CN109268094A - 防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种设有再循环泵而能够针对低温腐蚀提高可靠度的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，本发明利用再循环泵让低温侧外部热交换器所加热的工作流体的一部分和泵后端的低温工作流体混合，从而把工作流体的温度加热到废热气体的露点温度以上后供应给外部热交换器。因此，能减轻低温侧外部热交换器的低温腐蚀现象而增加外部热交换器的寿命、提高外部热交换器及超临界二氧化碳发电系统的可靠性。

Description

防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统
技术领域
本发明揭示一种防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，更详细地说，本发明揭示一种设有再循环泵而能够针对低温腐蚀提高可靠度的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统。
背景技术
随着全世界对高效发电的需求逐渐增加，减少公害物质的活动也日益热烈，因此人们为了减少公害物质的发生并且提高发电量而做出了各种努力。作为其一个方案，人们热切地研究了把超临界二氧化碳作为工作流体使用的超临界二氧化碳发电系统(Powergeneration system using Supercritical CO2)。
超临界状态的二氧化碳的密度和液体状态相似而粘度则和气体相似，因此能够有效实现装备的小型化，还能大幅减少流体压缩及循环时所需要的电力消耗。与此同时，临界点为摄氏31.4度、72.8大气压，其相比于临界点为摄氏373.95度、217.7大气压的水低了很多，因此比较容易处理。
而且，超临界二氧化碳发电系统大部分采取的是用于发电的二氧化碳不排放到外部的闭路循环(closed cycle)，因此非常有利于各国减少公害物质的排放。
但现有的超临界二氧化碳发电系统的容量难以扩容到一定规模以上，因此只能供应所需电力的一部分而已。而且，煤炭火力发电需要解决的课题之一是既提高发电效率又减少公害物质的排放量。
如美国公开专利2014-0102098号所示，可以为了提高超临界二氧化碳发电系统的效率而设有能回收诸如火力发电厂锅炉所放排气的废热的外部热交换器后进一步加热工作流体。
一般来说，和废热气体进行热交换时，外部热交换器的低温侧工作流体的温度低于废热气体所含硫酸的露点的话，水分会在高温侧(废热气体流入的一侧)凝结。凝结的水滴贴附积累在外部热交换器的金属管时就成为造成腐蚀的原因。该腐蚀现象称为低温腐蚀(Cold-End Corrosion)。
低温腐蚀现象会缩短外部热交换器寿命而导致可靠性降低，与此同时，还能成为导致超临界二氧化碳发电系统可靠性降低的原因，因此需要开发出能够解决该问题的方法。
(专利文献1)美国公开专利第2014-0102098号(公开日期：2014.04.17)
发明内容
本发明的目的是提供一种防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其设有再循环泵而能够针对低温腐蚀提高可靠度。
本发明的一个实施样态揭示一种防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，该超临界二氧化碳发电系统包括：泵，压缩工作流体；多个热交换器，接受外部热源所供应的热量后加热上述工作流体；多个涡轮机，被上述工作流体驱动；至少一个回热器，接受通过了上述泵的上述工作流体的一部分，让通过了上述涡轮机的上述工作流体与通过了上述泵的上述工作流体进行热交换，使得通过了上述涡轮机的上述工作流体被冷却而通过了上述泵的上述工作流体则被加热；冷凝器，把经过上述涡轮机并且在上述回热器初步冷却的上述工作流体加以冷却后供应给上述泵；经过了上述泵的上述工作流体的一部分分流到上述热交换器中的低温侧热交换器，上述工作流体的一部分从上述低温侧热交换器的排放端分流后和流经上述泵往上述低温侧热交换器的流入端供应的上述工作流体混合后被供应给上述低温侧热交换器。
还包括再循环泵，其安装在上述低温侧热交换器的排放端与上述低温侧热交换器的流入端之间，把从上述低温侧热交换器的排放端分流的上述工作流体予以再循环。
上述热交换器把废热气体作为热源使用，其包括和上述废热气体从上述外部热源流入的入口端相邻的高温侧热交换器、和上述废热气体被排放的出口端相近的上述低温侧热交换器。
由经过了上述泵的上述工作流体与经过了上述再循环泵的上述工作流体混合后供应给上述低温侧热交换器的上述工作流体的温度等于或大于供应给上述低温侧热交换器的上述废热气体的露点温度。
在上述再循环泵的排放端安装控制阀，该控制阀控制供应给上述低温侧热交换器的上述工作流体的流量。
在上述再循环泵安装马达VFD，该马达VFD控制供应给上述低温侧热交换器的上述工作流体的流量。
还包括安装在上述低温侧热交换器的入口端并且测量上述工作流体的温度的至少一个温度变送器指示仪(Temperature Transmitter Indicator)。
还包括连接到上述温度变送器指示仪并且根据上述温度变送器指示仪所测量的温度控制上述控制阀或上述马达VFD的控制器。
