CN108612572B - 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统和方法，该系统包括依次连通的热源、超临界布雷顿循环系统、冷却塔、减压装置、汽液分离器和储液罐；本发明还公开了该系统的工作方法；本发明以超临界二氧化碳布雷顿循环系统为背景，利用循环系统中的部分设备，在系统需要检修等工作时，将部分二氧化碳工质从循环系统中回收。

Description

一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统和方法
技术领域
本发明涉及一种发电系统，具体涉及一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统和方法。
背景技术
在能源匮乏及环境危机的大背景下，提高能源利用率日益受到人们的重视。目前在众多热力循环当中，超临界布雷顿循环是一种最有优势的循环形式。新型超临界工质二氧化碳具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。
但这类循环与传统朗肯循环相比也存在一些区别。超临界二氧化碳布雷顿循环采用二氧化碳作为工作而不是水，在循环系统当中二氧化碳的使用量较大，且纯度要求较高，一般使用工业级二氧化碳，需要一定的初投资。而当机组需要进行调试、维修、故障处理等工作时，是需要将系统内的二氧化碳排出的，若此时将二氧化碳直接排入大气，虽然不会造成严重危害，但是至少会造成一定的经济损失，进而影响这项技术的经济性。若能将所需要排出的二氧化碳回收并储存则能大大减少这项损失。
一般来说大量的二氧化碳采用液态储存较为合适，但液态二氧化碳储存一般都是低温，因此期望能够将排出的二氧化碳降温液化，重新储存起来，以便以后使用。本发明正是以此为背景，提出了一种二氧化碳回收系统和方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统和方法，以超临界二氧化碳布雷顿循环为应用背景，以循环中的部分设备为基础，力求在此循环背景下，设备和方法最简单，投资和运行费用最少。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统，包括依次连通的热源1、超临界布雷顿循环系统2、冷却塔3、减压装置4、汽液分离器5和储液罐6。
所述超临界布雷顿循环系统2包括透平2-1、高温回热器2-2、低温回热器2-3、预冷器2-4、主压缩机2-5、再压缩机2-6和主压缩机自循环旁路2-7；透平2-1的入口与热源1工质侧出口相连通，透平2-1的出口与高温回热器2-2的放热侧入口相连通，高温回热器 2-2的放热侧出口与低温回热器2-3放热侧入口相连通，低温回热器 2-3的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器2-4工质侧入口相连通，预冷器2-4的工质侧出口与主压缩机2-5的入口相连通，主压缩机 2-5的出口也分为两路，一路与低温回热器2-3吸热侧入口相连通，另一路经过主压缩机自循环旁路2-7与预冷器2-4入口相连通，低温回热器2-3放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机2-6入口相连通，再压缩机2-6出口与低温回热器2-3吸热侧出口工质汇合后与高温回热器2-2吸热侧入口相连通，高温回热器2-2吸热侧出口与热源1入口相连；冷却塔3的入口与主压缩机2-5出口相连通，冷却塔3 的出口与减压装置4的入口相连通，减压装置4的出口与汽液分离器 5入口相连通，汽液分离5出口与储液器6入口相连通。
所述热源1为锅炉、余热换热器或太阳能。
所述的一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统的工作方法，
在超临界二氧化碳布雷顿循环系统正常运行时，经过热源1加热的高温超临界二氧化碳工质进入透平2-1做功，做功后的乏汽依次进入高温回热器2-2、低温回热器2-3的放热侧放热，之后二氧化碳工质在低温回热器2-3放热侧出口分为两路，一路进入预冷器2-4冷却，再进入主压缩机2-5，此时主压缩机2-5出口通向冷却塔3的管路关闭，主压缩机自循环旁路2-7也关闭，经过主压缩机2-5压缩后的二氧化碳工质全部通入低温回热器2-3，在低温回热器2-3吸热侧吸收热量后与之前的另一路二氧化碳工质汇合，之前的另一路二氧化碳工质由低温回热器2-3放热侧出口直接进入再压缩机2-6，被压缩后与低温回热器2-3吸热侧出口二氧化碳工质汇合后进入高温回热器2-2 吸热侧吸热，之后进入热源1被加热，完成整个工质循环流程；
