CN108643982A - 一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法，该系统包括依次连通的热源、超临界布雷顿循环系统、冷却塔和制冷系统；本发明通过制冷系统将经过冷却塔冷却后的冷却介质进一步冷却，使得超临界布雷顿循环发电系统的冷端温度在夏季高温时也可以冷却到较低，发电量可以发挥到最大，效率保持在最高。

Description

一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法
技术领域
本发明涉及一种发电系统，具体涉及一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法。
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、氦气和氧化二氮等) 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。
但这类循环也存在一个明显的技术难点，即冷却问题。超临界循环，尤其是像二氧化碳这样的超临界循环，其临界温度接近环境温度 (31℃)，当冷端温度较低时其压缩功耗较小，热效率很高。但是它对冷端温度十分敏感，稍稍超过设计冷端温度后其热效率将大幅下降。因此，其冷端温度，即压缩机入口温度必须十分精确的控制。但是当来到夏季，在中国相当大的地区很难冷却到其所需的冷端温度，这将大大影响其效率，进而影响这项技术的推广。
这个问题可以通过进一步制冷冷却解决。一般来说，中国多数地区夏季平均平均气温仍然在40℃以下，若需要将其进一步冷却至设计冷却温度以下所需要降低的温度并不大，制冷量也不会太大。并且由于类似吸收式制冷的很多制冷方式已经广泛应用，这些制冷不需要耗电，只需要消耗中低温热源的热量，完全可以利用布雷顿循环发电系统中热源的余热去制冷(例如锅炉烟气余热等)，不仅增加了热源的利用率，还保证了冷却系统的冷却需要。
发明内容
本发明的目的在于解决超临界布雷顿循环发电系统夏季的冷端散热问题，提出了一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法，采用了技术难度相对较低，可行性较高的方法，提高系统热效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统，包括依次连通的热源1、超临界布雷顿循环系统4、冷却塔2和制冷系统3。
所述超临界布雷顿循环系统包括透平4-1、高温回热器4-2、低温回热器4-3、预冷器4-4、主压缩机4-5和再压缩机4-6；透平4-1 的入口与热源1工质侧出口相连通，透平4-1的出口与高温回热器 4-2的放热侧入口相连通，高温回热器4-2的放热侧出口与低温回热器4-3放热侧入口相连通，低温回热器4-3的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器4-4工质侧入口相连通，预冷器4-4的工质侧出口与主压缩机4-5的入口相连通，主压缩机4-5的出口与低温回热器4-3吸热侧入口相连通，低温回热器4-3放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机4-6入口相连通，再压缩机4-6出口与低温回热器4-3吸热侧出口工质汇合后与高温回热器4-2吸热侧入口相连通，高温回热器 4-2吸热侧出口与热源1入口相连通。
所述冷却塔2的入口与预冷器4-4冷侧出口相连通，冷却塔2的出口与制冷系统3的入口相连通，制冷系统3的出口与预冷器4-4冷侧入口相连通。
所述热源1为锅炉、余热换热器或太阳能。
所述的带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统的工作方法为，被热源1加热后的超临界工质进入透平4-1做功，做功后的高温低压乏汽依次进入高温回热器4-2、低温回热器4-3的放热侧放热，放热后的低温低压超临界工质再进入预冷器4-4工质侧被冷却，被冷却后的超临界工质分为两路，一路进入压缩机4-5，被增压后的高压超临界工质进入低温回热器4-3吸热侧吸热，从低温回热器4-3放热侧出口分流出来的第二路超临界工质直接进入再压缩机4-6，被压缩之后与从低温回热器4-3吸热侧吸热后的第一路超临界工质汇合，再进入高温回热器4-2吸热侧，在高温回热器4-2中吸热后再进入热源1中被加热，完成整个超临界工质循环流程；在超临界布雷顿循环预冷器中用于冷却超临界工质的冷却介质从预冷器冷侧流出后，首先进入常规冷却塔2中被冷却，然后再进入制冷系统3中被进一步冷却；在制冷系统3中被冷却的量根据冷却塔2出口冷却介质温度而决定，在夏季，气温较高时，冷却塔2出口的冷却介质温度较高，则需要制冷系统3相应的增加制冷量，将冷却介质维持到所需温度，而在冬季，冷却塔2出口的冷却介质温度已经较低，或者已经达到了冷端温度要求，则制冷系统3根据冷却介质温度减少制冷量或者无需制冷，而只是让冷却介质通过，被冷却塔2和制冷系统3共同冷却后的冷却介质通入预冷器4-4中，完成冷却介质循环流程。
