动流入口之间设有第八流量调节阀，有机工质气轮机的抽气口与第二喷射器驱动流入口之间通过第九流量调节阀相连，有机工质气轮机出口与第二喷射器吸入流入口及有机工质冷凝器管侧入口之间分别通过第四隔离阀、第五隔离阀相连，所述第二喷射器出口与有机工质冷凝器管侧入口相连，有机工质冷凝器管侧出口与低压级工质泵及高压级工质泵入口之间分别通过第六流量调节阀、第七流量调节阀相连，所述低压级工质泵出口与二级蒸发器管侧入口相连，所述二级蒸发器管侧出口与第二喷射器驱动流入口之间通过第三隔离阀相连，二级蒸发器壳侧出口与朗肯循环发电装置的凝汽器入口相连，所述高压级工质泵出口与一级蒸发器管侧入口相连，所述有机工质气轮机与有机工质发电机相连；

所述喷射式热泵装置包括第一热泵蒸发器、第二热泵蒸发器、热泵喷射器、压缩泵、冷凝器、节流阀、第三流量调节阀、第五流量调节阀、第十流量调节阀、第十一流量调节阀、第六隔离阀、第七隔离阀、第八隔离阀及相关管道，所述冷凝器管侧出口与所述第一热泵蒸发器管侧入口及所述节流阀入口之间分别通过第十流量调节阀和第十一流量调节阀相连，所述节流阀出口与CO₂跨临界发电装置中有机工质冷凝器壳侧入口及所述第二热泵蒸发器管侧入口之间分别通过第六隔离阀和第七隔离阀相连，所述第一热泵蒸发器壳侧入口与朗肯循环发电装置中大汽轮机抽汽口之间通过第三流量调节阀相连，所述第二热泵蒸发器管侧入口与所述CO₂跨临界发电装置中有机工质冷凝器壳侧出口之间通过第八隔离阀相连，所述第二热泵蒸发器壳侧入口与朗肯循环发电装置中大汽轮机和小汽轮机输出端及所述第一热泵蒸发器壳侧出口相连，且第二热泵蒸发器壳侧入口与大汽轮机和小汽轮机输出端之间设有第五流量调节阀，所述第二热泵蒸发器壳侧出口与朗肯循环发电装置中凝汽器入口相连，所述热泵喷射器驱动流入口与所述第一热泵蒸发器管侧出口连接，所述热泵喷射器吸入流入口与所述第二热泵蒸发器管侧出口相连，所述热泵喷射器出口与所述压缩泵入口相连，所述压缩泵出口与所述冷凝器相连，所述冷凝器用于对外供热或者加热厂区用水。

2.根据权利要求1所述的一种回收电厂冷源热量的发电装置，其特征在于：所述朗肯循环发电装置包括锅炉、过热器、大汽轮机、凝汽器、汽动给水泵、小汽轮机、发电机、第一流量调节阀及管道，所述锅炉输出端与过热器输入端相连，过热器输出端与大汽轮机输入端相连，大汽轮机抽汽口分别与小汽轮机输入端、第一喷射器驱动流入口和第一热泵蒸发器壳侧入口相连，且大汽轮机抽汽口通过第一流量调节阀与小汽轮机输入端相连，所述大汽轮机抽汽口通过第二流量调节阀与第一喷射器驱动流入口相连，所述大汽轮机抽汽口通过第三流量调节阀与第一热泵蒸发器壳侧入口相连，所述大汽轮机及所述小汽轮机出口分别通过第四流量调节阀、第五流量调节阀与第一喷射器吸入流入口和第二热泵蒸发器壳侧入口相连，所述大汽轮机与发电机相连，所述小汽轮机与汽动给水泵相连，所述汽动给水泵输入端与凝汽器输出端相连，所述凝汽器输入端与所述一级蒸发器、二级蒸发器及第二热泵蒸发器壳侧出口相连，且所述凝汽器与一级蒸发器之间设置第二隔离阀，所述汽动给水泵输出端与锅炉输入端相连。