在超临界二氧化碳布雷顿循环系统需要进行停机检修、调试、事故处理等工作时，根据情况调整超临界布雷顿循环系统2的运行情况；若遇到紧急事故需要紧急停机时则需要关闭再压缩机2-6，同时关闭透平2-1进出口及热源1的管路，热源停止加热，透平2-1紧急停机，同时开启主压缩机自循环旁路2-7，使二氧化碳工质自循环，同时开启主压缩机2-5出口通向冷却塔3的管路，使部分二氧化碳由主压缩机2-5出口进入冷却塔3；而在检修等过程中正常停机时无需紧急关闭超临界布雷顿循环系统2的正常循环，只需要进入正常停机运行流程，同时开启主压缩机2-5出口通向冷却塔3的管路，使部分二氧化碳工质由主压缩机2-5出口进入冷却塔3；
部分二氧化碳工质进入冷却塔3冷却后，进入减压装置4，减压装置4将冷却后的高压二氧化工质碳进一步减压冷却，按照超临界二氧化碳布雷顿循环的运行参数，此时已经将二氧化碳工质液化，二氧化碳工质在汽液分离器5中分离，液态二氧化碳工质从汽液分离器5 中液态部分流入储液罐6中。
本发明具有以下有益效果：
所述的一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统和方法，针对超临界二氧化碳布雷顿循环，尽量利用循环的现有设备，减小投资，并实现回收二氧化碳的目标。
采用了工质回收系统的超临界二氧化碳布雷顿循环，更加具有实用和推广性，可以在调试过程，检修过程，事故处理等过程中尽量减小二氧化碳工质的排放，一方面可以节省工质消耗量，另一方面减小了事故危险性。
本发明所提出的超临界二氧化碳工质回收系统最大限度的利用了现有设备，利用了系统已有的压缩机增压，无需增加完整的制冷系统。安全可靠，功耗小，投资小。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
其中，1为热源，2为超临界布雷顿循环系统，3为冷却塔，4 为减压装置，5为汽液分离器，6为储液罐。超临界布雷顿循环系统包括：透平2-1、高温回热器2-2、低温回热器2-3、预冷器2-4、主压缩机2-5、再压缩机2-6、主压缩机自循环旁路2-7。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明所述一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统，包括依次连通的热源1、超临界布雷顿循环系统2、冷却塔 3、减压装置4、汽液分离器5和储液罐6。超临界布雷顿循环系统2 包括透平2-1、高温回热器2-2、低温回热器2-3、预冷器2-4、主压缩机2-5、再压缩机2-6和主压缩机自循环旁路2-7；透平2-1的入口与热源1工质侧出口相连通，透平2-1的出口与高温回热器2-2的放热侧入口相连通，高温回热器2-2的放热侧出口与低温回热器2-3 放热侧入口相连通，低温回热器2-3的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器2-4工质侧入口相连通，预冷器2-4的工质侧出口与主压缩机2-5的入口相连通，主压缩机2-5的出口也分为两路，一路与低温回热器2-3吸热侧入口相连通，另一路经过主压缩机自循环旁路2-7 与预冷器2-4入口相连通，低温回热器2-3放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机2-6入口相连通，再压缩机2-6出口与低温回热器 2-3吸热侧出口工质汇合后与高温回热器2-2吸热侧入口相连通，高温回热器2-2吸热侧出口与热源1入口相连。
冷却塔3的入口与主压缩机2-5出口相连，冷却塔3的出口与减压装置4的入口相连，减压装置4的出口与汽液分离器5入口相连，汽液分离5出口与储液器6入口相连。
热源1的适应性广泛，包括各种类型的锅炉、余热换热器、太阳能。
本发明系统的具体工作过程为：
在超临界二氧化碳布雷顿循环系统正常运行时，经过热源1加热的高温超临界二氧化碳工质进入透平2-1做功，做功后的乏汽依次进入高温回热器2-2、低温回热器2-3的放热侧放热，之后二氧化碳工质在低温回热器2-3放热侧出口分为两路，一路进入预冷器2-4冷却，再进入主压缩机2-5，此时主压缩机2-5出口通向冷却塔3的管路关闭，主压缩机自循环旁路2-7也关闭，经过主压缩机2-5压缩后的二氧化碳工质全部通入低温回热器2-3，在低温回热器2-3吸热侧吸收热量后与之前的另一路二氧化碳工质汇合，之前的另一路二氧化碳工质由低温回热器2-3放热侧出口直接进入再压缩机2-6，被压缩后与低温回热器2-3吸热侧出口二氧化碳工质汇合后进入高温回热器2-2 吸热侧吸热，之后进入热源1被加热，完成整个工质循环流程。
在超临界二氧化碳布雷顿循环系统需要进行停机检修、调试、事故处理等工作时，根据情况调整超临界布雷顿循环系统2的运行情况。例如遇到紧急事故需要紧急停机时则需要关闭再压缩机2-6，同时关闭透平进出口及热源的管路，热源停止加热，透平紧急停机，同时开启主压缩机自循环旁路2-7，使二氧化碳工质自循环，同时开启主压缩机2-5出口通向冷却塔3的管路，使部分二氧化碳由主压缩机 2-5出口进入冷却塔3；而在检修等过程中正常停机时无需紧急关闭超临界布雷顿循环系统2的正常循环，只需要进入正常停机运行流程，同时开启主压缩机2-5出口通向冷却塔3的管路，使部分二氧化碳工质由主压缩机2-5出口进入冷却塔3。