和现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
所述的一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统，可以有效的解决热力系统环境温度较高时的散热问题，保证系统冷端温度，保障系统热效率。
采用了制冷冷却技术之后，超临界布雷顿循环冷端温度可以得到有效的维护，可以稳定的保持在临界点附近，将压缩机功耗降到最小，同时保证压缩机稳定的运行，并且提供系统所需的流量和压力。
采用了制冷冷却技术之后，超临界布雷顿循环发电系统具有了更强的环境适应能力，尤其是夏季温度较高的地区，并且对于常规的火电或燃气发电等，完全可以采用烟气余热驱动吸收式制冷装置，无需付出附加的厂用电即可保持预冷器达到较低的冷端温度，保持较高的系统热效率，提高系统经济性。
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为冷却塔，3为制冷系统，4为超临界布雷顿循环系统。超临界布雷顿循环系统4包括：透平4-1、高温回热器4-2、低温回热器4-3、预冷器4-4、主压缩机4-5、再压缩机4-6。
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，本发明所述一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统，包括依次连通的热源1、超临界布雷顿循环系统4、冷却塔 2和制冷系统3。其中的超临界布雷顿循环系统4包括透平4-1、高温回热器4-2、低温回热器4-3、预冷器4-4、主压缩机4-5和再压缩机4-6；透平4-1的入口与热源1工质侧出口相连通，透平4-1的出口与高温回热器4-2的放热侧入口相连通，高温回热器4-2的放热侧出口与低温回热器4-3放热侧入口相连通，低温回热器4-3的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器4-4工质侧入口相连通，预冷器 4-4的工质侧出口与主压缩机4-5的入口相连通，主压缩机4-5的出口与低温回热器4-3吸热侧入口相连通，低温回热器4-3放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机4-6入口相连通，再压缩机4-6出口与低温回热器4-3吸热侧出口工质汇合后与高温回热器4-2吸热侧入口相连通，高温回热器4-2吸热侧出口与热源1入口相连通。
所述冷却塔2的入口与预冷器4-4冷侧出口相连通，冷却塔2的出口与制冷系统3的入口相连通，制冷系统3的出口与预冷器4-4冷侧入口相连通。
所述热源1的适应性广泛，包括各种类型的锅炉、余热换热器、太阳能，等等。
本发明系统的具体工作过程为：
在环境温度较高时，先采用冷却塔将布雷顿循环预冷器的工质冷却到一定的温度，再进一步将冷却介质通入制冷系统，根据需要将冷却介质进一步冷却到所需的温度。
具体过程为：被热源1加热后的超临界工质进入透平4-1做功，做功后的高温低压乏汽依次进入高温回热器4-2、低温回热器4-3的放热侧放热，放热后的低温低压超临界工质再进入预冷器4-4工质侧被冷却，被冷却后的超临界工质分为两路，一路进入压缩机4-5，被增压后的高压工质进入低温回热器4-3吸热侧吸热，从低温回热器4-3 放热侧出口分流出来的第二路超临界工质直接进入再压缩机4-6，被压缩之后与从低温回热器4-3吸热侧吸热后的第一路超临界工质汇合，再进入高温回热器4-2吸热侧，在高温回热器4-2中吸热后再进入热源1中被加热，完成整个超临界工质循环流程。在超临界布雷顿循环预冷器中用于冷却超临界工质的冷却介质从预冷器冷侧流出后，首先进入常规冷却塔2中被冷却，然后再进入制冷系统3中被进一步冷却；在制冷系统3中被冷却的量根据冷却塔2出口冷却介质温度而决定，在夏季等时间，气温较高时，冷却塔2出口的冷却介质温度可能较高，则需要制冷系统3相应的增加制冷量，将冷却介质维持到所需温度，而在冬季等时间，冷却塔2出口的冷却介质温度可能已经较低，或者已经达到了冷端温度要求，则制冷系统3可根据冷却介质温度减少制冷量或者无需制冷，而只是让冷却介质通过，被冷却塔2和制冷系统3共同冷却后的冷却介质通入预冷器4-4中，完成冷却介质循环流程。
