一种低能耗捕集二氧化碳的多联供系统和方法转让专利
申请号 : CN202110740082.3
文献号 : CN113482736B
文献日 : 2022-04-22
发明人 : 于泽庭 , 梁文兴
申请人 : 山东大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:包括:燃料电池SOFC、燃烧室、热水换热器、冷凝换热器、CO2换热器;
燃料电池SOFC的阳极气体出口依次与燃烧室、热水换热器、冷凝换热器、CO2换热器连接;
LNG储液装置,LNG储液装置液体出口与CO2换热器的冷凝介质入口连接;
还包括燃气轮机,燃料电池的阴极气体出口与燃气轮机连接;
还包括空气预热器、燃料预热器、水预热器,燃气轮机的气体出口依次与空气预热器、燃料预热器、水预热器连接;
还包括二氧化碳锅炉、二氧化碳透平、二氧化碳回热器、二氧化碳冷凝器,水预热器的热介质出口与二氧化碳锅炉的热介质入口连接,二氧化碳锅炉的二氧化碳气体出口依次连接二氧化碳透平、二氧化碳回热器、二氧化碳冷凝器,二氧化碳冷凝器的二氧化碳液体出口依次连接二氧化碳回热器、二氧化碳锅炉。
2.如权利要求1所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:还包括空气再热器、第二混合再热器,燃烧室的烟气出口依次与空气再热器、第二混合再热器连接,空气再热器、第二混合再热器分别与燃料电池的气体进口连接,第二混合再热器的热介质出口与热水换热器连接,烟气加热进入到燃料电池的原料。
3.如权利要求2所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:还包括第一混合加热器,第一混合加热器的低温介质入口与SOFC的阴极气体出口连接,第一混合加热器的低温介质出口与燃气轮机连接,第一混合加热器的热介质入口与燃烧室的烟气出口连接,第一混合加热器的热介质出口与空气再热器连接。
4.如权利要求1所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:还包括二氧化碳压缩机,冷凝换热器的气体出口与二氧化碳压缩机连接,二氧化碳压缩机与CO2换热器连接。
5.如权利要求3所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:还包括丙烷锅炉、丙烷透平、丙烷回热器、丙烷冷凝器,二氧化碳锅炉的热介质出口与丙烷锅炉连接,丙烷锅炉的丙烷气体出口依次与丙烷透平、丙烷回热器、丙烷冷凝器连接,丙烷冷凝器的丙烷液体出口依次与丙烷回热器、丙烷锅炉连接。
6.如权利要求5所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:还包括LNG分流器、LNG混合器,LNG储液罐的液体出口与丙烷冷凝器、LNG分流器连接,LNG分流器分别与二氧化碳冷凝器、CO2换热器的冷凝介质入口连接,二氧化碳冷凝器的冷凝介质出口、CO2换热器的冷凝介质出口分别与LNG混合器连接,LNG混合器出口与蓄冷器连接。
7.如权利要求1所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:热水换热器与水源连接,冷凝换热器与低温水源连接。
8.如权利要求6所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:蓄冷器与冷却介质连接。
9.如权利要求1所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:还包括空气压缩机,空气压缩机的气体进口与空气源连接,空气压缩机的气体出口与空气预热器的空气进口连接,空气预热器的空气出口与空气再热器的空气进口连接。
10.如权利要求1所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:还包括燃料压缩机、燃料预热器,燃料压缩机的燃料进口与燃料源连接,燃料压缩机的燃料出口与燃料预热器的燃料进口连接,燃料预热器的燃料出口与第二混合再热器的燃料进口连接。
11.如权利要求1所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统,其特征在于:还包括混合器,水预热器与水源连接,水预热器的水出口与混合器的水入口连接,混合器的气体进口与燃料预热器的气体出口连接,混合器的混合料出口与第二混再热器的燃料进口连接。