3.一种回收电厂冷源热量的发电方法，采用权利要求1所述的一种回收电厂冷源热量的发电装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在朗肯循环装置中，水在锅炉、过热器中定压吸热至过热蒸汽状态，进入大汽轮机中膨胀做功，此时大汽轮机中的一部分蒸汽由抽汽口抽出分别通过第一流量调节阀进入小汽轮机中用以牵引汽动给水泵做功或通过第二流量调节阀进入CO₂跨临界-喷射发电装置中第一喷射器驱动流入口或通过第三流量调节阀进入喷射式热泵装置中第一热泵蒸发器壳侧入口，剩余部分蒸汽在大汽轮机中继续做功用于带动发电机向外输出电能，从大汽轮机及小汽轮机中排出的低温乏汽经由第四流量调节阀进入第一喷射器吸入流入口，被第一喷射器驱动流入口的高压蒸汽带动混合升温升压用以提高CO₂跨临界-喷射发电装置热源品位或者从大汽轮机及小汽轮机中排出的低温乏汽经由第五流量调节阀进入第二热泵蒸发器中用作换热热源，在CO₂跨临界-喷射发电装置或喷射式热泵装置中充分放热后进入凝汽器；

步骤2，一种回收电厂冷源热量的发电装置分为四个工况，分别为夏季工况、冬季工况、春季工况和秋季工况；

夏季工况时，一般热负荷需求量少、发电量要求占机组总容量的80％以上，凝汽器中真空度为89-95，大汽轮机和小汽轮机输出端乏汽温度≥318K，此时第四流量调节阀打开，来自朗肯循环装置中大汽轮机及小汽轮机尾端的低温乏汽全部流入第一喷射器吸入流入口中，CO₂跨临界-喷射发电装置运行，来自大汽轮机抽汽口的一部分抽汽通过第二流量调节阀进入第一喷射器驱动流入口用以引射吸入流入口的低温乏汽，并在第一喷射器中混合升温升压，提高乏汽品位后进入一级蒸发器用作换热热源；

当一级蒸发器壳侧出口热源温度依然高于313K时，打开一级蒸发器与二级蒸发器之间的第一隔离阀，热源继续流入二级蒸发器中，首次运行CO₂跨临界-喷射发电装置时，外设CO₂存储装置与有机工质冷凝器管侧入口相连，有机工质冷凝器管侧出口流出的CO₂工质经过第六流量调节阀、低压级工质泵及第七流量调节阀、高压级工质泵分别进入二级蒸发器和一级蒸发器内，从二级蒸发器管侧出口流出的CO₂工质经由第三隔离阀流入第二喷射器驱动流入口中用以引射来自于有机工质气轮机的CO₂乏气；从一级蒸发器管侧出口流出的高压CO₂工质直接流入有机工质气轮机中膨胀做功用以带动有机工质发电机向外输出电能，经有机工质气轮机出口流出的CO₂乏气经过第四隔离阀通过第二喷射器的吸入流入口进入到第二喷射器中，第二喷射器中的CO₂高压气体和CO₂乏气在第二喷射器中混合升压，通过第二喷射器的出口流出后，流入有机工质冷凝器管侧入口；当一级蒸发器壳侧出口热源温度低于313K时，打开一级蒸发器与凝汽器之间的第二隔离阀，热源直接流入凝汽器；

当第一隔离阀关闭时，第六流量调节阀关闭，二级蒸发器及低压级工质泵均停止运行，CO₂工质从有机工质冷凝器中全部经第七流量调节阀、高压级工质进入一级蒸发器中；

当第二喷射器所需驱动流入口压力高于4MPa时，开启第八流量调节阀，高压CO₂工质一部分经第八流量调节阀送入第二喷射器驱动流入口中用以引射来自于有机工质气轮机的CO₂乏气，剩余高压CO₂工质直接进入有机工质气轮机中膨胀做功至CO₂工质变成CO₂乏气状态后进入第二喷射器吸入流入口，带动有机工质发电机发电；