流入上述低温侧热交换器的上述废热气体的温度低于预设温度时，上述控制器增加供应给上述再循环泵的上述工作流体的流量。
流入上述低温侧热交换器的上述废热气体的温度高于预设温度时，上述控制器减少供应给上述再循环泵的上述工作流体的流量。
流入上述低温侧热交换器的上述工作流体的温度低于预设温度时，上述控制器增加供应给上述再循环泵的上述工作流体的流量。
流入上述低温侧热交换器的上述工作流体的温度高于预设温度时，上述控制器减少供应给上述再循环泵的上述工作流体的流量。
本发明的再一个实施样态揭示一种防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其包括：泵，压缩工作流体；高温或中温侧热交换器及低温侧热交换器，从外部热源接受热量后加热上述工作流体；多个涡轮机，被上述工作流体驱动，各自驱动上述泵及发电机；至少一个回热器，接受通过了上述泵的上述工作流体的一部分，让通过了上述涡轮机的上述工作流体与通过了上述泵的上述工作流体进行热交换，使得通过了上述涡轮机的上述工作流体被冷却而通过了上述泵的上述工作流体则被加热；冷凝器，把经过上述涡轮机并且在上述回热器初步冷却的上述工作流体加以冷却后供应给上述泵；再循环泵，连接到上述低温侧热交换器的排放端，让上述低温侧热交换器所排放的上述工作流体的一部分再循环；经过了上述泵的上述工作流体的一部分分流到上述低温侧热交换器，经过了上述再循环泵的上述工作流体和从上述泵分流的上述工作流体混合后被供应给上述低温侧热交换器。
上述热交换器把废热气体作为热源使用，上述高温侧热交换器和上述废热气体从上述外部热源流入的入口端邻近，上述低温侧热交换器则和上述废热气体被排放的出口端相近。
由经过了上述泵的上述工作流体与经过了上述再循环泵的上述工作流体混合后供应给上述低温侧热交换器的上述工作流体的温度等于或大于供应给上述低温侧热交换器的上述废热气体的露点温度。
本发明的再一个实施样态揭示了一种超临界二氧化碳发电系统，其包括：泵，压缩工作流体；多个热交换器，接受外部热源所供应的热量后加热上述工作流体；多个涡轮机，被上述工作流体驱动；至少一个回热器，接受通过了上述泵的上述工作流体的一部分，让通过了上述涡轮机的上述工作流体与通过了上述泵的上述工作流体进行热交换，使得通过了上述涡轮机的上述工作流体被冷却而通过了上述泵的上述工作流体则被加热；冷凝器，把经过上述涡轮机并且在上述回热器初步冷却的上述工作流体加以冷却后供应给上述泵；经过了上述泵的上述工作流体的一部分分流到上述热交换器中的低温侧热交换器，上述工作流体的一部分从上述冷凝器的流入端分流往上述低温侧热交换器的流入端供应并且和经过了上述泵的上述工作流体混合后被供应给上述低温侧热交换器。
本发明的的再一个实施样态揭示了一种超临界二氧化碳发电系统，其包括：泵，压缩工作流体；高温或中温侧热交换器及低温侧热交换器，从外部热源接受热量后加热上述工作流体；多个涡轮机，被上述工作流体驱动，各自驱动上述泵及发电机；至少一个回热器，接受通过了上述泵的上述工作流体的一部分，让通过了上述涡轮机的上述工作流体与通过了上述泵的上述工作流体进行热交换，使得通过了上述涡轮机的上述工作流体被冷却而通过了上述泵的上述工作流体则被加热；冷凝器，把经过上述涡轮机并且在上述回热器初步冷却的上述工作流体加以冷却后供应给上述泵；再循环泵，连接到上述冷凝器的流入端，把往上述冷凝器供应的上述工作流体的一部分予以再压缩；经过了上述泵的上述工作流体的一部分分流到上述低温侧热交换器，经过了上述再循环泵的上述工作流体和从上述泵分流的上述工作流体混合后被供应给上述低温侧热交换器。
本发明一实施例的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统利用再循环泵让低温侧外部热交换器所加热的工作流体的一部分和泵后端的低温工作流体混合，从而能够把工作流体的温度加热到废热气体的露点温度以上后供应给外部热交换器。因此，减轻低温侧外部热交换器的低温腐蚀现象而增加外部热交换器的寿命并且提高外部热交换器及超临界二氧化碳发电系统的可靠性。
附图说明
图1是示出本发明第一实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。
图2是示出本发明第二实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。
图3是示出本发明的第三实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。
图4是示出图1至图3所示再循环泵侧的具体配置的模似图。
图5是示出图4所示再循环泵侧具体配置的其它例的模似图。
图6是示出图1至图3所示超临界二氧化碳发电系统的外气温度和再循环泵的工作流体流量的关系的曲线图。
图7是示出图1至图3所示超临界二氧化碳发电系统的外部热交换器的入口温度和再循环泵的工作流体流量的关系的曲线图。
图8是示出本发明第四实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。
图9是示出本发明第五实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。