12.利用权利要求5所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供系统进行低能耗捕集二氧化碳的多联供方法,其特征在于:具体步骤为:燃料电池排出的阳极气体进入到燃烧室进行燃烧,燃烧得到的烟气依次经过第一混合加热器、空气再热器、热水换热器、冷凝换热器进行换热,烟气中的水蒸气冷凝分离,剩余的气体经过压缩后进入到CO2换热器中与LNG液体进行换热,得到CO2液体;
LNG液体经过蓄冷器的进一步换热得到天然气。
13.如权利要求12所述的低能耗捕集二氧化碳的多联供方法,其特征在于:燃料电池的阴极气体经过第一混合加热器加热后进入到燃气轮机进行做功,然后依次进入到空气预热器、燃料预热器、水预热器、二氧化碳锅炉、丙烷锅炉进行换热;
二氧化碳气体经过二氧化碳锅炉吸热后进入到二氧化碳透平进行做功,然后经过二氧化碳回热器进行换热后,进入到二氧化碳冷凝器与LNG液体进行换热得到过冷液体,再经过二氧化碳泵加压至超临界压力后依次进入二氧化碳回热器、二氧化碳锅炉进行加热;
经丙烷锅炉加热后的超临界丙烷进入丙烷透平,推动丙烷透平对外做功,对外做功后压力降至亚临界压力,然后通过丙烷回热器预冷后送至丙烷冷凝器与 LNG换热,被冷却至过冷状态,接着从丙烷冷凝器出来的过冷液体经丙烷泵加压至超临界压力,送至丙烷回热器预热,最后被送入锅炉加热;
LNG经加压后通过丙烷冷凝器与丙烷换热,自身被升温,接着通过分成两路,一路进入二氧化碳冷凝器与二氧化碳换热被加热,另一路被送至CO2换热器中与二氧化碳发生热交换,自身继续升温,两路分别换热后,进行混合,混合之后的LNG与外界水在蓄冷器进行换热,外界水被冷却,供给空调系统,LNG自身升温进行天然气供应;
空气、燃料、水分别经过空气预热器、燃料预热器、水预热器进行预热后,燃料和水混合,然后燃料和水经过第二混合再热器进行加热,空气经过空气再热器进行加热,然后进入到燃料电池;
外界的水经过热水换热器加热后,给用户提供热水;
外界水经过冷凝换热器加热后,得到热水,冷凝换热器得到燃烧室排出的烟气冷凝后的冷凝水。
说明书 :
一种低能耗捕集二氧化碳的多联供系统和方法
技术领域
背景技术
术。
径。
温度仍然较高,直接排出浪费能源。
污染,同时还造成了大量冷能浪费。
现较高输出功;但因其冷凝温度要低于CO2临界点温度(30.98℃),所以很难在常温下进行
冷却。
发明内容
供给LNG,助于LNG的气化。解决了CO2很难在常温下进行冷却的问题。
出的烟气中的水蒸气被冷凝后得到的冷凝水)的回收,既保证了较高的联供效率和发电效
率,又满足了用户的多种需求。
池的气体进口连接,第二混合再热器的热介质出口与热水换热器连接。烟气加热进入到燃
料电池的原料。第二混合再热器用于燃料的加热,燃烧室燃烧后的气体经过空气再热器加
热空气之后,进入到第二混合再热器进行加热燃料。
质入口与燃烧室的烟气出口连接,第一混合加热器的热介质出口与空气再热器连接。
高发电效果。本发明中将阳极气体和阴极气体分别排放。
碳压缩机压缩后,主要成分为CO2,进入到CO2换热器中进行换热。
气预热器、燃料预热器、水预热器进行换热,充分的利用燃气轮机排出的气体的热量。
锅炉的二氧化碳气体出口依次连接二氧化碳透平、二氧化碳回热器、二氧化碳冷凝器,二氧
化碳冷凝器的二氧化碳液体出口依次连接二氧化碳回热器、二氧化碳锅炉。
平、丙烷回热器、丙烷冷凝器连接,丙烷冷凝器的丙烷液体出口依次与丙烷回热器、丙烷锅
炉连接。
质入口连接,二氧化碳冷凝器的冷凝介质出口、CO2换热器的冷凝介质出口分别与LNG混合
器连接,LNG混合器出口与蓄冷器连接。LNG先进入到丙烷冷凝器,然后经过LNG分流器后,依
次进入到二氧化碳冷凝器、CO2换热器进行吸收热量。解决LNG气化过程的冷能的回收,有助
于将LNG由液态转变为气态。
连接,自身的温度降低,水分被冷凝从气体中分离,剩余气体主要为二氧化碳。在本发明的
一些实施方式中,蓄冷器与冷却介质连接。冷凝介质被冷却后,进行供冷。
再热器的热介质出口与热水换热器的热介质进口连接。
空气出口与空气再热器的空气进口连接。空气通过空气压缩机压缩后,进入到空气预热器
进行预热,然后再进入到空气再热器进行进一步加热。
燃料出口与第二混合再热器的燃料进口连接。燃料经过燃料压缩机后进入到燃料预热器进
