CN108661733B - 一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统及方法，包括安装在透平旁路管路上的节流装置，安装在高温回热器高温侧入口管道上的集粒器和第一过滤器，安装在主压缩机入口管路上的第二过滤器和打靶装置；透平主汽阀前的管段竖直布置，与其相连的三通所连接的其他两根管道水平布置；本发明还公开了该系统的吹扫方法；本发明根据超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的特点，充分利用系统自身设备，通过尽可能小的工程改造量、增加尽可能少的临时设备和较小的二氧化碳工质用量，实现了系统的吹扫功能。
Description
技术领域
本发明属于热力发电技术领域，具体涉及热力发电机组设备及管路的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统及方法。
背景技术
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统能够在透平入口温度为600℃等级的条件下实现约50％的发电效率，常规蒸汽朗肯循环发电系统在透平入口温度为700℃时才能实现同等的发电效率。由于受高温材料技术水平限制，700℃的发电机组只是处于试验验证阶段，距离走向商业应用还有很长一段距离。因此超临界二氧化碳布雷顿循环有望成为常规蒸汽朗肯循环发电系统的替代方案，以进一步提高热力发电的效率。
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统由很多设备组成，设备之间由复杂的管道实现相互连接，在设备的安装和管道的连接过程中，几乎无法避免焊渣、铁锈等杂物在系统中的残留。因此发电系统在投入运行之前，必须对关键设备和管路进行吹扫。如果用常规的蒸汽吹扫方案会存在两个问题，即蒸汽来源和系统中存水。如果新建一台超临界二氧化碳布雷顿循环发电机组，其附近没有大型蒸汽发生器，那么仅依靠超临界二氧化碳布雷顿循环发电机组自身几乎无法生产出足够吹扫用的蒸汽。退一步说，即使附近有热力发电机组能够提供吹扫蒸汽，在吹扫结束后，系统中会在疏水不畅的位置残存凝结水。由于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统所用的工质的二氧化碳，因此在系统正常运行之前还必须将残存的水清除干净。综上所述，蒸汽吹扫不适合用于超临界二氧化碳布雷顿循环的系统吹扫。直接采用二氧化碳工质对系统进行吹扫无需要求建成地点附近必须有供汽点，也不会在系统中残留水，这种吹扫方案对系统的影响最小，吹扫成本也最小。但是采用二氧化碳工质吹扫时，因为吹扫流量很大，不能将吹扫的二氧化碳直接排空。
鉴于此，本发明提供了一种闭式或半闭式的吹扫方案，避免了采用蒸汽吹扫时的诸多限制条件以及带来的负面问题，使超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的吹扫过程更简便，更经济。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统及方法，该系统及方法避免了采用蒸汽吹扫时的诸多限制条件以及带来的负面问题，使超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的吹扫过程更简便，更经济。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的透平旁通管路6上布置节流装置5，高温回热器9的热侧入口管路上布置集粒器7和第一过滤器8，预冷器11至主压缩机14的管路上布置第二过滤器12和打靶装置13；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的透平主汽阀2前至三通的管段垂直于与三通相连的透平旁通管路6和加热器1出口管路，且竖直方向布置。
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的透平3出口通过第一止回阀4与后面管路断开。
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的再压缩机15不参与吹扫，再压缩机15通过出口的第二止回阀16与主管路断开，再压缩机15的入口与主路断开。