图10是示出本发明第六实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的众多实施例的超临界二氧化碳发电系统。
超临界二氧化碳发电系统通常采取的是用于发电的二氧化碳不排放到外部的闭路循环(close cycle)，工作流体则使用超临界状态的二氧化碳。
超临界二氧化碳发电系统由于工作流体是超临界状态的二氧化碳而得以利用火力发电厂等处排放出来的排气，其不仅可以作为单独的发电系统使用，还能应用于和火力发电系统的混合发电系统。超临界二氧化碳发电系统的工作流体可以从排气分离出二氧化碳后供应，也可以另行供应二氧化碳。
处于循环内的超临界二氧化碳(以下称为工作流体)通过了泵后再通过加热器之类的热源被加热成高温高压的工作流体并且驱动涡轮机。发电机或泵连接到涡轮机并且利用连接到发电机的涡轮机产生电力，利用连接到泵的涡轮机驱动泵。通过了涡轮机的工作流体则在经过热交换器时被冷却，冷却的工作流体重新被供应到泵而在循环(cycle)内循环。可以配备多个涡轮机或热交换器。
根据本发明多样化的实施例的超临界二氧化碳发电系统的意义包括在循环内流动的工作流体全部处于超临界状态的系统，还包括工作流体的大部分处于超临界状态而其余则处于次临界状态的系统。
而且，本发明的多样化的实施例中工作流体所使用的是二氧化碳，在此，二氧化碳包括化学意义上纯粹的二氧化碳、多少含有一般观点上的杂质的状态的二氧化碳、以及一种以上的流体作为添加物被混合到二氧化碳的状态的流体。
在本发明中，术语“低温”及“高温”是具有相对意义的术语，其不能按照以特定温度为基准值而将高于该值者称为高温、低于该值者称为低温的意义阐释。术语“低压”及“高压”也应以相对意义阐释。
本发明的各构成要素由供工作流体流动的移送管(标示了数字的各条管路)连接，即使没有特别提及，工作流体也应该被理解为顺着移送管流动。然而，由多个构成要素实现了一体化时，一体化的构成要素内会存在着实际发挥出移送管作用的零件乃至领域，即使此时也理应阐释为工作流体沿着移送管流动。如果是具备其它功能的流路，则会进一步说明。关于工作流体的流动，将以移送管的编号进行说明。
下面说明的超临界二氧化碳发电系统仅仅是多样化的系统配置中的一例而已，本发明并不局限于所记载的配置。
图1是示出本发明第一实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。
如图1所示，本发明第一实施例的超临界二氧化碳发电系统包括：压缩器或泵100，让工作流体压缩及循环；回热器200，加热工作流体；多个外部热交换器300，从作为外部热源的废热气体回收废热后进一步加热工作流体；多个涡轮机400，被工作流体驱动产生电力；冷凝器500，冷却工作流体。
泵100被后述的第二涡轮机430驱动(请参阅图1的虚线)并且压缩工作流体。经过了泵100的工作流体1各自分流8B、2B到回热器200及外部热交换器300中的低温侧热交换器。
回热器200让经过了涡轮机400的工作流体6和经过了泵100的工作流体1进行热交换，把经过了涡轮机400的工作流体初步冷却后移送到冷凝器500，把经过了泵100的工作流体加热后移送2A到外部热交换器300中的高温侧热交换器。
可以视需要而配置多个外部热交换器300，本实施例则以配备2个热交换器为例进行说明。第一热交换器310及第二热交换器330把诸如发电厂的锅炉所排放的排气等具备废热的气体(以下称为废热气体)作为热源使用。第一热交换器310及第二热交换器330发挥出让废热气体与工作流体进行热交换而利用废热气体所供应的热量加热工作流体的作用。
而且，第一及第二热交换器310、330可以根据废热气体的温度相对性地区分成低温、中温、高温等。亦即，热交换器越接近流入废热气体的入口端侧越能在高温进行热交换，越接近排放废热气体的出口端侧越能在低温进行热交换。
在本实施例中，第一热交换器310可以是相比于第二热交换器330使用相对高温或相对中温废热气体的热交换器，第二热交换器330可以是使用相对中温或相对低温的废热气体的热交换器。亦即，以从流入废热气体的入口端到排放端侧依次配置第一热交换器310、第二热交换器330为例进行说明。
涡轮机400由第一涡轮机410及第二涡轮机430构成，其发挥出驱动连接到某一个涡轮机的发电机450而产生电力的作用。涡轮机让工作流体在通过第一涡轮机410及第二涡轮机430时膨胀，因此还能发挥出膨胀器(expander)的作用。在本实施例中，发电机450连接到第一涡轮机410产生电力而第二涡轮机430则驱动泵100。因此，第一涡轮机410可以是比第二涡轮机430相对高压的涡轮机。
经过第一热交换器310加热的工作流体各自分流4A、4B到第一涡轮机410和第二涡轮机430，经过了第一涡轮机410和第二涡轮机430的工作流体则在第二涡轮机430的后端混合后被供应6到回热器200。
冷凝器500发挥出把空气或冷却水作为制冷剂使用并且把通过了回热器200的工作流体予以冷却的冷却器功能。通过了回热器200的工作流体被供应到冷凝器500冷却后重新循环9到泵100。
另一方面，在第二热交换器330的工作流体排放端和第二热交换器330的流入端之间设有再循环泵600。亦即，经由第二热交换器330往第一热交换器310移送的工作流体2C在和流向第一热交换器310的工作流体混合之前，工作流体分流后流入7C再循环泵600重新压缩后被供应7D到第二热交换器330的流入端。
