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CN109682099A - 利用烟气与co2余热的增强地热发电与封存一体化系统 - Google Patents

利用烟气与co2余热的增强地热发电与封存一体化系统 Download PDF

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CN109682099A
CN109682099A CN201710558089.7A CN201710558089A CN109682099A CN 109682099 A CN109682099 A CN 109682099A CN 201710558089 A CN201710558089 A CN 201710558089A CN 109682099 A CN109682099 A CN 109682099A
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CN
China
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flue gas
outlet
heater
turbine
air
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CN201710558089.7A
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English (en)
Inventor
许诚
张强
徐钢
郑清清
齐震
刘彤
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North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage

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Abstract

本发明公开了属于发电节能领域的利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统。该系统的低温烟气‑CO2加热器的进口与生产井出口连接，出口与高温烟气‑CO2加热器连接，高温烟气‑CO2加热器出口与CO2透平入口连接，CO2透平与发电机连接；CO2透平出口的CO2依次经过CO2‑给水加热器、CO2‑空气预热器，加热汽轮机回热系统的给水并预热空气，预热后的空气进入主空气预热器加热至所需温度；CO2补充系统补充CO2，经地热升温并部分封存。本发明通过利用锅炉尾部烟气及CO2排气余热，提高系统热效率，用于预热环境空气，并可实现CO2的部分封存，环境效应显著。

Description

利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统
技术领域
本发明专利属于发电节能领域，特别涉及一种利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统。
背景技术
全球变暖的气候问题日益严峻，而中国作为世界上最大的发展中国家，目前是以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，CO2排放具有增长快、总量大的特点。中国的国情、发展阶段和能源结构决定了有效地封存CO2是中国应对气候变化的一项重要战略选择。
增强型地热系统是在干热岩技术基础上提出来的，是地热能蕴藏在地球内部、深度在3～10km、温度达150～650℃的结晶质岩石热，是天然热能的一种。增强型地热系统研究开发是一项综合性很强的工作，我国具备这方面的条件和基础，但是相关部门还没有认识到增强型地热系统的重要性，我国增强型地热系统的开发研究工作基本处于空白。CO2增强型地热系统采用CO2替代水作为工质，能够在利用低渗透性岩层中的地热能的同时封存温室气体。另一方面，CO2增强型地热循环有冷端损失，CO2在透平中做完功后进入气冷器被空气冷却，空气吸收CO2的废热后，直接排入大气空气中，造成热量的浪费。
电厂锅炉排烟能量品位较低，采用低温省煤器已经成为了火电厂节能领域的常规手段之一，但是低温省煤器技术节能效果有限，系统出功及效率增加不显著。同时，也有利用有机朗肯循环系统(ORC)与锅炉尾部烟道余热利用集成，锅炉尾部烟气余热加热有机工质，但是，有机朗肯循环效率很低，低于10％，并且有机朗肯循环的发电量也只有几百瓦，效果不太理想。
CO2作为新一代的动力循环工质，在太阳能、地热能等多领域逐步引起人们的重视。随着对CO2循环深入地研究，将CO2与火力发电厂集成将成为一个有前景的研究方向。
综上所述，若能将CO2增强型地热系统与电厂锅炉尾部烟道及汽轮机回热给水系统相结合，将提高锅炉尾部烟道烟气的余热以及CO2透平出口CO2余热的利用率，提高CO2透平及汽轮机的发电量，提高CO2增强型地热系统及电站系统的效率；同时对CO2进行地质封存，增强了环境效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统；主要包括CO2增强型地热系统生产井、CO2增强型地热系统注入井、主空气预热器、低温烟气-CO2加热器、旁路烟道高温烟气-CO2加热器、CO2-给水加热器、CO2-空气预热器、CO2补充系统、CO2透平和发电机；其特征在于，CO2增强型地热系统生产井1与低温烟气-CO2加热器2进口连接，低温烟气-CO2加热器2出口与旁路烟道高温烟气-CO2加热器3连接，旁路烟道高温烟气-CO2换热器3出口与CO2透平4入口连接，CO2透平4与发电机5连接；CO2透平4排气管道与CO2-给水加热器6的CO2入口侧连接，CO2-给水加热器6给水侧的出、入口与汽轮机的回热系统连接，CO2加热汽轮机回热系统的给水；CO2-给水加热器6的CO2出口侧与CO2-空气预热器7的CO2侧入口连接，CO2-空气预热器7空气侧入口与大气空气连接，出口与锅炉尾部受热面中的主空气预热器10进口连接，CO2-空气预热器7的CO2侧出口出与CO2补充系统8连接。
本发明的有益效果为：
1.CO2增强型地热系统生产井出口CO2温度受限于地热条件，通过与锅炉尾部烟气余热利用集成，CO2温度进一步被升高至320℃～350℃，CO2透平进口参数大大提高，增强型地热系统的出功提高，系统效率大大增加。
2.CO2透平出口的CO2仍具有较高的温度，约250～280℃，可用于加热汽轮机回热系统的高压加热器部分给水至230～260℃，节省高压缸的部分抽汽，汽轮机出功增加，效率提高；CO2-给水加热器出口仍具有较高的温度约170～190℃，继续用于预热环境空气。
3.燃煤电站空气预热被分为两级，CO2-空气预热器可采用紧凑型管式换热器，空气预热过程漏风大幅降低，而空气预热器漏风降低可增加锅炉效率。
4.CO2增强型地热系统每循环一次，约可以封存10％的CO2工质的质量流量，被吸收的CO2由电厂捕集的CO2进行补充，经过对某电厂的案例计算，封存的CO2的质量流量约占电厂捕集的CO2质量流量的1/3，环境效益显著。
附图说明
图1为利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统。
图中：1-CO2增强地热系统生产井；2-低温烟气-CO2加热器；3-旁路烟道高温烟气-CO2加热器；4-CO2透平；5-发电机；6-CO2-给水加热器；7-CO2-空气预热器；8-CO2补充系统；9-CO2增强地热系统注入井；10-主空气预热器。
具体实施方式
本发明专利提供了利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统，下面结合附图和具体实施方式对本系统工作原理做进一步说明。
图1所示为利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统。该系统的CO2增强型地热系统生产井1与低温烟气-CO2加热器2进口连接，低温烟气-CO2加热器2出口与旁路烟道高温烟气-CO2加热器3连接，旁路烟道高温烟气-CO2换热器3出口与CO2透平4入口连接，CO2透平4与发电机5连接；CO2透平4排气管道与CO2-给水加热器6的CO2入口侧连接，CO2-给水加热器6给水侧的入口与出口与汽轮机的回热系统连接，CO2加热汽轮机回热系统的给水，CO2-给水加热器6的CO2出口侧与CO2-空气预热器7的CO2侧入口连接，CO2-空气预热器7空气侧入口与大气空气连接，出口与锅炉尾部受热面中的主空气预热器10进口连接；CO2释放热量，预热空气，CO2-空气预热器7的CO2侧出口与CO2补充系统8和CO2增强地热系统注入井9相连接；其中被CO2释放热量预热的空气进入主空气预热器10再被锅炉尾部受热面预热；经两级空气预热器加热到320-340℃后进入炉膛参与燃烧；
其工作过程为：CO2由地热加热升压，CO2以110℃，18MPa的参数从CO2增强型地热系统生产井1进入低温烟气-CO2加热器2和旁路烟道高温烟气-CO2加热器3，CO2被烟气进一步加热至约320℃～350℃，之后进入CO2透平4膨胀做功，由发电机5将功转化为电；做功后的CO2的温度为250～280℃，从CO2透平出口进入CO2-给水加热器(6)与汽轮机回热系统的给水换热，CO2-给水加热器CO2侧出口温度约170～190℃，预热环境温度的空气；CO2加热汽轮机回热系统的高压加热器加热部分给水至230～260℃，然后进入CO2-空气预热器7，将空气加热到100℃后，被加热后的空气流入主空气预热器10，被另一股烟气加热到320-340℃，进入炉膛燃烧；从CO2-空气预热器7的CO2侧出口出的CO2与CO2补充系统8补充的CO2混合后一并注入增强型地热系统注入井9，在增强型地热系统升温，并一部分封存在地质结构中，剩余部分CO2经增强型地热系统生产井1排出。

