CN110080843B - 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法 - 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净化系统及方法，包括超临界布雷顿循环系统、第一调压阀、第二调压阀及膜分离装置，其中，超临界布雷顿循环系统中主压缩机的出口经第一调压阀与膜分离装置的入口相连通，膜分离装置的杂质气出口分为两路，其中一路排出，另一路与膜分离装置的二氧化碳出口通过管道并管后与第二调压阀的一端相连通，第二调压阀的另一端与超临界布雷顿循环系统中低温回热器的吸热侧入口相连通，该系统及方法实现超临界二氧化碳布雷顿循环工质的连续净化。

Description

一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法
技术领域
本发明涉及一种工质净化系统及方法，具体涉及一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法。
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。但对于大型工业级别的系统来说要长期保持系统中的二氧化碳纯度很高而不混入或者残留其他杂质气体比较困难，因此需要对于系统中的二氧化碳进行长期不断的净化，保证其纯净度，从而确保系统性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法，该系统及方法实现超临界二氧化碳布雷顿循环工质的连续净化。
为达到上述目的，本发明所述的超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统包括超临界布雷顿循环系统、第一调压阀、第二调压阀及膜分离装置，其中，超临界布雷顿循环系统中主压缩机的出口经第一调压阀与膜分离装置的入口相连通，膜分离装置的杂质气出口分为两路，其中一路排出，另一路与膜分离装置的二氧化碳出口通过管道并管后与第二调压阀的一端相连通，第二调压阀的另一端与超临界布雷顿循环系统中低温回热器的吸热侧入口相连通。
超临界布雷顿循环系统包括透平、高温回热器、低温回热器、预冷器、主压缩机及再压缩机；
透平的入口与热源的工质侧出口相连通，透平的出口与高温回热器的放热侧入口相连通，高温回热器的放热侧出口与低温回热器的放热侧入口相连通，低温回热器的放热侧出口分为两路，一路与预冷器的工质侧入口相连通，另一路与再压缩机的入口相连通，预冷器的工质侧出口与主压缩机的入口相连通，低温回热器的吸热侧出口与再压缩机的出口通过管道并管后与高温回热器的吸热侧入口相连通，高温回热器的吸热侧出口与热源的工质侧入口相连通。
还包括工质补充系统，其中，工质补充系统与预冷器的入口相连通。
所述工质补充系统包括二氧化碳储液罐、二氧化碳增压泵及二氧化碳蒸发器，其中，二氧化碳储液罐的出口依次经二氧化碳增压泵及二氧化碳蒸发器与预冷器的入口相连通。
热源为锅炉、余热换热器或太阳能集热系统。
本发明所述的超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化方法包括以下步骤：
超临界布雷顿循环系统中主压缩机输出的超临界二氧化碳工质经第一调压阀调压后进入到膜分离装置中，其中，膜分离装置分离出来的杂质气分为两路，其中一路排出，另一路与膜分离装置输出的纯净二氧化碳工质汇流后经第二调压阀调压后输入到超临界布雷顿循环系统中低温回热器的吸热侧内。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法在具体操作时，超临界布雷顿循环系统中主压缩机输出的超临界二氧化碳工质经第一调压阀调压后进入到膜分离装置中进行分类，其中，膜分离装置输出的杂质气体分为两路，其中一路排出，另一路与膜分离装置输出的纯净二氧化碳工质汇流后通过第二调压阀进行调压，然后进入到超临界布雷顿循环系统中低温回热器的吸热侧内，以实现超临界二氧化碳布雷顿循环工质的连续净化，操作简单，并且最大限度的减小二氧化碳排放以及纯二氧化碳气体的消耗，减小投资。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中、1为热源、2为超临界布雷顿循环系统、3为净化系统、4为工质补充系统、21为透平、22为高温回热器、23为低温回热器、24为预冷器、25为主压缩机、26为再压缩机、31为第一调压阀、32为膜分离装置、33为第二调压阀、41为二氧化碳储液罐、42为二氧化碳增压泵、43为二氧化碳蒸发器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统包括超临界布雷顿循环系统2、第一调压阀31、第二调压阀33及膜分离装置32，其中，超临界布雷顿循环系统2中主压缩机25的出口经第一调压阀31与膜分离装置32的入口相连通，膜分离装置32的杂质气出口分为两路，其中一路排出，另一路与膜分离装置32的二氧化碳出口通过管道并管后与第二调压阀33的一端相连通，第二调压阀33的另一端与超临界布雷顿循环系统2中低温回热器23的吸热侧入口相连通，其中，热源1为锅炉、余热换热器或太阳能集热系统。