一般燃烧系统会根据燃烧气体的温度变化而发生物理、化学变化。其中，重要的是水蒸气和三氧化硫(Sulfur trioxide)反应后生成硫酸(Sulfuric Acid)。亦即，随着燃烧气体的温度逐渐下降而发生气体状态的硫酸，接触到低于硫酸蒸气温度的表面时硫酸蒸气凝结成液体状态的硫酸。
一般来说，露点腐蚀现象和含硫或硫化合物的燃料的燃烧有密切关系，这是因为燃料中的硫氧化后形成二氧化硫(Sulfur Dioxide)。硫氧化物的1～3％会和锅炉的火焰内氧原子直接反应生成三氧化硫。而且，存在着起催化作用的氧化亚铁(Ferrous Oxide)、五氧化釩(Vanadium Pentaoxide)时会发生氧化反应生成三氧化硫。此时，温度下降到露点(Dew Point)以下的话就会生成硫酸并且和金属进行反应发生腐蚀。
关于腐蚀的发生，重要的不是燃烧气体的温度而是金属的表面温度。这是因为，即使燃烧气体的温度为露点以上，腐蚀也会在金属表面温度低于露点之处发生。因此，需要把金属构成的热交换器的管表面温度提升到露点温度以上。在和低温废热气体进行热交换的低温侧热交换器经常发生该低温腐蚀问题，因此本发明揭示了针对供应给低温侧热交换器的工作流体的温度进行调节的方法。
为了防止低温侧热交换器的低温腐蚀而如前述实施例一样地配备再循环泵600，从而得以把通过了低温侧热交换器后被加热的工作流体的热量回收一部分。而且，再循环泵600把工作流体压缩重新加热一次后再供应给第二热交换器330，因此工作流体被加热到废热气体的露点温度以上后供应。经过了第二热交换器330的工作流体的温度通常大约在摄氏100度～200度范围，经过了冷凝器500与泵100的工作流体的温度大约为摄氏0～50度。因此，可以从经过了第二热交换器330的工作流体中抽取一部分工作流体并且使其经过再循环泵600后和经过了泵100的工作流体混合成摄氏50～60度范围的温度，然后供应给第二热交换器330。
下面说明本发明其它实施例的超临界二氧化碳发电系统(但是，和前述实施例重复的构成要素将不予详细说明)。
图2是示出本发明第二实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图，图3是示出本发明的第三实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。图4是示出图1至图3所示再循环泵侧具体配置的模似图，图5是示出图4所示再循环泵侧具体配置的其它例的模似图。
如图2所示，本发明第二实施例的超临界二氧化碳发电系统可以在图1所示实施例的超临界二氧化碳发电循环添加外部热交换器及回热器地构成。
亦即，能依次配置从高温废热气体回收废热的第一热交换器310'、从中温废热气体回收废热的第二热交换器330'、从低温废热气体回收废热的第三热交换器350'。
而且，还可以设有把通过了第一涡轮机410'及第二涡轮机430'的工作流体予以冷却而通过了泵100'的工作流体则予以加热的串列配置的第一回热器210'及第二回热器230'。由于通过了第一涡轮机410'及第二涡轮机430'的工作流体直接流入第一回热器210'，因此相比于第二回热器230'，第一回热器210'和相对高温的工作流体进行热交换。所以第一回热器210'是高温侧回热器而第二回热器230'则是低温侧回热器。
如图1所示实施例一样地让作为低温侧热交换器的第三热交换器350'的排放端和流入端连接地安装再循环泵600'。
下面简单说明第二实施例的发电循环的工作流体的流动。
通过泵100'后压缩的低温工作流体在泵100'的后端分流并且各自供应10、1到第二回热器230'与第三热交换器350'。
通过了泵100'的工作流体中被供应到第三热交换器350'的工作流体1则和废热气体进行热交换被初步加热后供应2给第一回热器210'。
通过了泵100'的工作流体中被供应到第二回热器230'的工作流体10则和经过了第一回热器210'的工作流体进行热交换被初步加热后移送11到第二热交换器330'。经过了涡轮机400'的工作流体直接流入第一回热器210'，因此和其温度高于供应给第二回热器230'的工作流体的工作流体进行热交换。
在第二回热器230'被初步加热后供应到第二热交换器330'的工作流体11则和废热气体进行热交换被进一步加热后供应12给第二涡轮机430'。经过了第一回热器210'的工作流体被移送到3第一热交换器310'和废热气体进行热交换被进一步加热后供应4给第一涡轮机410'。
经过了第一涡轮机410'及第二涡轮机430'的工作流体5、13在第二涡轮机430'的后端混合后被供应到第一回热器210'，和经过了第一热交换器310'的工作流体进行热交换后被初步冷却。冷却的工作流体则被移送6、7到第二回热器230'重新冷却后被供应8到冷凝器500'。
工作流体的一部分在第三热交换器350'的排放端分流并且被供应8A到再循环泵600'，在再循环泵600被压缩的工作流体8B则和向第三热交换器350'供应的工作流体混合。经过了再循环泵600'的工作流体用来让泵100'所供应的工作流体的温度提高到等于或大于露点温度的摄氏摄氏50～60度。提升了温度的工作流体能发挥出让热交换器管表面温度提高到露点温度的作用。
如图3所示，本发明的第三实施例的超临界二氧化碳发电系统可串列配置从相对高温废热气体回收废热的第一热交换器310、从中温或低温废热气体回收废热的第二热交换器330。
