[发明专利]一种高效布雷顿-朗肯循环柔性发电系统

说明书

本发明公开一种高效布雷顿‑朗肯循环柔性发电系统，包括锅炉供热子系统、超临界布雷顿循环子系统、有机朗肯循环子系统和控制子系统。本发明通过控制子系统调节布雷顿循环工质组分，可使布雷顿循环工质临界点变化而保持超临界状态，同时当布雷顿循环余热量少时，有机工质流向布雷顿循环调节组分，使临界温度降低；而当布雷顿循环余热量多时，有机工质流向ORC系统，提高ORC工质流量，充分吸收布雷顿循环的余热，提高能源转换和利用效率。利用多级分组循环分离系统实现高效组分分离。

技术领域

本发明涉及燃煤发电技术领域，具体为一种布雷顿循环和有机朗肯循环柔性发电系统。

背景技术

我国是煤炭消耗大国，其中燃煤发电量占我国总发电量的70％以上。目前，燃煤发电广泛采用蒸汽朗肯循环，但由于受水的物性、相变火用损和材料等限制，发电效率遇到瓶颈。相反，由于超临界二氧化碳(SCO₂)布雷顿循环效率高、系统结构紧凑和环境友好等优势，SCO₂燃煤发电逐渐成为研究热点。

现阶段SCO₂燃煤发电系统都处于概念设计阶段，普遍都是定参数设计集成，但实际电厂运行中冷源温度会随季节变化而变化，所以如何在环境温度低的季节利用好环境冷量，环境温度高时又能最大限度发电，成为现阶段急需解决的一个重要问题。

CO₂临界点温度低(30.98℃)，容易达到，临界点附近密度大，粘性小，压缩因子较小，可以降低压缩机耗功，提高循环效率。所以通常冷却器需要使CO₂尽量冷却至临界点附近，但这就会使冷却水温不容易控制，环境温度与冷却水温差大时，极易发生相变，影响系统正常运行。

CO₂进冷却器时的温度随冷却水温度的变化而变化，当冷却水温度为20℃时，CO₂进冷却器时的温度约为100℃；但当冷却水温度为30℃时，CO₂进冷却器时的温度高达150℃。所以，环境温度越高，废热量也越大，如果将这部分热量利用水冷却，不仅容易造成低温污染，还会带来巨大的火用损，降低能源转换和利用效率。

研究发现，CO₂和有机工质混合组成二元混合新工质可获得不同的临界温度。并且，当有机工质组分越大时，新工质的临界温度越低，即新工质越适应低温季节运行；而当有机工质组分越小，甚至纯CO₂工质时，工质越适应高温季节运行。

与常规蒸汽朗肯循环不同，蒸汽锅炉炉膛内时气液换热，且存在相变传热，传热系数大；而CO₂锅炉炉膛内工质与管壁也是超临界流体与壁面间的对流换热过程，这使得管内工质与壁面间传热系数过小，极易导致造成传热恶化现象，影响锅炉的安全运行。因此，还需要提出合理的办法来增强CO₂与管壁间的换热。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种布雷顿循环和有机朗肯循环柔性发电系统。通过调节布雷顿循环工质组分，可使布雷顿循环工质临界点变化而保持超临界状态，同时当布雷顿循环余热量少时，有机工质流向布雷顿循环调节组分，使临界温度降低；而当布雷顿循环余热量多时，有机工质流向ORC系统，提高ORC工质流量，充分吸收布雷顿循环的余热，提高能源转换和利用效率。利用多级分组循环分离系统实现高效组分分离。同时，在燃煤锅炉炉膛内设置电场，电场的存在有效强化管内工质与壁面的换热，避免造成传热恶化现象，并利用电场结合震动板可有效减少炉膛积灰现在。最后，本发明还相应设计了套系统控制策略，可根据测量数据快速准确的调节系统高效运行。

本发明解决其技术问题所采用技术方案为：一种高效布雷顿-朗肯循环柔性发电系统，包括锅炉供热子系统、超临界布雷顿循环子系统、有机朗肯循环(Organic RankineCycle，简称ORC)子系统和控制子系统；

所述锅炉供热子系统包括冷却壁、再热壁、高温过热器、低温过热器、再热器、省煤器和烟气吸收器；