本實用新型涉及一種采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質(zhì)燃燒發(fā)電系統(tǒng)及其工作方法，屬于生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是重要的可再生能源之一，具有資源豐富、可再生、分布地域廣、二氧化碳零排放、大氣污染物排放少等優(yōu)點，國內(nèi)外均在大力發(fā)展生物質(zhì)能源發(fā)電技術(shù)。生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)主要有直接燃燒發(fā)電、混合燃燒發(fā)電、熱解氣化發(fā)電和沼氣發(fā)電四類。利用生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)建設(shè)的發(fā)電廠容量大、效率高，同時環(huán)保效益突出。目前，生物質(zhì)燃燒電廠普遍采用蒸汽朗肯循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)。
近年來，超臨界二氧化碳循環(huán)成為研究熱點，并且被認為具有諸多潛在優(yōu)勢。二氧化碳的臨界點為31℃/7.4MPa，在溫度和壓力超過臨界點時的狀態(tài)為超臨界態(tài)。超臨界二氧化碳循環(huán)的研究始于上世紀四十年代，在六、七十年代取得階段性研究成果，之后主要由于透平機械、緊湊式熱交換器制造技術(shù)不成熟而中止，直至本世紀初，超臨界二氧化碳循環(huán)的研究在美國再度興起，并為世界其它國家所關(guān)注。由于二氧化碳化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、密度高、無毒性、低成本、循環(huán)系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高，超臨界二氧化碳循環(huán)可以與各種熱源組合成發(fā)電系統(tǒng)，被認為在火力發(fā)電、核能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、余熱發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
簡單的不帶回?zé)岬某R界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)主要由壓縮機、透平、發(fā)電機、熱交換器、冷卻器等組成。低溫低壓工質(zhì)首先進入壓縮機壓縮至高壓，經(jīng)熱交換器從熱源吸收熱量達到最高溫度，然后進入透平做功推動發(fā)電機工作，透平排出的工質(zhì)經(jīng)冷卻器冷卻后進入下一個循環(huán)過程。對此簡單循環(huán)結(jié)構(gòu)進行改進和優(yōu)化，可以提高循環(huán)的熱效率，例如：回?zé)?、分流再壓縮、再熱等。
超臨界二氧化碳循環(huán)可以與生物質(zhì)燃燒相結(jié)合形成新型的發(fā)電系統(tǒng)，其系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、能量利用率高，可實現(xiàn)電廠的小型化和模塊化，并有利于降低建造成本。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型要解決的技術(shù)問題是如何簡化生物質(zhì)燃燒發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高其能量利用率。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是提供一種采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質(zhì)燃燒發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：包括燃燒爐，料倉通過給料機連接燃燒爐的進料口，送風(fēng)機連接空氣加熱器的低壓側(cè)進口，空氣加熱器的低壓側(cè)出口連接燃燒爐的進風(fēng)口和烘干機，烘干機連接料倉，燃燒爐的排煙口、除塵器、引風(fēng)機、煙囪依次連接；
換熱器設(shè)于燃燒爐內(nèi)，壓縮機出口連接換熱器進口，換熱器出口連接透平入口，透平與發(fā)電機相連，透平出口連接空氣加熱器的高壓側(cè)進口，空氣加熱器的高壓側(cè)出口連接帶中間冷卻的壓縮機，帶中間冷卻的壓縮機連接冷卻器，冷卻器連接壓縮機入口。
優(yōu)選地，所述帶中間冷卻的壓縮機為用于將空氣加熱器高壓側(cè)出口的二氧化碳工質(zhì)升至臨界壓力的壓縮裝置。
