[发明专利]一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法

说明书

本发明公开了一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法。本发明采用2‑甲基咪唑水溶液在低温(20～40℃)、低压(0.2～0.3MPa)下吸收CO₂，在较高温度(80～120℃)下吸收热量，释放出高压(0.8～1.2MPa)CO₂气体，通过透平膨胀对外做功发电。由于CO₂的解吸温度在80℃左右，因此可以利用太阳能热水、地热或工厂低温废热作为解吸的热源，实现低温位循环发电。

技术领域

本发明涉及低品位热能发电技术领域，具体涉及一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法。

背景技术

目前应用最广泛的发电方法为朗肯循环，然而在实际应用中主要存在以下两个方面问题。一是由于循环介质多采用低沸点化合物，因此需要设置冷凝器、蒸发器使工质发生相变，消耗能量较多，设备热负荷较大。另一方面，为提高朗肯循环热效率，常引入再热器实现二次等压加热过程，过热水蒸汽使得过热器和透平机等耐高温设备投资费用较高。

2-甲基咪唑属于咪唑类化合物，沸点267℃，因其低毒性、高化学稳定性、生产成本低等性质被广泛应用于缓蚀剂、气体分离等领域，常作为配体合成沸石咪唑类材料(ZIFs)。2-甲基咪唑对CO₂气体有着良好的吸收性能，因此可作为CO₂气体的吸收剂，此外在温度较高时(约80℃)溶液中的CO₂可以发生解吸过程，实现吸收剂的可循环利用。本发明利用低品位热能，如太阳能、地热能以及工厂低温废热等，只需为流体输送消耗较少的机械能，能够大幅度降低低温发电循环的能耗，具有安全环保、运行稳定、热效率高等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统和方法。该低温循环发电系统利用低品位热能提供热量，2-甲基咪唑水溶液对CO₂气体的吸收-解吸过程实现发电，相比于传统的低温朗肯循环发电，可实现太阳能热水、地热能以及工厂废热等低品位热源的高效利用，整体提高系统的稳定性与高效性。

为实现上述目的，本发明采用的以下技术方案：

本发明一方面提供一种以二氧化碳气体为工质的低温循环发电系统，该低温循环发电系统采用CO₂气体作为循环工质，2-甲基咪唑水溶液为吸收介质，包括：

CO₂吸收单元、第一换热器、循环增压泵、CO₂解吸单元、CO₂透平机、发电机；

所述CO₂吸收单元的出口经过所述第一换热器之后与所述循环增压泵的入口连接，所述循环增压泵的出口与所述CO₂解吸单元的入口连接，所述CO₂解吸单元的液体出口经过所述第一换热器之后与所述CO₂吸收单元的入口连接；所述CO₂解吸单元的气体出口与所述CO₂透平机的入口连接，所述CO₂透平机的出口与所述CO₂吸收单元的入口连接，且所述CO₂透平机与所述发电机连接；所述CO₂解吸单元设置有加热装置，所述加热装置由低品位热源提供热量。

根据本发明的低温循环发电系统，优选地，所述低品位热源选自太阳能热水、地热或工厂低温废热。例如，所述加热装置为热水器，其加热水的热源为太阳能热水、地热或工厂低温废热等低品位热源；所述加热装置中的热水通过加热盘管为所述CO₂解吸单元提供热量。当采用太阳能热水时，所述加热装置为太阳能热水器。

根据本发明的低温循环发电系统，优选地，所述CO₂吸收单元设置有外取热器，用于及时移走反应的吸收热，使CO₂吸收过程体系温度稳定。

根据本发明的低温循环发电系统，优选地，所述外取热器的内部取热介质为冷却水。