回热器200可串列安装第一回热器210及第二回热器230。
涡轮机400包括：第一涡轮机410，接受经过第一热交换器310加热的工作流体；第二涡轮机420b，接受被第一回热器210回热的工作流体。此时，可以让第一涡轮机410驱动发电机450而第二涡轮机430则驱动泵100地配置，
下面简单说明第三实施例的发电循环的工作流体的流动。
通过了泵100的工作流体1在泵100的后端分流并且各自供应2A、2B到第二回热器230及第二热交换器330。经过第二回热器230被初步加热的工作流体2A则和经过了第二热交换器330的工作流体混合3后一部分被供应4A到第一热交换器310，一部分则被供应4B到第一回热器210。
被供应到第一热交换器310的工作流体被重新加热后供应5A到第一涡轮机410，驱动了第一涡轮机410后被移送6A到第一回热器210。通过第二热交换器330后被分流4B到第一回热器210的工作流体则和经过了第一涡轮机410的工作流体进行热交换被重新加热后供应5B给第二涡轮机430。经过了第二涡轮机430的工作流体则被供应6B到第一回热器210的后端。
经过第一涡轮机410及第一回热器210初步冷却的工作流体被移送7A到第二回热器230并且和经过了泵100的工作流体进行热交换后被冷却。冷却的工作流体被移送8A到冷凝器500冷却后重新循环9到泵100。
工作流体的一部分在第二热交换器330的排放端分流后供应8B到再循环泵600，经过了再循环泵600”的工作流体则和从泵100”向第二热交换器330供应的工作流体混合。经过了再循环泵600”的工作流体则用来把泵100”所供应的工作流体的温度提高到等于或大于露点温度的摄氏摄氏50～60度。升温后的工作流体则让热交换器管表面温度提高到露点温度。
对于如前所述地构成的本发明实施例的超临界二氧化碳发电系统，下面将说明再循环泵的流量调节方法，该再循环泵发挥辅助型加热工具功能而让流入外部热交换器的工作流体的温度维持在高于露点温度的温度(为了说明方便起见，以图1的图形符号为基准进行说明，但图4及图5的具体构成要素示共同适用于前述实施例的构成要素)。
从作为低温侧热交换器的第二热交换器330的排放端分流的工作流体的流量被控制以便维持流入外部热交换器的工作流体的预设温度(例如摄氏55度)，可以由控制阀700进行调节。
如图4所示，可以在再循环泵600的排放端设有控制阀700。而且，也可以在工作流体流向作为外部热交换器的第二热交换器330的部分安装多个温度变送器指示仪(Temperature Transmitter Indicator)710后测量供应给第二热交换器330的工作流体的温度。温度变送器指示仪710连接到统合温度控制器(TICA，temperature indicator,controller and alarm)730，温度变送器指示仪710所测量的温度值被传输到统合温度控制器730。统合温度控制器730连接辅助控制器(Interlock)750，再循环泵600设有动力控制器(VFD,variable frequency driver)770而针对用来驱动泵的马达动力进行控制。
统合温度控制器730是一种执行温度相关指示、控制及警告功能的控制装置，辅助控制器750是一种以补偿性地确认温度乃至压力等参数后对运转进行控制的装置。能够利用较低压力或较少流量让系统运转时，动力控制器770调节马达转数地减少马达动力。
凭借着测量第二热交换器330入口端温度的多个温度变送器指示仪710以第二热交换器330的入口端温度为基准实现主控制。而且，也可以辅助性地测量再循环泵600的后端温度和泵100后端的压力。为此，泵100后端可安装压力变送器指示仪(PIT，pressureindicator and transmitter)790。辅助控制器750能以温度及压力值为基准控制运转，作为辅助手段而测量泵100后端的压力使得再循环泵600能生成等值于泵100压力水平的压力。
因此，统合温度控制器730的控制信号和压力变送器指示仪790的测量信号被传输到辅助控制器750，该统合温度控制器730则接收温度变送器指示仪710信号。利用辅助控制器750控制控制阀700的开度及动力控制器770的动力。
以压力控制为例，泵100所吐出的工作流体的压力和动力控制器770所吐出的工作流体的压力之差较大时会导致动力控制器770的动力浪费。为了防止该问题，压差大于特定压力差的话，减少动力控制器770的动力或打开控制阀700的开度地进行辅助性控制。
关于温度控制，预先在辅助控制器750储存热力学函数，可以通过温度变送器指示仪710测量了多处的温度后能推测工作流体的流量。之后，能以热力学计算结果为基础通过前馈(feed forward)方式控制动力控制器770及控制阀700的开度。
或者也可以如图5所示，在工作流体流入第二热交换器330的部分只设有一个温度变送器指示仪710'。设有多个温度变送器指示仪时能提高控制方面的正确度，只设有一个温度变送器指示仪时在经济方面能降低成本。
虽然会根据超临界二氧化碳发电系统的设计事项而不同，但是在低温侧热交换器被废热气体加热的工作流体的温度通常大约为摄氏100度至200度的范围，经过了泵100的工作流体的温度大约为摄氏0度至50度的范围。
