[发明专利]一种可高效回收水和余热的太阳能混合注蒸汽布雷顿循环系统

说明书

本发明公开了一种可高效回收水和余热的太阳能混合注蒸汽布雷顿循环系统，包含余热/水回收子系统、湿空气布雷顿循环子系统和太阳能集热器子系统；余热/水回收子系统包括两级吸收式制冷循环装置和水处理装置；湿空气布雷顿循环子系统包括燃气轮机和蒸汽发生器；空气经回热器回热之后与蒸汽发生器产生的蒸汽混合进入太阳能集热器子系统升温，经燃烧室产生高温气体后进入透平做功，做功后的废气经回热器、蒸汽发生器后再进入高压发生器、低压发生器并驱动两级吸收式制冷循环进行制冷；经过能量梯级利用之后，烟气温度下降到露点温度以下，烟气中的水通过水处理装置进行回收之后，加压送至蒸汽发生器产生所需要的蒸汽。本发明通过将三个子系统的有效耦合大大提高了布雷顿循环功率的输出和余热及水的有效回收。

技术领域

本发明涉及燃气轮机、太阳能和制冷领域，具体涉及一种可高效回收水和余热的太阳能混合注蒸汽布雷顿循环系统。

背景技术

太阳能是一种丰富的可再生清洁能源，利用太阳能热驱动布雷顿循环是太阳能热发电技术的一种重要途径。太阳能布雷顿热发电具有优越的热力性能，其目的是通过开发一种太阳能直接加热压缩空气从而向外做功的混合发电系统，太阳能驱动布雷顿循环发电系统因具有质量轻、可靠性高、结构简单、能够快速启停的优点成为太阳能领域重点研究方向，但现今太阳能发电效率和转换效率较低，且太阳能辐射不足时无法有效地供应电能，使得热发电技术在实际应用中受到了一定的限制。在太阳能热驱动布雷顿燃气轮机基础上耦合一个蒸气回注循环，减小燃烧室的排放和压气机的耗功，燃机效率得到显著提升，从而提高整体的发电能力。

太阳能混合注蒸汽布雷顿循环系统需要消耗大量的水，而在非洲和中国西部等太阳能丰富的地区，缺水问题突出，其推广应用受到极大制约。由太阳能驱动的布雷顿循环排出的尾气中蕴含了大量的水蒸汽和低品位热，亟需解决水和低品位热的高效回收问题，实现近零耗水运行，并进一步显著提升太阳能热的发电效率，大幅度提升太阳能热发电的环境适应性与可持续发展性。

传统的单效吸收式制冷循环由发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器、溶液泵、溶液换热器等组成，可以将一定温度的低品位热源进行利用产生冷量，但是受到冷凝温度、蒸发温度和吸收温度的制约，通常可利用的热源温度需要达到80℃以上，且利用之后的热源温度所对应的烟气露点温度含湿量仍然很高，因此对其中的水蒸汽进行回收的效果差。传统的利用风冷或水冷冷凝器回收水，可以降低烟气露点温度及烟气里含湿量，一般对于水的回收能够达到70％以上，但是较多的冷凝热或者低品位热会被浪费得不到回收。为了提高水蒸气和余热回收效果，需要创新技术实现降低废气的露点温度而显著提升烟气中水蒸气和低品位热的回收效果。本发明将太阳能混合注蒸气布雷顿系统和新型两级吸收制冷系统融合创新，解决当前太阳能热发电技术的重要瓶颈问题，并显著提高整体的运行性能。

发明内容

本发明提出了一种可高效回收水和余热的太阳能混合注蒸汽布雷顿循环系统，解决了蒸汽回注燃气轮机水回收和热回收的问题，并提高了太阳能热发电的效率，同时实现能源多梯级利用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可高效回收水和余热的太阳能混合注蒸汽布雷顿循环系统，包括余热/水回收子系统、湿空气布雷顿循环(Steaminjection gasturbo-STIGT)子系统和太阳能集热器子系统；所述余热/水回收子系统包括一个中间冷却式的两级吸收式制冷循环装置和一个水处理装置；所述湿空气布雷顿循环子系统包括常规微型燃气轮机和一个蒸汽发生器；

所述燃气轮机回热器的第一入口连接压气机出口，所述燃气轮机回热器的第一出口和所述蒸汽发生器的第一出口均接入太阳能集热器子系统，所述太阳能集热器子系统的输出依次经燃烧室、透平后，透平产生的烟气返回所述燃气轮机回热器的第二入口，所述燃气轮机回热器的第二出口连接蒸汽发生器的第一入口；所述蒸汽发生器的第二出口依次经两级吸收式制冷循环装置、水处理装置后返回所述蒸汽发生器的第二入口，形成循环回路；