本發(fā)明涉及電站脫碳儲能調(diào)峰，特別是一種耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
1、電力行業(yè)作為主要的二氧化碳排放源，亟待采取有效的減排措施。燃燒后二氧化碳捕集與封存(ccs)技術(shù)被認(rèn)為是減少燃煤電廠碳排放的關(guān)鍵手段，其中基于單乙醇胺(mea)溶劑的碳捕集技術(shù)因工藝成熟、捕集效率高和成本較低，已被廣泛采用。
2、然而，mea碳捕集過程需要消耗大量熱能，同時釋放出低品位余熱。通常，再沸器所需的熱量來自汽輪機(jī)中低壓缸的抽汽，這會導(dǎo)致燃煤電廠發(fā)電效率顯著降低，并對低壓缸的安全性產(chǎn)生一定影響。此外，隨著風(fēng)能、太陽能等具有顯著時變特性的可再生能源的快速增長，燃煤電廠的運行靈活性需求也不斷提升。熱泵儲熱子系統(tǒng)是一種大規(guī)模電力存儲技術(shù)，可以實現(xiàn)電增值制熱和高效熱電轉(zhuǎn)換，是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ母咝Т笠?guī)模儲能方案。將熱泵儲熱技術(shù)與碳捕集燃煤發(fā)電系統(tǒng)耦合，能夠有效回收碳捕集中的低品位余熱，有望在實現(xiàn)co2減排的同時降低能效懲罰，實現(xiàn)燃煤電廠安全高效的調(diào)峰運行。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。
2、鑒于上述或現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了本發(fā)明。
3、因此，本發(fā)明的目的是提供一種耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)及其方法，其能夠在燃煤發(fā)電系統(tǒng)中有效地降低碳捕集能效懲罰，進(jìn)一步擴(kuò)展機(jī)組調(diào)峰區(qū)間，提升系統(tǒng)運行靈活性，并實現(xiàn)高效的能量存儲和轉(zhuǎn)換。
4、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其包括將熱量轉(zhuǎn)換為電能的燃煤發(fā)電子系統(tǒng)，用于處理二氧化碳排放的脫碳子系統(tǒng)，以及用于提高能源利用效率熱泵儲熱子系統(tǒng)；燃煤發(fā)電子系統(tǒng)中鍋爐的排煙經(jīng)過脫碳子系統(tǒng)中煙汽冷卻器后進(jìn)入吸收塔；燃煤發(fā)電子系統(tǒng)通過高壓缸和中壓缸將鍋爐的產(chǎn)生高溫蒸汽送入熱泵儲熱子系統(tǒng)，熱泵儲熱子系統(tǒng)將吸熱后的高溫熔融鹽存儲至高溫儲罐。
5、作為本發(fā)明所述耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：燃煤發(fā)電子系統(tǒng)包括鍋爐的主蒸汽出口與高壓缸連接、鍋爐的再熱蒸汽出口與中壓缸連接；燃煤發(fā)電子系統(tǒng)還包括，中壓缸的另一端還設(shè)置有低壓缸、低壓缸的另一端設(shè)置有發(fā)電機(jī)、與低壓缸的排汽口連接的凝汽器，以及凝汽器的另一端還設(shè)置有凝結(jié)水泵。
6、作為本發(fā)明所述耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：燃煤發(fā)電子系統(tǒng)還包括，與高壓缸和中壓缸的高壓抽汽連接的高壓加熱器組、與中壓缸和低壓缸的低壓抽汽連接的低壓加熱器組。
7、作為本發(fā)明所述耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：中壓缸的排汽分為三路，一路用來加熱低壓加熱器組部分給水，一路通過節(jié)流閥與低壓缸的蒸汽入口連接，一路經(jīng)過調(diào)節(jié)閥并通過排氣口進(jìn)入熱泵儲熱子系統(tǒng)；中壓缸的中間抽汽分為三路，一路用來加熱高壓加熱器組部分給水，一路用來加熱除氧器中的凝結(jié)水，一路通過抽汽口進(jìn)入小汽輪機(jī)。
8、作為本發(fā)明所述耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：除氧器接收來自低壓加熱器組出口的凝結(jié)水和高壓加熱器組的疏水后，通過給水泵再次進(jìn)入高壓加熱器組，并通過高壓加熱器組進(jìn)入鍋爐。