因此，如前述实施例一样地利用再循环泵600让经过了低温侧热交换器的工作流体的热量的一部分和来自泵100后端的冷工作流体2B混合而提高供应给第二热交换器330的工作流体的温度。凭此，可以供应其温度高于外部热交换器的废气露点的工作流体。
泵100后端的温度会随着外气温度而不同，因此如前所述地通过控制控制阀700的开度控制再循环泵600后端的工作流体流量。
下面详细说明外气温度和工作流体的流量之间的关系。
图6是示出图1至图3所示超临界二氧化碳发电系统的外气温度和再循环泵的工作流体流量的关系的曲线图，图7是示出图1至图3所示超临界二氧化碳发电系统的外部热交换器的入口温度和再循环泵的工作流体流量的关系的曲线图。
如图6所示，基于外气温度的、需供应给再循环泵600的流量相对于第二热交换器330入口流量的比率会根据外气温度而呈现出较大差异。
外气温度较低时，泵100后端的温度较低而使得需要供应给再循环泵600的流量增加。与此相反地，外气温度较高时，泵100后端的温度较高而使得需要供应给再循环泵600的流量减少或著逐渐减少直至为零。
冷凝器500的外气温度或冷却水的温度为摄氏30度至45度范围时泵100后端的温度为摄氏55度以上而不需要额外的再压缩流量。但是随着外气温度或冷却水温度降低而需要较多的再压缩流量。
利用马达VFD770调节再循环泵600的速度就能调节供应给再循环泵600的流量。然而，泵100上没有配备马达VFD时泵100以固定速度运转，此时能以控制阀700的开度调节流量。为了大幅减少马达VFD770所耗动力，以再循环泵600的流量调节为基础并且测量控制阀700的差压后进行补偿性运转。
下面以图7为例简单说明前述再压缩流量的控制。
利用温度传感器测量第二热交换器330的入口侧温度，所测量的温度低于设定值时增加供应给再循环泵600的流量地进行控制。
与此相反地，所测量的温度高于设定值时减少供应给再循环泵600的流量使得第二热交换器330的入口侧温度恢复到设定值范围(正常运转范围)内。
图8是示出本发明第四实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。
在说明图8所示第四实施例时，相比于上述图1所示第一实施例的差异为，在上述冷凝器500的流入端和第二热交换器330的流入端之间设有再循环泵600，工作流体在冷凝器500的前端分流后流入7C上述再循环泵600，被再压缩后供应7D给第二热交换器330的流入端。
为了防止低温侧热交换器的低温腐蚀而如前述实施例一样地配备再循环泵600，从而得以把冷凝器500废弃的工作流体热量回收一部分。而且，在再循环泵600压缩工作流体重新加热一次后供应给第二热交换器330，因此工作流体被加热到废热气体的露点温度以上后供应。从回热器200往冷凝器500排放的工作流体的温度通常是摄氏0度～50度范围，经过了再循环泵600的工作流体则是摄氏50～60度范围。
图9是示出本发明第五实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图，图10是示出本发明第六实施例的超临界二氧化碳发电系统的模似图。
如图9所示，本发明第五实施例的超临界二氧化碳发电系统可以在图8所示实施例的超临界二氧化碳发电循环添加了外部热交换器及回热器地构成。
亦即，能依次配置从高温废热气体回收废热的第一热交换器310'、从中温废热气体回收废热的第二热交换器330'、从低温废热气体回收废热的第三热交换器350'。
而且，还可以设有把通过了第一涡轮机410'及第二涡轮机430'予以冷却而通过了泵100'的工作流体则予以加热的串列配置的第一回热器210'及第二回热器230'。由于通过了第一涡轮机410'及第二涡轮机430'的工作流体直接流入第一回热器210'，因此相比于第二回热器230'，第一回热器210'和相对高温的工作流体进行热交换。所以第一回热器210'是高温侧回热器而第二回热器230'则是低温侧回热器。
下面简单说明第五实施例的发电循环的工作流体的流动。
通过泵100'后压缩的低温工作流体在泵100'的后端分流并且各自供应10、1到第二回热器230'与第三热交换器350'。
通过了泵100'的工作流体中被供应到第三热交换器350'的工作流体1则和废热气体进行热交换被初步加热后供应2给第一回热器210'。
通过了泵100'的工作流体中被供应到第二回热器230'的工作流体10则和经过了第一回热器210'的工作流体进行热交换被初步加热后被移送11到第二热交换器330'。经过了涡轮机400'的工作流体直接流入第一回热器210'，因此和其温度高于供应给第二回热器230'的工作流体的工作流体进行热交换。
在第二回热器230'被初步加热后供应到第二热交换器330'的工作流体11则和热气体进行热交换被进一步加热后供应12给第二涡轮机430'。经过了第一回热器210'的工作流体被移送3到第一热交换器310'和废热气体进行热交换被进一步加热后供应4给第一涡轮机410'。
经过了第一涡轮机410'及第二涡轮机430'的工作流体5、13在第二涡轮机430'的后端混合后被供应到第一回热器210'，和经过了第一热交换器310'的工作流体进行热交换后被初步冷却。冷却的工作流体则被移送6、7到第二回热器230'重新冷却后被供应8到冷凝器500'。