優(yōu)選地，所述冷卻器為用于將帶中間冷卻的壓縮機輸出的二氧化碳工質(zhì)冷卻至臨界溫度的冷卻裝置。
本實用新型還提供了一種采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質(zhì)燃燒發(fā)電方法，其特征在于：采用上述的采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質(zhì)燃燒發(fā)電系統(tǒng)，步驟為：
給料機將料倉內(nèi)的生物質(zhì)燃料輸送給燃燒爐，通過燃燒爐直接燃燒生物質(zhì)燃料，燃燒產(chǎn)生的灰渣由燃燒爐的出灰口排出，燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵器除塵后、經(jīng)引風(fēng)機從煙囪排放；
壓縮機將二氧化碳工質(zhì)增壓后送入換熱器內(nèi)，二氧化碳工質(zhì)經(jīng)換熱器加熱后進入透平，透平推動發(fā)電機做功發(fā)電，二氧化碳工質(zhì)溫度和壓力均下降，透平排出的二氧化碳工質(zhì)進入空氣加熱器內(nèi)與送風(fēng)機送入的空氣進行熱交換，自空氣加熱器出來的二氧化碳工質(zhì)經(jīng)帶中間冷卻的壓縮機增壓后，送入冷卻器進一步降溫，再送入壓縮機，進行循環(huán)工作；
空氣加熱器出來的空氣，小部分進入燃燒爐，大部分送入烘干機用于干燥潮濕的生物質(zhì)燃料，烘干后的生物質(zhì)燃料暫存于料倉內(nèi)。
優(yōu)選地，所述生物質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的熱量經(jīng)換熱器傳遞給超臨界二氧化碳工質(zhì)，通過超臨界二氧化碳循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)換為電能。
優(yōu)選地，自空氣加熱器出來的二氧化碳工質(zhì)經(jīng)帶中間冷卻的壓縮機增壓至臨界壓力，采用中間冷卻降低二氧化碳工質(zhì)壓縮過程中的升溫。
優(yōu)選地，所述冷卻器對其內(nèi)的二氧化碳工質(zhì)進一步降溫至液態(tài)或臨界點，再送入壓縮機增壓至超臨界，進行循環(huán)工作。
優(yōu)選地，進入所述透平的二氧化碳工質(zhì)的溫度為450-650℃、壓力為20-30MPa。
優(yōu)選地，所述透平排出的二氧化碳工質(zhì)的溫度250-350℃、壓力為1-3MPa。
優(yōu)選地，所述壓縮機入口的二氧化碳工質(zhì)的溫度為15-35℃、壓力為7-8MPa。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：
1、本實用新型的系統(tǒng)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，能量利用率高，可實現(xiàn)電廠的小型化和模塊化，并有利于降低建造成本。
2、本實用新型中的超臨界二氧化碳透平的排氣熱量大部分得到回收，可用于生物質(zhì)燃料的干燥，特別適合于含水量大(如：50％以上)的生物質(zhì)以及城市生活垃圾的利用，多余的熱量也可以用于污水處理、供熱及其它用途。
附圖說明
圖1為本實施例提供的采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質(zhì)燃燒發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1-壓縮機，2-換熱器，3-透平，4-發(fā)電機，5-空氣加熱器，6-帶中間冷卻的壓縮機，7-冷卻器，8-送風(fēng)機，9-燃燒爐，10-烘干機，11-料倉，12-給料機，13-燃燒爐的出灰口，14-除塵器，15-除塵器的出灰口，16-引風(fēng)機，17-煙囪。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
圖1為本實施例提供的采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質(zhì)燃燒發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，所述的采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質(zhì)燃燒發(fā)電系統(tǒng)由以下部件組成：
壓縮機1，用于將二氧化碳工質(zhì)增壓至高壓；
換熱器2，用于從熱源吸收熱量將二氧化碳工質(zhì)升至高溫；
透平3，與發(fā)電機4相連，做功完成后排出的工質(zhì)輸入空氣加熱器5；