9、作為本發(fā)明所述耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：脫碳子系統(tǒng)還包括，吸收塔底部設(shè)置有富液泵、富液泵的另一端設(shè)置有貧富液換熱器、貧富液換熱器的另一端與解吸塔、解吸塔的底部設(shè)置有再沸器、解吸塔的頂部設(shè)置有冷凝器、以及冷凝器的另一端設(shè)置有汽水分離器；再沸器的出口還與凝汽器的入口連接。
10、作為本發(fā)明所述耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：脫碳子系統(tǒng)還包括，貧富液換熱器的另一端設(shè)置有貧液冷卻器，貧液冷卻器通過集流閥與吸收塔連接；吸收塔上還設(shè)置有吸收塔排汽冷卻泵。
11、作為本發(fā)明所述耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：熱泵儲熱子系統(tǒng)包括高溫儲罐和低溫儲罐；高溫儲罐通過第一閥門與高溫?fù)Q熱器熱側(cè)入口連接，高溫?fù)Q熱器熱側(cè)出口與低溫儲罐入口連接；低溫儲罐通過第二閥門與低溫?fù)Q熱器冷側(cè)入口連接，低溫?fù)Q熱器冷側(cè)出口與高溫儲罐入口連接。
12、作為本發(fā)明所述耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：熱泵儲熱子系統(tǒng)還包括第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)；第一壓縮機(jī)通過低溫?fù)Q熱器與第一高溫回?zé)崞鬟B接，第一高溫回?zé)崞魍ㄟ^第一透平與低溫回?zé)崞鬟B接，低溫回?zé)崞鞯牧硪欢伺c第一壓縮機(jī)連接；第二壓縮機(jī)通過第二高溫回?zé)崞髋c高溫?fù)Q熱器連接，高溫?fù)Q熱器通過第二透平與冷卻器連接，冷卻器的另一端與第二壓縮機(jī)連接；第二高溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)出口還與引射器主入口連接；第一高溫回?zé)崞鞯某隹诤鸵淦鞯某隹谶€與再沸器的入口連接；第一高溫回?zé)崞鞯娜肟诠べ|(zhì)和第二高溫回?zé)崞鞯娜肟诠べ|(zhì)均來自燃煤發(fā)電子系統(tǒng)中的中壓缸的排汽；低溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口和引射器的入口還與汽水分離器的冷側(cè)出口連接。
13、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電運行方法，包括一種耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，
14、通過燃煤發(fā)電子系統(tǒng)驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電，并抽取部分蒸汽用于碳捕集和熱泵儲熱子系統(tǒng)；
15、燃煤發(fā)電子系統(tǒng)排煙經(jīng)過冷卻后進(jìn)入吸收塔，被mea溶液吸收co2，解吸塔釋放co2并再生貧液，利用余熱產(chǎn)生飽和蒸汽；
16、熱泵儲熱子系統(tǒng)的儲熱過程：利用電網(wǎng)多余電力驅(qū)動壓縮機(jī)ⅰ，將低溫工質(zhì)壓縮升溫，加熱低溫熔融鹽并儲存于高溫儲罐，將電能轉(zhuǎn)換為熱能；
17、熱泵儲熱子系統(tǒng)的放熱過程：高溫熔融鹽加熱工質(zhì)，驅(qū)動透平ⅱ做功，產(chǎn)生的機(jī)械能用于發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)換電能；
18、儲熱和放熱過程中，來自中壓缸抽汽的熱量和co2放出的部分熱量，經(jīng)過引射器混合后，共同為脫碳子系統(tǒng)中的再沸器提供熱源，用于co2的解吸；
19、耦合燃煤發(fā)電子系統(tǒng)、脫碳子系統(tǒng)與熱泵儲熱子系統(tǒng)，通過中壓缸抽汽為熱泵和再沸器供熱，利用余熱蒸汽預(yù)熱工質(zhì)。