但图1所示超临界布雷顿循环系统4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4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 (5)

1.一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统，其特征在于，包括依次连通的热源(1)、超临界布雷顿循环系统(4)、冷却塔(2)和制冷系统(3)。
2.根据权利要求1所述一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统，其特征在于，所述超临界布雷顿循环系统包括透平(4-1)、高温回热器(4-2)、低温回热器(4-3)、预冷器(4-4)、主压缩机(4-5)和再压缩机(4-6)；透平(4-1)的入口与热源(1)工质侧出口相连通，透平(4-1)的出口与高温回热器(4-2)的放热侧入口相连通，高温回热器(4-2)的放热侧出口与低温回热器(4-3)放热侧入口相连通，低温回热器(4-3)的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器(4-4)工质侧入口相连通，预冷器(4-4)的工质侧出口与主压缩机(4-5)的入口相连通，主压缩机(4-5)的出口与低温回热器(4-3)吸热侧入口相连通，低温回热器(4-3)放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机(4-6)入口相连通，再压缩机(4-6)出口与低温回热器(4-3)吸热侧出口工质汇合后与高温回热器(4-2)吸热侧入口相连通，高温回热器(4-2)吸热侧出口与热源(1)入口相连通。
3.根据权利要求1所述的一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统，其特征在于，所述冷却塔(2)的入口与预冷器(4-4)冷侧出口相连通，冷却塔(2)的出口与制冷系统(3)的入口相连通，制冷系统(3)的出口与预冷器(4-4)冷侧入口相连通。
4.根据权利要求1所述的一种带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统，其特征在于，所述热源(1)为锅炉、余热换热器或太阳能。
5.权利要求1至4任一项所述的带制冷冷却的超临界布雷顿循环发电系统的工作方法，其特征在于，被热源(1)加热后的超临界工质进入透平(4-1)做功，做功后的高温低压乏汽依次进入高温回热器(4-2)、低温回热器(4-3)的放热侧放热，放热后的低温低压超临界工质再进入预冷器(4-4)工质侧被冷却，被冷却后的超临界工质分为两路，一路进入压缩机(4-5)，被增压后的高压超临界工质进入低温回热器(4-3)吸热侧吸热，从低温回热器(4-3)放热侧出口分流出来的第二路超临界工质直接进入再压缩机(4-6)，被压缩之后与从低温回热器(4-3)吸热侧吸热后的第一路超临界工质汇合，再进入高温回热器(4-2)吸热侧，在高温回热器(4-2)中吸热后再进入热源(1)中被加热，完成整个超临界工质循环流程；在超临界布雷顿循环预冷器中用于冷却超临界工质的冷却介质从预冷器冷侧流出后，首先进入冷却塔(2)中被冷却，然后再进入制冷系统(3)中被进一步冷却；在制冷系统(3)中被冷却的量根据冷却塔(2)出口冷却介质温度而决定，在夏季，气温较高时，冷却塔(2)出口的冷却介质温度较高，则需要制冷系统(3)增加制冷量，将冷却介质维持到所需温度；而在冬季，冷却塔(2)出口的冷却介质温度已经较低，或者已经达到了冷端温度要求，则制冷系统(3)根据冷却介质温度减少制冷量或者无需制冷，而只是让冷却介质通过，被冷却塔(2)和制冷系统(3)共同冷却后的冷却介质通入预冷器(4-4)中，完成冷却介质循环流程。
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