当第二喷射器所需驱动流入口压力低于4MPa时，关闭第八流量调节阀，将高压CO₂工质全部送入有机工质气轮机中膨胀做功，带动有机工质发电机发电，同时一部分CO₂工质从有机工质气轮机抽气口抽出通过第九流量调节阀进入第二喷射器驱动流入口，在第二喷射器内作为工作流体，与CO₂乏气在第二喷射器中混合升压后，经过第二喷射器的出口流出，流入有机工质冷凝器内；当工况处于不适用于第二喷射器状态，关闭第四隔离阀，打开第五隔离阀，从一级蒸发器管侧出口流出的CO₂工质全部进入有机工质气轮机中，经过有机工质气轮机出口和第五隔离阀全部送入有机工质冷凝器；

在喷射式热泵装置中，第五流量调节阀、第七隔离阀关闭，同时来自大汽轮机抽汽口的另一部分抽汽通过第三流量调节阀进入第一热泵蒸发器壳侧入口与来自冷凝器的低温高压CO₂换热，换热后的抽汽流入第二热泵蒸发器壳侧入口与低温低压CO₂进一步换热，吸热后的高温高压CO₂进入热泵喷射器驱动流入口用以引射来自第二热泵蒸发器管侧出口的高温低压CO₂，混合升压后流入压缩泵中继续升压至冷凝器所需供热压力，在冷凝器中换热用于加热厂区用水，来自节流阀的低温低压CO₂经过第六隔离阀进入有机工质冷凝器壳侧与管侧的CO₂乏气换热，实现对CO₂乏气的充分冷凝后经第八隔离阀流入第二热泵蒸发器管侧入口；

冬季工况时，一般热负荷需求量大、发电量占机组总容量的50％-80％，凝汽器中真空度为95-98，大汽轮机和小汽轮机输出端乏汽温度为298-308K，此时，第二流量调节阀、第四流量调节阀关闭，CO₂跨临界-喷射发电装置停止运行；第五流量调节阀打开，来自大汽轮机及小汽轮机输出端的乏汽全部进入第二热泵蒸发器中与CO₂介质换热，喷射式热泵装置运行，在热泵装置中，大汽轮机中的一部分高压蒸汽通过抽汽口抽出经第三流量调节阀送至第一热泵蒸发器壳侧入口中用于与来自冷凝器出口的低温高压CO₂介质换热，换热后的抽汽从第一热泵蒸发器壳侧出口流出进入第二热泵蒸发器进行进一步换热，从第一热泵蒸发器流出的高温高压CO₂介质进入热泵喷射器用以引射第二热泵蒸发器管侧出口的高温低压CO₂介质，在热泵喷射器中混合升压后流入压缩泵继续升压至冷凝器所需压力，通过冷凝器换热后向热用户供热，另一部分高压低温CO₂介质经冷凝器管侧出口流出，通过节流阀经第七隔离阀流入第二热泵蒸发器中完成循环；

春季和秋季工况时，热负荷及发电量需求均比较适中，此时同时打开第二流量调节阀、第三流量调节阀、第四流量调节阀、第五流量调节阀，通过调节第二流量调节阀、第三流量调节阀开度分别控制进入第一喷射器驱动流入口和第一热泵蒸发器中的抽汽量，通过调节第四流量调节阀、第五流量调节阀开度分别控制进入第一喷射器吸入流入口和第二热泵蒸发器中的乏汽量用以合理调节供热、发电比例，在CO₂跨临界-喷射发电装置中，来自大汽轮机和小汽轮机尾端的一部分低温乏汽通过第四流量调节阀送入第一喷射器吸入流入口，来自大汽轮机抽汽口的一部分抽汽通过第二流量调节阀进入第一喷射器驱动流入口用以引射吸入流入口的低温乏汽，并在第一喷射器中混合升温升压，提高乏汽品位后进入一级蒸发器用作换热热源，进行发电；