Claims (5)

1.一种利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统；主要包括CO2增强型地热系统生产井、CO2增强型地热系统注入井、主空气预热器、低温烟气-CO2加热器、旁路烟道高温烟气-CO2加热器、CO2-给水加热器、CO2-空气预热器、CO2补充系统、CO2透平和发电机；其特征在于，CO2增强型地热系统生产井与低温烟气-CO2加热器进口连接，低温烟气-CO2加热器出口与旁路烟道高温烟气-CO2加热器连接，旁路烟道高温烟气-CO2换热器出口与CO2透平入口连接，CO2透平与发电机连接；CO2透平排气管道与CO2-给水加热器的CO2入口侧连接，CO2-给水加热器给水侧的出、入口与汽轮机的回热系统连接，CO2加热汽轮机回热系统的给水；CO2-给水加热器的CO2出口侧与CO2-空气预热器的CO2侧入口连接，CO2-空气预热器的空气侧入口与大气空气连接，出口与锅炉尾部受热面中的主空气预热器的进口连接；CO2-空气预热器的CO2侧出口与CO2补充系统连接。
2.根据权利要求1所述利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统；其特征在于，所述低温烟气-CO2加热器出口与旁路烟道高温烟气-CO2换热器进口连接，使CO2温度进一步升高，CO2被烟气进一步加热至320～350℃。
3.根据权利要求1所述利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统；其特征在于，所述CO2-空气预热器空气侧入口与大气空气连接，出口与锅炉尾部受热面中的主空气预热器进口连接；其中空气经CO2释放热量预热以及被锅炉尾部受热面预热；经两级空气预热器加热后的320-340℃空气进入炉膛参与燃烧。
4.根据权利要求1所述利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统；其特征在于，所述CO2-空气预热器的CO2侧出口与CO2补充系统连接；从CO2-空气预热器的CO2侧出口出的CO2与CO2补充系统补充的CO2混合后一并注入CO2增强型地热系统注入井，在CO2增强型地热系统升温，并一部分封存在地质结构中，剩余部分CO2经CO2增强型地热系统生产井排出。
5.根据权利要求1所述利用烟气与CO2余热的增强地热发电与封存一体化系统；其特征在于，所述CO2透平出口的CO2温度为250～280℃，从CO2透平出口进入CO2-给水加热器与汽轮机回热系统的给水换热后，CO2-给水加热器CO2侧出口温度为170～190℃，预热环境空气；并且CO2加热汽轮机回热系统的高压加热器，加热部分给水至230～260℃。
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