本發(fā)明涉及電站脫碳儲能調峰，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：
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)技術被認為是減少燃煤電廠碳排放的關鍵手段，其中基于單乙醇胺(mea)溶劑的碳捕集技術因工藝成熟、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中低壓缸的抽汽，這會導致燃煤電廠發(fā)電效率顯著降低，并對低壓缸的安全性產生一定影響。此外，隨著風能、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，可以實現(xiàn)電增值制熱和高效熱電轉換，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峰運行。
技術實現(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，進一步擴展機組調峰區(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換。
4、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：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)中鍋爐的排煙經過脫碳子系統(tǒng)中煙汽冷卻器后進入吸收塔；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置有低壓缸、低壓缸的另一端設置有發(fā)電機、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置有凝結水泵。
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，一路經過調節(jié)閥并通過排氣口進入熱泵儲熱子系統(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水，一路通過抽汽口進入小汽輪機。
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水和高壓加熱器組的疏水后，通過給水泵再次進入高壓加熱器組，并通過高壓加熱器組進入鍋爐。
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，吸收塔底部設置有富液泵、富液泵的另一端設置有貧富液換熱器、貧富液換熱器的另一端與解吸塔、解吸塔的底部設置有再沸器、解吸塔的頂部設置有冷凝器、以及冷凝器的另一端設置有汽水分離器；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換熱器熱側入口連接，高溫換熱器熱側出口與低溫儲罐入口連接；低溫儲罐通過第二閥門與低溫換熱器冷側入口連接，低溫換熱器冷側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)還包括第一壓縮機和第二壓縮機；第一壓縮機通過低溫換熱器與第一高溫回熱器連接，第一高溫回熱器通過第一透平與低溫回熱器連接，低溫回熱器的另一端與第一壓縮機連接；第二壓縮機通過第二高溫回熱器與高溫換熱器連接，高溫換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連接；第二高溫回熱器的熱側出口還與引射器主入口連接；第一高溫回熱器的出口和引射器的出口還與再沸器的入口連接；第一高溫回熱器的入口工質和第二高溫回熱器的入口工質均來自燃煤發(fā)電子系統(tǒng)中的中壓缸的排汽；低溫回熱器的熱側入口和引射器的入口還與汽水分離器的冷側出口連接。
13、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：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)驅動汽輪機發(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)排煙經過冷卻后進入吸收塔，被mea溶液吸收co2，解吸塔釋放co2并再生貧液，利用余熱產生飽和蒸汽；
16、熱泵儲熱子系統(tǒng)的儲熱過程：利用電網多余電力驅動壓縮機ⅰ，將低溫工質壓縮升溫，加熱低溫熔融鹽并儲存于高溫儲罐，將電能轉換為熱能；
17、熱泵儲熱子系統(tǒng)的放熱過程：高溫熔融鹽加熱工質，驅動透平ⅱ做功，產生的機械能用于發(fā)電，將熱能轉換電能；
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，利用余熱蒸汽預熱工質。
20、本發(fā)明的有益效果：通過可逆布雷頓循環(huán)構建的熱泵儲熱子系統(tǒng)，實現(xiàn)了高效的能量轉換和存儲，具有顯著的環(huán)保和經濟效益；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，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，平抑電網波動，消納新能源，擴展機組調峰區(qū)間，提高調峰深度，增強了電網的穩(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，一路經過調節(jié)閥(111)并通過排氣口(z)進入熱泵儲熱子系統(tǒng)(300)；
5.如權利要求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)出口的凝結水和高壓加熱器組(108)的疏水后，通過給水泵(113)再次進入高壓加熱器組(108)，并通過高壓加熱器組(108)進入鍋爐(101)。
6.如權利要求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)底部設置有富液泵(203)、所述富液泵(203)的另一端設置有貧富液換熱器(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)的底部設置有再沸器(206)、所述解吸塔(205)的頂部設置有冷凝器(207)、以及所述冷凝器(207)的另一端設置有汽水分離器(208)；
7.如權利要求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(307)和第二壓縮機(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，