行预热,然后进入到第二混合器中。
接,混合器的混合料出口与第二混合再热器的燃料进口连接。水预热之后进入到混合器中
与燃料进行混合,燃料和水在混合器M1混合形成混合物,混合物经第二混合再热器PH52加
热后送至燃料电池SOFC阳极入口。
余的气体经过压缩后进入到CO2换热器中与LNG液体进行换热,得到CO2液体;
进行换热。
换热得到过冷液体,再经过二氧化碳泵加压至超临界压力后依次进入二氧化碳回热器、二
氧化碳锅炉进行加热。
凝器与LNG换热,被冷却至过冷状态,接着从丙烷冷凝器出来的过冷液体经丙烷泵加压至超
临界压力,送至丙烷回热器预热,最后被送入锅炉加热。
器中与二氧化碳发生热交换,自身继续升温,两路分别换热后,进行混合,混合之后的LNG与
外界水在蓄冷器进行换热,外界水被冷却,供给空调系统,LNG自身升温进行天然气供应。
热器进行加热,然后进入到燃料电池。
级利用,有利于二氧化碳捕集。
实现二氧化碳低能耗捕集和LNG冷能梯级利用。
供热;通过冷凝换热器CHE既满足了用户部分热需求,同时还可进行冷凝水的回收;通过引
入二氧化碳压缩机C和LNG、CO2换热器LCHE进行二氧化碳捕集;通过设置蓄冷器RS满足用户
冷需求;LNG冷能梯级利用升温后,还可实现天然气的供应。
题,又实现了LNG冷能梯级利用,大幅降低了工质的冷凝温度,从而可以减小膨胀背压,增加
系统的发电量,提升系统的发电效率,具有很好的节能降耗效果。
附图说明
热器;PH52‑第二混合再热器;HE‑热水换热器;CHE‑冷凝换热器;C‑二氧化碳压缩机;LCHE‑
CO2换热器;CT‑CO2储液罐;RS‑蓄冷器;HRVG1‑二氧化碳锅炉;HRVG2‑丙烷锅炉;T1‑二氧化碳
透平;T2‑丙烷透平;RE1‑二氧化碳回热器;RE2‑丙烷回热器;Cond1‑二氧化碳冷凝器;
Cond2‑丙烷冷凝器;P1‑二氧化碳泵;P2‑丙烷泵;LP‑LNG泵;S‑LNG分流器;M2‑LNG混合器;
LT‑LNG储液罐;
具体实施方式
理解的相同含义。
也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
预热后送至混合器M1;同时,水依次经水泵加压,水预热器PH3预热后,也送至混合器M1;燃
料和水在混合器M1混合形成混合物,混合物经第二混合再热器PH52加热后送至燃料电池
SOFC阳极入口。
推动燃气轮机GT对外做功,从GT出来的气体先依次经过换热器PH1、PH2、PH3进行换热,之后
依次通过锅炉HRVG1和HRVG2为跨临界有机朗肯循环和跨临界二氧化碳循环提供热量。另一
路,从阳极出来的气体(CO,CO2,CH4,H2,H2O)与氧气在燃烧室B中恰好完全燃烧,从燃烧室B
出来的气体(CO2和H2O),依次通过PH51(第一混合加热器)、换热器PH4(空气再热器)进行换
热,换热后气体通过热水换热器HE换热,为用户提供热水;接着气体通过冷凝换热器CHE与
外界水进行换热,一方面可以加热外界水提供热水,另一方面气体自身被冷却温度降低,气
体中混有的水分被冷凝分离;从CHE出来的气体主要成分为二氧化碳,气体通过二氧化碳压
缩机压缩后通过LNG、CO2换热器LCHE与低温的液化石油天然气LNG换热,二氧化碳冷凝之后
送至CO2储液罐CT中储存。
碳冷凝器Cond1与来自LNG分流器S的LNG换热,被冷却至过冷状态,接着从Cond1出来的过冷
液体经二氧化碳泵P1加压至超临界压力,送至二氧化碳回热器RE1预热,最后被送入锅炉加
热。
冷凝器Cond2与来自LNG泵LP的LNG换热,被冷却至过冷状态,接着从Cond2出来的过冷液体
经丙烷泵P2加压至超临界压力,送至丙烷回热器RE2预热,最后被送入锅炉加热。
LNG、CO2换热器LCHE中与来自二氧化碳压缩机C加压后的二氧化碳发生热交换,自身继续升
温,两路分别换热后,在LNG混合器M2中混合,混合之后的LNG与外界水在蓄冷器RS进行换
热,外界水被冷却至7℃,供给空调系统,LNG自身升温至5℃进行天然气供应。
电效率达到44.46,联供效率较高。压缩机耗功较小。实现了二氧化碳的捕集,捕集下来得到
二氧化碳,同时实现了排放的冷凝水的回收。LNG液态经过换热后,将变为气态过程中的冷
能进行回收,并且实现了天然气的供应。系统具有较好的节能降耗效果。
改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。