20、本發(fā)明的有益效果：通過可逆布雷頓循環(huán)構(gòu)建的熱泵儲熱子系統(tǒng)，實現(xiàn)了高效的能量轉(zhuǎn)換和存儲，具有顯著的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益；本系統(tǒng)不受地理條件限制，能夠大規(guī)模長周期儲熱，且由于采用超臨界二氧化碳作為循環(huán)工質(zhì)，提高了往返效率和功率密度。此外，本發(fā)明通過集成熱泵儲熱子系統(tǒng)，有效回收mea碳捕集系統(tǒng)的廢熱，減少能源浪費，同時替代部分脫碳用汽為再沸器提供熱量，降低了碳捕集過程的能耗。更重要的是，本系統(tǒng)能夠在用電低谷時將多余電能存儲到熔鹽中，平抑電網(wǎng)波動，消納新能源，擴(kuò)展機(jī)組調(diào)峰區(qū)間，提高調(diào)峰深度，增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和靈活性。本發(fā)明整體不僅提升了燃煤電廠的能源利用效率，還為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和新能源的高效利用提供了有力支持。
1.一種耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其特征在于：包括，
2.如權(quán)利要求1所述的耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其特征在于：所述燃煤發(fā)電子系統(tǒng)(100)包括鍋爐(101)的主蒸汽出口與高壓缸(102)連接、所述鍋爐(101)的再熱蒸汽出口與中壓缸(103)連接；
3.如權(quán)利要求2所述的耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其特征在于：所述燃煤發(fā)電子系統(tǒng)(100)還包括，與所述高壓缸(102)和中壓缸(103)的高壓抽汽連接的高壓加熱器組(108)、與所述中壓缸(103)和低壓缸(104)的低壓抽汽連接的低壓加熱器組(109)。
4.如權(quán)利要求3所述的耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其特征在于：所述中壓缸(103)的排汽分為三路，一路用來加熱低壓加熱器組(109)部分給水，一路通過節(jié)流閥(110)與低壓缸(104)的蒸汽入口連接，一路經(jīng)過調(diào)節(jié)閥(111)并通過排氣口(z)進(jìn)入熱泵儲熱子系統(tǒng)(300)；
5.如權(quán)利要求4所述的耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其特征在于：所述除氧器(112)接收來自低壓加熱器組(109)出口的凝結(jié)水和高壓加熱器組(108)的疏水后，通過給水泵(113)再次進(jìn)入高壓加熱器組(108)，并通過高壓加熱器組(108)進(jìn)入鍋爐(101)。
6.如權(quán)利要求5所述的耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其特征在于：所述脫碳子系統(tǒng)(200)還包括，所述吸收塔(202)底部設(shè)置有富液泵(203)、所述富液泵(203)的另一端設(shè)置有貧富液換熱器(204)、所述貧富液換熱器(204)的另一端與解吸塔(205)、所述解吸塔(205)的底部設(shè)置有再沸器(206)、所述解吸塔(205)的頂部設(shè)置有冷凝器(207)、以及所述冷凝器(207)的另一端設(shè)置有汽水分離器(208)；
7.如權(quán)利要求6所述的耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其特征在于：所述脫碳子系統(tǒng)(200)還包括，所述貧富液換熱器(204)的另一端設(shè)置有貧液冷卻器(209)，所述貧液冷卻器(209)通過集流閥(210)與吸收塔(202)連接；
8.如權(quán)利要求7所述的耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其特征在于：所述熱泵儲熱子系統(tǒng)(300)包括高溫儲罐(301)和低溫儲罐(302)；
9.如權(quán)利要求8所述的耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)，其特征在于：所述熱泵儲熱子系統(tǒng)(300)還包括第一壓縮機(jī)(307)和第二壓縮機(jī)(308)；
10.一種耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電運行方法，其特征在于：如權(quán)利要求1～9任一所述的耦合可逆布雷頓循環(huán)熱泵的脫碳煤電系統(tǒng)；以及，