当一级蒸发器壳侧出口热源温度高于313K时，打开一级蒸发器与二级蒸发器之间的第一隔离阀，热源继续流入二级蒸发器中，首次运行CO₂跨临界-喷射发电装置时，外设CO₂存储装置与有机工质冷凝器管侧入口相连，对系统充入CO₂工质，有机工质冷凝器管侧出口流出的CO₂工质经过第六流量调节阀、低压级工质泵及第七流量调节阀、高压级工质泵分别进入二级蒸发器和一级蒸发器内，从二级蒸发器管侧出口流出的CO₂工质经由第三隔离阀流入第二喷射器驱动流入口中用以引射来自于有机工质气轮机的CO₂乏气；从一级蒸发器管侧出口流出的高压CO₂工质直接流入有机工质气轮机中膨胀做功用以带动有机工质发电机向外输出电能，经有机工质气轮机出口流出的CO₂乏气经过第四隔离阀通过第二喷射器的吸入流入口进入到第二喷射器中，第二喷射器中的CO₂高压气体和CO₂乏气在第二喷射器中混合升压，通过第二喷射器的出口流出后，流入有机工质冷凝器管侧入口；

当一级蒸发器壳侧出口热源温度低于313K时，打开一级蒸发器与凝汽器之间的第二隔离阀，热源直接流入凝汽器；

当第一隔离阀和第六流量调节阀同时关闭时，二级蒸发器及低压级工质泵均停止运行，CO₂工质从有机工质冷凝器中全部经第七流量调节阀、高压级工质泵进入一级蒸发器中；当第二喷射器所需驱动流入口压力高于4MPa时，开启第八流量调节阀，高压CO₂工质一部分经第八流量调节阀送入第二喷射器驱动流入口中用以引射来自于有机工质气轮机的CO₂乏气，剩余高压CO₂工质直接进入有机工质气轮机中膨胀做功至CO₂工质变成CO₂乏气状态后进入第二喷射器吸入流入口，带动有机工质发电机发电；

当第二喷射器所需驱动流入口压力低于4MPa时，关闭第八流量调节阀，将高压CO₂工质全部送入有机工质气轮机中膨胀做功，带动有机工质发电机发电，同时一部分CO₂工质从有机工质气轮机抽气口抽出通过第九流量调节阀进入第二喷射器驱动流入口，在第二喷射器内作为工作流体，与CO₂乏气在第二喷射器中混合升压后，经过第二喷射器的出口流出，流入有机工质冷凝器内；当工况处于不适用于第二喷射器状态，关闭第四隔离阀，打开第五隔离阀，从一级蒸发器管侧出口流出的CO₂工质全部进入有机工质气轮机中，经过有机工质气轮机出口和第五隔离阀全部送入有机工质冷凝器；

在喷射式热泵装置中，同时从大汽轮机和小汽轮机中流出的另一部分低温乏汽通过第五流量调节阀送入第二热泵蒸发器壳侧入口，来自大汽轮机抽汽口的另一部分抽汽通过第三流量调节阀进入第一热泵蒸发器壳侧入口与来自冷凝器的低温高压CO₂换热，换热后的抽汽从第一热泵蒸发器壳侧出口流出进入第二热泵蒸发器进行进一步换热，吸热后的高温高压CO₂从第一热泵蒸发器流出进入热泵喷射器驱动流入口用以引射来自第二热泵蒸发器管侧出口的高温低压CO₂，混合升压后送入压缩泵中继续升压至热泵中冷凝器所需供热压力，在冷凝器中用于对外供热，来自节流阀的低温低压CO₂经过第六隔离阀进入有机工质冷凝器壳侧，与管侧的CO₂乏气换热，对CO₂乏气充分冷凝后经第八隔离阀流入第二热泵蒸发器管侧入口，与第二热泵蒸发器壳侧介质充分换热，实现向外供热。