工作流体的一部分在冷凝器500'的流入端分流后供应给8A再循环泵600，在再循环泵600被压缩的工作流体则把热交换器的管表面温度加热到等于或大于露点温度的摄氏50～60度后供应8B给第三热交换器350'。
如图10所示，本发明第六实施例的超临界二氧化碳发电系统能串列配置从相对高温废热气体回收废热的第一热交换器310"、从中温或低温废热气体回收废热的第二热交换器330"。
回热器200"可以串列安装第一回热器210"及第二回热器230"。
涡轮机400"包括：第一涡轮机410"，接受经过第一热交换器310"加热的工作流体；第二涡轮机420"，接受被第一回热器210"回热的工作流体。此时，可以让第一涡轮机410"驱动发电机450"而第二涡轮机430"则驱动泵100"地配置。
下面简单说明第六实施例的发电循环的工作流体流动。
通过了泵100"的工作流体1在泵100"的后端分流并且各自供应2A、1到第二回热器230"及第二热交换器330"。经过第二回热器230"被初步加热的工作流体2'则和经过了第二热交换器330"的工作流体混合3并且一部分被供应4A到第一热交换器310"而一部分则供应4B到第一回热器210"。
供应到第一热交换器310"的工作流体被重新加热后供应5A给第一涡轮机410"，驱动了第一涡轮机410"后移送6A到第一回热器210"。经由第二热交换器330"被分流到第一回热器210"的工作流体4B则和经过了第一涡轮机410"的工作流体进行热交换被重新加热后供应5B给第二涡轮机430"。经过了第二涡轮机430"的工作流体则供应6B到第一回热器210"的后端。
经由第一涡轮机410"及第一回热器210"初步冷却的工作流体被移送7A到第二回热器230"并且和经过了泵100"的工作流体进行热交换被冷却。冷却的工作流体被移送8A到冷凝器500"冷却后重新循环9到泵100"。
工作流体的一部分在冷凝器500"的流入端分流后供应给8B再循环泵600，在再循环泵600压缩的工作流体则把热交换器的管表面温度加热到等于或大于露点温度的摄氏50～60度后供应8C给第二热交换器330"。
当然，图4至图7的相关事项也能适用于上述第四至第六实施例。
如前所述，本发明利用再循环泵让冷凝器废弃的热量和泵后端的低温工作流体混合而能够把工作流体的温度加热到废热气体的露点温度以上后供应给外部热交换器。因此，减轻低温侧外部热交换器的低温腐蚀现象而延长外部热交换器的寿命，还能提高外部热交换器及超临界二氧化碳发电系统的可靠性。
前文结合附图说明的本发明的实施例不得阐释为限定本发明的技术思想。本发明的权利范围只能由权利要求书上记载的事项限定，本发明所属技术领域中具有通常知识者能以各种形态改良及修改本发明的技术思想。因此该改良及修改对于具有通常知识者为不言自明者，其当属于本发明的权利范围。
符号说明
100：泵 200：回热器
300：热交换器 400：涡轮机
500：冷凝器 600：再循环泵
700：控制阀

Claims (20)

1.一种防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
包括：
泵，压缩工作流体；
多个热交换器，接受外部热源所供应的热量来加热上述工作流体；
多个涡轮机，被上述工作流体驱动；
至少一个回热器，接受通过了上述泵的上述工作流体的一部分，使通过了上述涡轮机的上述工作流体与通过了上述泵的上述工作流体进行热交换，使得通过了上述涡轮机的上述工作流体被冷却而通过了上述泵的上述工作流体则被加热；
冷凝器，把经过上述涡轮机并且在上述回热器初步冷却的上述工作流体加以冷却并供应给上述泵；以及
经过了上述泵的上述工作流体的一部分分流到上述热交换器中的低温侧热交换器，和工作流体的另一部分混合并供应给上述低温侧热交换器。
2.根据权利要求1所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
上述工作流体的另一部分从上述低温侧热交换器的排放端分流。
3.根据权利要求1所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
上述工作流体的另一部分从上述冷凝器的流入端分流。
4.根据权利要求1所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
还包括再循环泵，其对流入上述低温侧热交换器的工作流体的另一部分加压。
5.根据权利要求4所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
上述热交换器把废热气体作为热源使用，包括和从上述外部热源流入上述废热气体的入口端相邻的高温侧热交换器、以及和排放上述废热气体的出口端相近的上述低温侧热交换器。
6.根据权利要求5所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
由经过了上述泵的上述工作流体与经过了上述再循环泵的上述工作流体混合并供应给上述低温侧热交换器的上述工作流体的温度，等于或大于供应给上述低温侧热交换器的上述废热气体的露点温度。
7.根据权利要求6所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
在上述再循环泵的排放端安装控制阀，该控制阀控制供应给上述低温侧热交换器的上述工作流体的流量。
