先进制造技术

本发明公开了一种用于高温烟气余热回收的CO２循环热电联产系统。所述系统包括：压缩机、超临界加热器、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机、回热器、冷凝器、气体冷却器和发电机。所述系统以CO2作为工质，吸热过程位于超临界压力。所述循环过程包括高温动力循环、低温动力循环和供热水循环，高温动力循环从高温烟气吸热，低温动力循环从高温循环膨胀乏汽吸热，低温动力循环乏汽作为供热热源，系统即可输出电能，也可向用户提供50~80 oC的热水，实现了热电联产。本发明改善了循环与变温热源换热匹配性，有效利用了循环的高温乏汽热量，提高了循环整体的能源利用效率。

采用恰当的技术有效回收、利用工业生产中产生的高温（>500 oC）烟气余热可实现良好的经济效益和社会效益。目前的余热回收技术主要有传统的水朗肯循环、有机工质循环和卡琳娜循环等。有机工质循环和卡琳娜循环适用于中低温的余热回收。在高温工况下，有机工质存在热分解的风险，分解产物将影响系统运行效率和安全；卡琳娜循环主要依靠氨-水二元非共沸工质的温度滑移来改善循环与变温热源的换热匹配，相对于高温烟气热源放热过程的大温降，其温度滑移已远远不足。水朗肯循环是一种成熟的高温余热回收技术，但是从热力学方面来讲，循环的定温吸热与烟气热源的变温放热的换热过程存在较高的不可逆损失，窄点突出的问题限制了对变温热源的利用效率；从技术条件来说，水朗肯循环系统体积大，占地面积大，汽轮机结构复杂，系统造价高，应用于工业过程的余热回收中存在诸多不利条件。

CO2作为自然工质，具有优良的环境友好性，无毒、无污染，廉价易得。此外，CO2不可燃，具有极高的化学惰性和热稳定性，提高了其高温循环过程的安全性。CO2的临界温度较低，容易实现跨临界或超临界的循环形式，工质在吸热过程中不存在定温相变，改善了与变温热源的换热匹配，增加循环的热力学完善度。在超临界压力下，CO2的密度大，所需部件的体积小，整个系统更加紧凑，受作业场地限制低。

但是，在高温工况下，膨胀机出口的CO2乏汽具有很高的温度，需要对这部分显热进一步利用。本发明针对上述问题，结合热力学基本原理，提出了一种复叠式CO2跨（超）临界循环，在不影响变温热源利用率的前提下，可实现对乏汽携带显热的有效利用。

本发明采用超临界CO2作为循环工质，可降低余热利用系统的体积和占地面积，同时提高了循环与烟气热源的换热匹配；采用复叠循环方法，有效利用了高温循环放热过程的热量，将其部分转换为低温循环的输出功；引入供热水路，有效利用了低温循环放热过程的热量，提高了系统整体的能源利用效率。