部分二氧化碳工质进入冷却塔3冷却后，进入减压装置4，减压装置4将冷却后的高压二氧化碳工质进一步减压冷却，按照超临界二氧化碳布雷顿循环的运行参数，此时已经将二氧化碳工质液化，二氧化碳工质在汽液分离器5中分离，液态二氧化碳工质从汽液分离器5 中液态部分流入储液罐6中。
但图1所示超临界布雷顿循环系统2的其它布局不影响本发明的应用，本发明的内容对于超临界循环系统的其它布局也适用，因此本发明中的超临界布雷顿循环系统2是广泛意义上的超临界布雷顿循环系统，而非局限于图示布局。例如其它超临界布雷顿循环系统可采用多级透平系统，或带再热的透平系统，也可不采用分流再压缩系统，即只采用一个主压缩机，没有图中再压缩机，并将图中两个回热器合并为一个回热器，等等。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统的工作方法，其特征在于，该系统包括依次连通的热源（1）、超临界布雷顿循环系统（2）、冷却塔（3）、减压装置（4）、汽液分离器（5）和储液罐（6）；
所述超临界布雷顿循环系统（2）包括透平（2-1）、高温回热器（2-2）、低温回热器（2-3）、预冷器（2-4）、主压缩机（2-5）、再压缩机（2-6）和主压缩机自循环旁路（2-7）；透平（2-1）的入口与热源（1）工质侧出口相连通，透平（2-1）的出口与高温回热器（2-2）的放热侧入口相连通，高温回热器（2-2）的放热侧出口与低温回热器（2-3）放热侧入口相连通，低温回热器（2-3）的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器（2-4）工质侧入口相连通，预冷器（2-4）的工质侧出口与主压缩机（2-5）的入口相连通，主压缩机（2-5）的出口也分为两路，一路与低温回热器（2-3）吸热侧入口相连通，另一路经过主压缩机自循环旁路（2-7）与预冷器（2-4）入口相连通，低温回热器（2-3）放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机（2-6）入口相连通，再压缩机（2-6）出口与低温回热器（2-3）吸热侧出口工质汇合后与高温回热器（2-2）吸热侧入口相连通，高温回热器（2-2）吸热侧出口与热源（1）入口相连；冷却塔（3）的入口与主压缩机（2-5）出口相连通，冷却塔（3）的出口与减压装置（4）的入口相连通，减压装置（4）的出口与汽液分离器（5）入口相连通，汽液分离器（5）出口与储液罐（6）入口相连通；
所述工作方法为：在超临界二氧化碳布雷顿循环系统正常运行时，经过热源（1）加热的高温超临界二氧化碳工质进入透平（2-1）做功，做功后的乏汽依次进入高温回热器（2-2）、低温回热器（2-3）的放热侧放热，之后二氧化碳工质在低温回热器（2-3）放热侧出口分为两路，一路进入预冷器（2-4）冷却，再进入主压缩机（2-5），此时主压缩机（2-5）出口通向冷却塔（3）的管路关闭，主压缩机自循环旁路（2-7）也关闭，经过主压缩机（2-5）压缩后的二氧化碳工质全部通入低温回热器（2-3），在低温回热器（2-3）吸热侧吸收热量后与之前的另一路二氧化碳工质汇合，之前的另一路二氧化碳工质由低温回热器（2-3）放热侧出口直接进入再压缩机（2-6），被压缩后与低温回热器（2-3）吸热侧出口二氧化碳工质汇合后进入高温回热器（2-2）吸热侧吸热，之后进入热源（1）被加热，完成整个工质循环流程；
在超临界二氧化碳布雷顿循环系统需要进行停机检修、调试、事故处理工作时，根据情况调整超临界布雷顿循环系统（2）的运行情况；若遇到紧急事故需要紧急停机时则需要关闭再压缩机（2-6），同时关闭透平（2-1）进出口及热源（1）的管路，热源停止加热，透平（2-1）紧急停机，同时开启主压缩机自循环旁路（2-7），使二氧化碳工质自循环，同时开启主压缩机（2-5）出口通向冷却塔（3）的管路，使部分二氧化碳由主压缩机（2-5）出口进入冷却塔（3）；而在检修等过程中正常停机时无需紧急关闭超临界布雷顿循环系统（2）的正常循环，只需要进入正常停机运行流程，同时开启主压缩机（2-5）出口通向冷却塔（3）的管路，使部分二氧化碳工质由主压缩机（2-5）出口进入冷却塔（3）；
部分二氧化碳工质进入冷却塔（3）冷却后，进入减压装置（4），减压装置（4）将冷却后的高压二氧化碳工质进一步减压冷却，按照超临界二氧化碳布雷顿循环的运行参数，此时已经将二氧化碳工质液化，二氧化碳工质在汽液分离器（5）中分离，液态二氧化碳工质从汽液分离器（5）中液态部分流入储液罐（6）中。
2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质回收系统的工作方法，其特征在于，所述热源（1）为锅炉、余热换热器或太阳能。
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