具有高壓側(cè)進口、高壓側(cè)出口、低壓側(cè)進口、低壓側(cè)出口的空氣加熱器5，透平3排出的二氧化碳工質(zhì)經(jīng)由高壓側(cè)進口進入后自高壓側(cè)出口輸出，同時，空氣由空氣加熱器5低壓側(cè)進口進入自低壓側(cè)出口輸出，二氧化碳的熱量傳遞給空氣；
帶中間冷卻的壓縮機6，用于將低壓的二氧化碳工質(zhì)升至臨界壓力附近；
冷卻器7，用于將二氧化碳工質(zhì)冷卻至臨界溫度附近；
燃燒爐9，用于生物質(zhì)燃料的燃料；
烘干機10，用于生物質(zhì)燃料的干燥；
料倉11，用于生物質(zhì)燃料的暫存；
給料機12，用于將生物質(zhì)燃料送入燃燒爐；
送風(fēng)機8，用于將空氣送入空氣加熱器低壓側(cè)進口，自空氣加熱器低壓側(cè)出口輸出的一小部分空氣進入燃燒爐，大部分送入烘干機；
除塵器14，用于煙氣除塵；
引風(fēng)機16，用于將煙氣吸入煙囪；
煙囪17，用于排煙。
料倉11通過給料機12連接燃燒爐9的進料口，送風(fēng)機8連接空氣加熱器5的低壓側(cè)進口，空氣加熱器5的低壓側(cè)出口連接燃燒爐9的進風(fēng)口和烘干機10，烘干機10連接料倉11，燃燒爐9的排煙口、除塵器14、引風(fēng)機16、煙囪17依次連接。
換熱器2設(shè)于燃燒爐9的尾部煙道內(nèi)，壓縮機1出口連接換熱器2進口，換熱器2出口連接透平3入口，透平3與發(fā)電機4相連，透平3出口連接空氣加熱器5的高壓側(cè)進口，空氣加熱器5的高壓側(cè)出口連接帶中間冷卻的壓縮機6，壓縮機6連接冷卻器7，冷卻器7連接壓縮機1入口。
壓縮機1、換熱器2、透平3，發(fā)電機4、帶中間冷卻的壓縮機6、冷卻器7構(gòu)成簡單的超臨界二氧化碳循環(huán)子系統(tǒng)。
送風(fēng)機8、燃燒爐9、料倉11、給料機12、燃燒爐9的出灰口13、除塵器14、除塵器14的出灰口15、引風(fēng)機16、煙囪17構(gòu)成生物質(zhì)燃料子系統(tǒng)。
送風(fēng)機8、空氣加熱器5、烘干機10構(gòu)成生物質(zhì)干燥子系統(tǒng)。
系統(tǒng)的各個設(shè)備之間通過管道連接，根據(jù)系統(tǒng)控制需要，管道上可布置閥門、儀表。組成系統(tǒng)的其它部分還有輔助設(shè)施、電氣系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)等。
上述采用超臨界二氧化碳循環(huán)的生物質(zhì)燃燒發(fā)電系統(tǒng)的工作方法如下：
通過燃燒爐9直接燃燒生物質(zhì)燃料，燃料由給料機12供給，空氣由送風(fēng)機8提供，燃燒產(chǎn)生的灰渣由燃燒爐9的出灰口13排出，燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵器14除塵，將飛灰從除塵器14的出灰口15排出，最終除塵后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機16從煙囪17排放。
生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的熱量經(jīng)換熱器2傳遞給超臨界二氧化碳工質(zhì)，通過超臨界二氧化碳循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)換為電能。由壓縮機1將二氧化碳工質(zhì)增壓至高壓，例如：20MPa，然后送入換熱器2內(nèi)，二氧化碳工質(zhì)經(jīng)換熱器2加熱至高溫，例如：600℃，然后進入透平3，透平3推動發(fā)電機4做功，二氧化碳工質(zhì)溫度下降至例如：350℃，壓力下降至例如：2MPa，透平3排出的二氧化碳工質(zhì)進入空氣加熱器5與空氣進行熱交換，自空氣加熱器5出來的二氧化碳工質(zhì)經(jīng)帶中間冷卻的壓縮機6增壓至臨界壓力附近，采用中間冷卻來降低二氧化碳壓縮過程中的升溫，最后二氧化碳工質(zhì)經(jīng)冷卻器7進一步降溫至液態(tài)或臨界點附近，再送入壓縮機1增壓至超臨界，進行循環(huán)工作。
空氣加熱器5將二氧化碳的熱量傳遞給來自送風(fēng)機8的空氣，一小部分空氣進入燃燒爐9，大部分送入烘干機10用于干燥潮濕的生物質(zhì)燃料，烘干后的生物質(zhì)燃料暫存于料倉11。料倉11內(nèi)的燃料通過給料機12供給燃燒爐9燃燒。
本實用新型系統(tǒng)運行時，生物質(zhì)熱值的20％左右轉(zhuǎn)變成了電能，50％左右可用于生物質(zhì)干燥，少量用于空氣預(yù)熱，其余通過冷卻、排煙釋放至環(huán)境中，能量利用率高。
本實用新型特別適合于含水量大的生物質(zhì)以及城市生活垃圾的利用，可以通過超臨界二氧化碳透平排出的熱量進行干燥，滿足人工干燥所需的熱能。