所述的适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统的吹扫方法，启动吹扫之前，先把超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的再压缩机15和透平3从系统中断开；然后充装二氧化碳工质，启动主压缩机14，接着启动加热器1；工质从主压缩机14出来后依次流经低温回热器10、高温回热器9和加热器1，然后进入透平旁路6，经节流装置5降压后依次经过集粒器7和第一过滤器8；集粒器7能够将从加热器1和管路中的吹扫出来的大颗粒收集下来，第一过滤器8能够将吹扫出来的小颗粒收集下来，最小能收集2微米的颗粒；经过第一滤器8过滤后的二氧化碳工质依次进入高温回热器9、低温回热器10和预冷器11，二氧化碳工质温度降低后进入第二过滤器12进一步将细小颗粒收集下来，然后进入打靶装置13，以检验工质的吹扫效果；在吹扫过程中，实时监测集粒器7、第一过滤器8和第二过滤器12的前后压差，当压差急剧升高时则认为收集的颗粒太多，堵塞了流道，此时在线对集粒器7、第一过滤器8和第二过滤器12进行清理，或停机清理；对于集粒器7来说，在线清理时，打开集粒器7的出口阀门，将收集下来的颗粒吹出系统；对于第一过滤器8和第二过滤器12来说，将第一过滤器8和第二过滤器12切换至备用过滤网，打开反吹装置，将收集的颗粒反吹出系统；
透平主汽阀2前至三通的管段垂直于与三通相连的另外两根管，且沿竖直方向布置；当从加热器1来的主流与三通后的透平旁通管6在同一方向上，也水平布置，主流从加热器1来，会携带焊渣杂物，经过三通时大部分进入透平旁通管6，也有部分杂质会悬浮在透平主汽阀2前的管段；但因为透平主汽阀2前的管段垂直布置，此时降低工质流量，悬浮的颗粒就会沉降下来，再增加流速，沉降下来的颗粒就会被主流携带进入透平旁通管6；这样反复操作若干次，就能将透平主汽阀2前悬浮的杂物吹干净。
和现有技术先比较，本发明具有以下有益效果：
本发明一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统，以二氧化碳工质为吹扫介质，用系统中的压缩机提供压头，用系统中的加热器提供热量，吹扫系统仅需增加节流装置、集粒器和过滤器，吹扫系统改造工程量小，施工成本低。利用透平旁路作为吹扫管路，同时将透平主汽阀前的管路垂直于与三通相连的其他两根管道布置，能够避免杂物在主汽阀前的积聚。吹扫过程中，二氧化碳工质不对外排放或者仅仅是排除一小部分，减少了吹扫工质用量，降低了成本。此外，在发电功率相等的情况下，超临界二氧化碳布雷顿循环中二氧化碳工质流量是常规蒸汽机组的工质流量的数倍。如果大型二氧化碳布雷顿循环发电机组的吹扫过程采用开式，那么将有大量的二氧化碳排空，在大气扩散条件不好的情况下，机组周围空气中二氧化碳的含量势必要升高，很有可能造成附近区域内人员的窒息或二氧化碳中毒等事故。当采用闭式吹扫时，系统中的二氧化碳工质得到循环利用，不会大量排空，因而不会对周围的空气产生显著影响，避免了可能发生的事故。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
图2为透平主汽阀前至三通的管段连接示意图。
其中，1为加热器、2为透平主汽阀、3为透平、4为第一止回阀、5为节流装置、6为透平旁通管、7为集粒器、8为第一过滤器、9为高温回热器、10为低温回热器、11为预冷器、12为第二过滤器、13为打靶装置、14为主压缩机、15为再压缩机、16为第二止回阀、17为第一临时封头、18为第二临时封头。
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，本发明所述的一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的透平旁通管路6上布置节流装置5，高温回热器9的热侧入口管路上布置集粒器7和第一过滤器8，预冷器11至压缩机的管路上布置第二过滤器12和打靶装置13；
如图2所示，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的透平主汽阀2前至三通的管段垂直于与三通相连的透平旁通管路6和加热器1出口管路，且竖直方向布置。
作为本发明的优选实施方式，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的透平3出口通过第一止回阀4与后面管路断开。
作为本发明的优选实施方式，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的再压缩机15不参与吹扫，再压缩机15通过出口的第二止回阀16与主管路断开，再压缩机15的入口与主路断开。
本发明的吹扫系统具体工作过程为：