超临界布雷顿循环系统2包括透平21、高温回热器22、低温回热器23、预冷器24、主压缩机25及再压缩机26；透平21的入口与热源1的工质侧出口相连通，透平21的出口与高温回热器22的放热侧入口相连通，高温回热器22的放热侧出口与低温回热器23的放热侧入口相连通，低温回热器23的放热侧出口分为两路，一路与预冷器24的工质侧入口相连通，另一路与再压缩机26的入口相连通，预冷器24的工质侧出口与主压缩机25的入口相连通，低温回热器23的吸热侧出口与再压缩机26的出口通过管道并管后与高温回热器22的吸热侧入口相连通，高温回热器22的吸热侧出口与热源1的工质侧入口相连通。
本发明还包括工质补充系统4，其中，工质补充系统4与预冷器24的入口相连通，具体的，所述工质补充系统4包括二氧化碳储液罐41、二氧化碳增压泵42及二氧化碳蒸发器43，其中，二氧化碳储液罐41的出口依次经二氧化碳增压泵42及二氧化碳蒸发器43与预冷器24的入口相连通。
本发明所述的超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化方法包括以下步骤：
经热源1加热的高温超临界二氧化碳工质进入透平21中做功，透平21输出的乏汽依次进入高温回热器22的放热侧及低温回热器23的放热侧进行放热，然后分为两路，其中一路进入到预冷器24中冷却，另一路进入到再压缩机26中压缩，预冷器24输出的工质经主压缩机25压缩及第一调压阀31调压后进入到膜分离装置32中进行分离分类，其中，膜分离装置32输出的杂质气体分为两路，其中一路排出，另一路与膜分离装置32输出的净化后的二氧化碳工质汇流后进入到第二调压阀33中，然后经第二调压阀33调压后进入到低温回热器23的吸热侧进行吸热，低温回热器23吸热侧输出的工质与再压缩机26输出的工质汇流后进入到高温回热器22的吸热侧中吸热，然后进入到热源1中被加热，完成整个工质循环流程。
需要说明的是，膜分离装置32输出的杂质气分为两路，其中，两路杂质气体的分配量由系统中杂质气体的含量、系统效率以及二氧化碳补充费用等因素综合决定，当系统中杂质气体含量较低时，直接排出的杂质气体的量较小，相反，当系统中杂质气体的含量较高时，则排出的杂质气体的量较大，同时需要通过工质补充系统4补充更多纯净的二氧化碳。
需要说明的是，本发明中描述的超临界布雷顿循环系统2不影响本发明的保护范围，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2，而非局限于图示布局。例如其它超临界布雷顿循环系统2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25，没有图中再压缩机26，并将图中两个回热器合并为一个回热器。
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净化系统，其特征在于，包括超临界布雷顿循环系统(2)、第一调压阀(31)、第二调压阀(33)及膜分离装置(32)，其中，超临界布雷顿循环系统(2)中主压缩机(25)的出口经第一调压阀(31)与膜分离装置(32)的入口相连通，膜分离装置(32)的杂质气出口分为两路，其中一路排出，另一路与膜分离装置(32)的二氧化碳出口通过管道并管后与第二调压阀(33)的一端相连通，第二调压阀(33)的另一端与超临界布雷顿循环系统(2)中低温回热器(23)的吸热侧入口相连通；
超临界布雷顿循环系统(2)包括透平(21)、高温回热器(22)、低温回热器(23)、预冷器(24)、主压缩机(25)及再压缩机(26)；
透平(21)的入口与热源(1)的工质侧出口相连通，透平(21)的出口与高温回热器(22)的放热侧入口相连通，高温回热器(22)的放热侧出口与低温回热器(23)的放热侧入口相连通，低温回热器(23)的放热侧出口分为两路，一路与预冷器(24)的工质侧入口相连通，另一路与再压缩机(26)的入口相连通，预冷器(24)的工质侧出口与主压缩机(25)的入口相连通，低温回热器(23)的吸热侧出口与再压缩机(26)的出口通过管道并管后与高温回热器(22)的吸热侧入口相连通，高温回热器(22)的吸热侧出口与热源(1)的工质侧入口相连通；
还包括工质补充系统(4)，其中，工质补充系统(4)与预冷器(24)的入口相连通；
所述工质补充系统(4)包括二氧化碳储液罐(41)、二氧化碳增压泵(42)及二氧化碳蒸发器(43)，其中，二氧化碳储液罐(41)的出口依次经二氧化碳增压泵(42)及二氧化碳蒸发器(43)与预冷器(24)的入口相连通；
热源(1)为锅炉、余热换热器或太阳能集热系统。
2.一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化方法，其特征在于，基于权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统，包括以下步骤：
超临界布雷顿循环系统(2)中主压缩机(25)输出的超临界二氧化碳工质经第一调压阀(31)调压后进入到膜分离装置(32)中，其中，膜分离装置(32)分离出来的杂质气分为两路，其中一路排出，另一路与膜分离装置(32)输出的纯净二氧化碳工质汇流后经第二调压阀(33)调压后输入到超临界布雷顿循环系统(2)中低温回热器(23)的吸热侧内。
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