一种液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统及方法，针对传统闭式循环的设备耦合性极强，循环中某一设备发生故障时，其余设备影响较大，另外闭式系统的负荷调解的难度较大的问题，通过半闭式循环将液态CO2暂存于储罐中，实现了液体泵与发电装置之间的解耦，当发电装置出现故障时，储罐的存在有效增加了系统的缓冲。而且，液体泵可独立于发电装置外进行负荷调节动作，从而使系统负荷调节简单可靠。另外，采用旁路加热器，热量来源于冷却器的废热，实现了热量的最大化利用，同时也降低了系统的耗能。低了系统的耗能。低了系统的耗能。

【技术实现步骤摘要】
一种液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统及方法


[0001]本专利技术属于发电的
，尤其涉及一种液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统及方法。

技术介绍

[0002]超临界二氧化碳布雷顿循环(Supercritical carbon dioxide,sCO2)在1968年由Angelino G等提出，但限于当时的材料等技术水平无法在工程上实现。随着现有技术的不断进步，sCO2循环在工程上的实现成为可能。国内外学者近年来进行了大量sCO2循环的研究。相比于蒸汽朗肯循环，sCO2具有以下优势：(1)二氧化碳化学性质不活泼，安全无毒，在超临界状态下腐蚀性较小，可在蒸汽循环同等材料内实现更高的循环参数，从而提高发电效率。(2)超临界二氧化碳是气态和液态并存的流体，密度接近于液体，粘度接近于气体，因而消耗的压缩功较小。(3)超临界二氧化碳循环气体参数全部处于临界点之上(7.38MPa,31℃)，因而其发电和换热设备的尺寸更小，重量更轻。(4)无需大量水资源，在空冷条件下也可获得较高的发电效率。(5)系统应对负荷变化调整迅速、支持快速启停。(6)在600℃以上，sCO2循环效率高于蒸汽朗肯循环，且当温度达到700℃以上时，sCO2循环效率可达50％以上。
[0003]sCO2循环中压缩机是制造难点之一，其制造难度大，设备需重新开发，且耗能远高于传统泵。另外为防止循环系统回热器的夹点问题(夹点问题是指回热器中最小温差的位置不在回热器两端，而在回热器内部某个位置；当最小温差的位置在回热器内部时，无法确定该最小温差的大小和位置，给回热器的设计带来难度，且会恶化换热)，再压缩循环布置是普遍的解决方式。但是需要增加一台再压缩机，由于其入口sCO2未经过预冷器冷却，效率较低。另外，由于传统sCO2循环采用闭式循环，系统耦合性极强，某一设备性能波动时，其他设备也受到相应影响，系统稳定性较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统及方法，在解决回热器夹点问题的同时，解决压缩机耗能高，效率低等问题。同时，采用半封闭式的sCO2循环系统，实现关键设备的解耦，增加系统稳定性。
[0005]为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统，包括：发电装置、热量回收装置、热源、冷却器、储罐、液体泵超临界态发生器及旁路加热器；
[0007]所述发电装置的出口与所述热量回收装置连通，所述热量回收装置包括依次相连的高温回热器及低温回热器，所述发电装置将高温低压的sCO2依次通过所述高温回热器及所述低温回热器进行热量回收；
[0008]所述低温回热器的第一出口经所述冷却器与所述储罐的入口连通，所述储罐的出口经所述液体泵与所述超临界态发生器连通；所述液体泵对储罐中的液态二氧化碳进行压缩，输出高压的液态二氧化碳；所述超临界态发生器将液态二氧化碳升温至超临界态二氧
化碳sCO2；
[0009]所述超临界态发生器的第一出口经第一支路和第二支路分别与所述低温回热器的第二入口及所述旁路加热器的第一入口连通；经过所述旁路加热器的sCO2与经过所述低温回热器的sCO2于通往所述高温回热器的第二入口的管道中汇合；
[0010]所述高温回热器的第二出口经所述热源与所述发电装置的入口连通，所述热源对sCO2进一步加热。
[0011]本专利技术液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统，针对传统闭式循环的设备耦合性极强，循环中某一设备发生故障时，其余设备影响较大，另外闭式系统的负荷调解的难度较大的问题，通过半闭式循环将液态CO2暂存于储罐中，实现了液体泵与发电装置之间的解耦，当发电装置出现故障时，储罐的存在有效增加了系统的缓冲。而且，液体泵可独立于发电装置外进行负荷调节动作，从而使系统负荷调节简单可靠。另外，为防止回热器夹点问题，传统sCO2循环发电采用再压缩布置，增加了一台再压缩机，其入口sCO2未经过冷却，再压缩机效率低，耗能大的问题，本专利技术取消了再压缩机，采用低温回热器和高温回热器双回热器的布置方案；并且采用旁路加热器，热量来源于冷却器的废热，实现了热量的最大化利用，同时也降低了系统的耗能。