启动吹扫之前，先把再压缩机15和透平3从系统中断开。然后充装二氧化碳工质，启动主压缩机14，接着启动加热器1。工质从主压缩机14出来后依次流经低温回热器10、高温回热器9和加热器1，然后进入透平旁路6，经节流装置5降压后依次经过集粒器7和第一过滤器8。集粒器7能够将从加热器1和管路中的吹扫出来的大颗粒收集下来，第一过滤器8能够将吹扫出来的小颗粒收集下来，最小可收集2微米的颗粒。经过第一滤器8过滤后的二氧化碳工质依次进入高温回热器9、低温回热器10和预冷器11，二氧化碳工质温度降低后进入第二过滤器12进一步将细小颗粒收集下来，然后进入打靶装置13，以检验工质的吹扫效果。在吹扫过程中，实时监测集粒器7、第一过滤器8和第二过滤器12的前后压差，当压差急剧升高时可认为收集的颗粒太多，堵塞了流道，此时可在线对集粒器7、第一过滤器8和第二过滤器12进行清理，也可以停机清理。对于集粒器7来说，在线清理时，打开集粒器7的出口阀门，将收集下来的颗粒吹出系统。对于第一过滤器8和第二过滤器12来说，将第一过滤器8和第二过滤器12切换至备用过滤网，打开反吹装置，将收集的颗粒反吹出系统。
如图2所示，透平主汽阀2前至三通的管段垂直于与三通相连的另外两根管，且沿竖直方向布置。当从加热器1来的主流与三通后的透平旁通管6在同一方向上，也水平布置。主流从加热器1来，会携带焊渣等杂物，经过三通时大部分进入透平旁通管6，也有部分杂质会悬浮在透平主汽阀2前的管段。但因为透平主汽阀2前的管段垂直布置，此时降低工质流量，悬浮的颗粒就会沉降下来，再增加流速，沉降下来的颗粒就会被主流携带进入透平旁通管6。这样反复操作若干次，就能将透平主汽阀2前悬浮的杂物吹干净。
Claims (3)
1.一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统的吹扫方法，其特征在于：超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的透平旁通管路（6）上布置节流装置（5），高温回热器（9）的热侧入口管路上布置集粒器（7）和第一过滤器（8），预冷器（11）至主压缩机（14）的管路上布置第二过滤器（12）和打靶装置（13）；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的透平主汽阀（2）前至三通的管段垂直于与三通相连的透平旁通管路（6）和加热器（1）出口管路，且竖直方向布置；
启动吹扫之前，先把超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的再压缩机（15）和透平（3）从系统中断开；然后充装二氧化碳工质，启动主压缩机（14），接着启动加热器（1）；工质从主压缩机（14）出来后依次流经低温回热器（10）、高温回热器（9）和加热器（1），然后进入透平旁通管路（6），经节流装置（5）降压后依次经过集粒器（7）和第一过滤器（8）；集粒器（7）能够将从加热器（1）和管路中的吹扫出来的大颗粒收集下来，第一过滤器（8）能够将吹扫出来的小颗粒收集下来，最小能收集2微米的颗粒；经过第一滤器（8）过滤后的二氧化碳工质依次进入高温回热器（9）、低温回热器（10）和预冷器（11），二氧化碳工质温度降低后进入第二过滤器（12）进一步将细小颗粒收集下来，然后进入打靶装置（13），以检验工质的吹扫效果；在吹扫过程中，实时监测集粒器（7）、第一过滤器（8）和第二过滤器（12）的前后压差，当压差急剧升高时则认为收集的颗粒太多，堵塞了流道，此时在线对集粒器（7）、第一过滤器（8）和第二过滤器（12）进行清理，或停机清理；对于集粒器（7）来说，在线清理时，打开集粒器（7）的出口阀门，将收集下来的颗粒吹出系统；对于第一过滤器（8）和第二过滤器（12）来说，将第一过滤器（8）和第二过滤器（12）切换至备用过滤网，打开反吹装置，将收集的颗粒反吹出系统；
透平主汽阀（2）前至三通的管段垂直于与三通相连的另外两根管，且沿竖直方向布置；当从加热器（1）来的主流与三通后的透平旁通管路（6）在同一方向上，也水平布置，主流从加热器（1）来，会携带焊渣杂物，经过三通时大部分进入透平旁通管路（6），也有部分杂质会悬浮在透平主汽阀（2）前的管段；但因为透平主汽阀（2）前的管段垂直布置，此时降低工质流量，悬浮的颗粒就会沉降下来，再增加流速，沉降下来的颗粒就会被主流携带进入透平旁通管路（6）；这样反复操作若干次，就能将透平主汽阀（2）前悬浮的杂物吹干净。
2.根据权利要求1所述的一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统的吹扫方法，其特征在于：超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的透平（3）出口通过第一止回阀（4）与后面管路断开。
3.根据权利要求1所述的一种适用于超临界二氧化碳布雷顿循环的闭式吹扫系统的吹扫方法，其特征在于：超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的再压缩机（15）不参与吹扫，再压缩机（15）通过出口的第二止回阀（16）与主管路断开，再压缩机（15）的入口与主路断开。
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