8.根据权利要求6所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
在上述再循环泵安装马达VFD，该马达VFD控制供应给上述低温侧热交换器的上述工作流体的流量。
9.根据权利要求6所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
还包括安装在上述低温侧热交换器的入口端并且测量上述工作流体的温度的至少一个温度变送器指示仪。
10.根据权利要求9所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
还包括连接到上述温度变送器指示仪并且根据上述温度变送器指示仪所测量的温度来控制上述控制阀或上述马达VFD的控制器。
11.根据权利要求10所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
若流入上述低温侧热交换器的上述废热气体的温度低于预设温度，则上述控制器增加供应给上述再循环泵的上述工作流体的流量。
12.根据权利要求10所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
若流入上述低温侧热交换器的上述废热气体的温度高于预设温度，则上述控制器减少供应给上述再循环泵的上述工作流体的流量。
13.根据权利要求10所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
若流入上述低温侧热交换器的上述工作流体的温度低于预设温度，则上述控制器增加供应给上述再循环泵的上述工作流体的流量。
14.根据权利要求10所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
若流入上述低温侧热交换器的上述工作流体的温度高于预设温度，则上述控制器减少供应给上述再循环泵的上述工作流体的流量。
15.一种防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
包括：
泵，压缩工作流体；
高温或中温侧热交换器及低温侧热交换器，从外部热源接受热量来加热上述工作流体；
多个涡轮机，被上述工作流体驱动，分别驱动上述泵及发电机；
至少一个回热器，接受通过了上述泵的上述工作流体的一部分，使通过了上述涡轮机的上述工作流体与通过了上述泵的上述工作流体进行热交换，使得通过了上述涡轮机的上述工作流体被冷却而通过了上述泵的上述工作流体则被加热；
冷凝器，把经过上述涡轮机并且在上述回热器初步冷却的上述工作流体加以冷却并供应给上述泵；以及
再循环泵，连接到上述低温侧热交换器的排放端，使上述低温侧热交换器所排放的上述工作流体的一部分再循环；
经过了上述泵的上述工作流体的一部分分流到上述低温侧热交换器，
经过了上述再循环泵的上述工作流体和从上述泵分流的上述工作流体混合并被供应给上述低温侧热交换器。
16.根据权利要求15所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
上述热交换器把废热气体作为热源使用，上述高温侧热交换器和从上述外部热源流入上述废热气体的入口端邻近，上述低温侧热交换器则和排放上述废热气体的出口端相近。
17.根据权利要求16所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
由经过了上述泵的上述工作流体与经过了上述再循环泵的上述工作流体混合并供应给上述低温侧热交换器的上述工作流体的温度，等于或大于供应给上述低温侧热交换器的上述废热气体的露点温度。
18.一种防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
包括：
泵，压缩工作流体；
高温或中温侧热交换器及低温侧热交换器，从外部热源接受热量来加热上述工作流体；
多个涡轮机，被上述工作流体驱动，分别驱动上述泵及发电机；
至少一个回热器，接受通过了上述泵的上述工作流体的一部分，使通过了上述涡轮机的上述工作流体与通过了上述泵的上述工作流体进行热交换，使得通过了上述涡轮机的上述工作流体被冷却而通过了上述泵的上述工作流体则被加热；
冷凝器，把经过上述涡轮机并且在上述回热器初步冷却的上述工作流体加以冷却并供应给上述泵；以及
再循环泵，连接到上述冷凝器的流入端，把供应给上述冷凝器的上述工作流体的一部分予以再压缩；
经过了上述泵的上述工作流体的一部分分流到上述低温侧热交换器，
经过了上述再循环泵的上述工作流体和从上述泵分流的上述工作流体混合并被供应给上述低温侧热交换器。
19.根据权利要求18所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
上述热交换器把废热气体作为热源使用，上述高温侧热交换器和从上述外部热源流入上述废热气体的入口端邻近，上述低温侧热交换器则和排放上述废热气体的出口端相近。
20.根据权利要求19所述的防止低温腐蚀的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，
供应给上述低温侧热交换器的上述工作流体的温度，等于或大于供应给上述低温侧热交换器的上述废热气体的露点温度。
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