[0012]根据本专利技术一实施例，液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统还包括热量转移系统，所述热量转移系统利用所述冷却器的余热吸收热量并对所述超临界态发生器及所述旁路加热器进行加热。
[0013]本实施例中的液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统，通过热量转移系统将超临界态的二氧化碳冷却至液态，而冷却的废热通过超临界态发生器和旁路加热器回收，剩余部分通过循环工质冷凝器散热，实现了能量利用的最大化。
[0014]根据本专利技术一实施例，所述热量转移系统为压缩式热泵循环系统；
[0015]所述压缩式热泵循环系统包括压缩式热泵循环装置及循环工质冷凝器；
[0016]所述压缩式热泵循环装置与所述冷却器连接，压缩式热泵循环装置内的工质吸收所述冷却器的热量后分别经所述超临界态发生器和所述旁路加热器与所述循环工质冷凝器连通，工质经过所述循环工质冷凝器回到所述压缩式热泵循环装置。
[0017]根据本专利技术一实施例，所述压缩式热泵循环装置包括压缩机、制冷剂储罐及膨胀阀；
[0018]经过膨胀阀出口的工质流经冷却器与所述压缩机的入口连通，流经冷却器工质利用所述冷却器的余热吸收热量；
[0019]所述压缩机的出口分别经所述超临界态发生器和所述旁路加热器与循环工质冷凝器连通，工质对所述超临界态发生器及所述旁路加热器进行加热后进入所述循环工质冷凝器；
[0020]所述循环工质冷凝器的出口经制冷剂储罐与所述膨胀阀的入口连通。
[0021]一种利用本专利技术一实施例中的所述液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统的发电方法，包括如下步骤：
[0022]发电装置流出的高温低压的sCO2依次通过高温回热器及低温回热器进行热量回收；
[0023]热量回收后的sCO2通过冷却器冷却成液态二氧化碳后储存于储罐中；
[0024]储罐中的液态二氧化碳经液体泵压缩后进入超临界态发生器中加热成超临界态二氧化碳sCO2；
[0025]超临界态二氧化碳sCO2分别通过旁路加热器和低温回热器后，于通往高温回热器的管道中汇合，进入高温回热器中加热；
[0026]经高温回热器加热后的超临界态二氧化碳sCO2经热源进一步加热后，进入发电装置进行做功发电。
[0027]本专利技术利用液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统的发电方法，通过半闭式循环系统将液态CO2暂存于储罐中，实现了液体泵与发电装置之间的解耦，当发电装置出现故障时，储罐的存在有效增加了系统的缓冲。而且，液体泵可独立于发电装置外进行负荷调节动作，从而使系统负荷调节简单可靠。另外，为防止回热器夹点问题，传统sCO2循环发电采用再压缩布置，增加了一台再压缩机，其入口sCO2未经过冷却，再压缩机效率低，耗能大的问题，本专利技术取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统，其特征在于，包括：发电装置(9)、热量回收装置、热源(8)、冷却器(1)、储罐(2)、液体泵(3)超临界态发生器(4)及旁路加热器(5)；所述发电装置(9)的出口与所述热量回收装置连通，所述热量回收装置包括依次相连的高温回热器(7)及低温回热器(6)，所述发电装置(9)将高温低压的sCO2依次通过所述高温回热器(7)及所述低温回热器(6)进行热量回收；所述低温回热器(6)的第一出口经所述冷却器(1)与所述储罐(2)的入口连通，所述储罐(2)的出口经所述液体泵(3)与所述超临界态发生器(4)连通；所述液体泵(3)对储罐(2)中的液态二氧化碳进行压缩，输出高压的液态二氧化碳；所述超临界态发生器(4)将液态二氧化碳升温至超临界态二氧化碳sCO2；所述超临界态发生器(4)的第一出口经第一支路和第二支路分别与所述低温回热器(6)的第二入口及所述旁路加热器(5)的第一入口连通；经过所述旁路加热器(5)的sCO2与经过所述低温回热器(6)的sCO2于通往所述高温回热器(7)的第二入口的管道中汇合；所述高温回热器(7)的第二出口经所述热源(8)与所述发电装置(9)的入口连通，所述热源(8)对sCO2进一步加热。2.如权利要求1所述的液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统，其特征在于，还包括热量转移系统，所述热量转移系统利用所述冷却器(1)的余热吸收热量并对所述超临界态发生器(4)及所述旁路加热器(5)进行加热。3.如权利要求2所述的液态及超临界态二氧化碳的混合循环发电系统，其特征在于，所述热量转移系统为压缩式热泵循环系统；所述压缩式热泵循环系统包括压缩式热泵循环装置(11)及循环工质冷凝器(10)；所述压缩式热泵循环装置(11)与所述冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞明锋，章晓敏，宓霄凌，
申请(专利权)人：浙江高晟光热发电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：