CN112412559A - 一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统 - Google Patents
一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112412559A CN112412559A CN202011308876.4A CN202011308876A CN112412559A CN 112412559 A CN112412559 A CN 112412559A CN 202011308876 A CN202011308876 A CN 202011308876A CN 112412559 A CN112412559 A CN 112412559A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- temperature
- working medium
- buffer tank
- compressor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 119
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 59
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
- F01K13/003—Arrangements for measuring or testing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
- F01K13/006—Auxiliaries or details not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
- F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
- F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
- F01K25/103—Carbon dioxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
- F01K7/32—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines using steam of critical or overcritical pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
- F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
- F04B37/18—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use for specific elastic fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
- F04B41/02—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids having reservoirs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，包括：高压排放阀组、缓冲罐、缓冲罐压力调节阀组、低压补充阀组、工质加热器、工质冷却器、压缩机和控制系统；控制系统根据工质加热器出口温度、工质加热器出口压力、缓冲罐内部温度、缓冲罐内部压力Ph、压缩机入口压力Pi、压缩机入口温度、压缩机出口压力Po控制工质加热器、工质冷却器、高压排放阀组、低压补充阀组和缓冲罐压力调节阀组。本发明的技术效果：采用多阀门组合控制、压力温度耦合控制等手段，实现超临界二氧化碳闭式循环系统在起动、变负荷、停车和紧停过程中系统压力和温度快速调节，保证系统的稳定运行，有利于提高系统整体安全性和系统性能。
Description
技术领域
本发明涉及超临界二氧化碳系统，特别涉及一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统。
背景技术
超临界二氧化碳闭式循环使用超临界二氧化碳作为闭式循环的工质，在中等温度区间内具有循环效率高、叶轮机械设备紧凑、低成本、工质腐蚀性弱等优势，在燃煤发电、太阳能发电、核能发电及余热利用等发电领域是闭式朗肯循环有力的竞争者。
超临界二氧化碳闭式循环的优点得益于超临界二氧化碳独特的理化性质：(1)在临界点附近，可压缩性较小，密度接近液体，压缩耗功小；(2)比热容高，临界点附近会出现峰值；(3)二氧化碳本身临界温度和压力适中、化学性质稳定。
但是在传统的超临界二氧化碳闭式循环过程中，由于使用超临界二氧化碳作为闭式循环的工质，在实际的使用过程中，当系统升温、降温、变转速的时候，温度和压力对密度等物性参数影响耦合性强，且物性随温度及压力变化剧烈。此外，超临界二氧化碳闭式循环中同时存在近临界点的低温低压区域、高压低温区及高温区三个物性变化规律差异较大区域等原因，系统在运行过程中容易面临安全性和稳定性的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，具体的技术方案如下：
一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，包括：高压排放阀组、缓冲罐、缓冲罐压力调节阀组、低压补充阀组、工质加热器、工质冷却器、压缩机和控制系统；
所述高压排放阀组一端通过管道与所述压缩机出口相连，另一端通过管道与所述缓冲罐相连；
所述缓冲罐压力调节阀组包括缓冲罐排放阀和缓冲罐补充阀；
所述缓冲罐排放阀的一端通过管道与所述缓冲罐相连，另一端与排放环境相连；所述缓冲罐补充阀的一端通过管道与所述缓冲罐相连，另一端与工质源相连；
所述缓冲罐与所述工质加热器通过管道相连；
所述低压补充阀组一端通过管道与所述工质加热器相连，另一端通过管道和所述工质冷却器相连；
所述压缩机的出口通过管道与闭式循环设备的其他设备相连，所述工质冷却器通过管道与所述压缩机入口相连，所述工质冷却器位于所述压缩机与所述其他设备之间；
所述工质冷却器与所述压缩机之间设置有温度传感器和压力传感器，用于监测压缩机入口压力Pi和压缩机入口温度；
所述压缩机与所述高压排放阀组之间设置有压力传感器，用于监测压缩机出口压力Po；
所述缓冲罐的内部设置有温度传感器和压力传感器，用于监测缓冲罐内部温度和缓冲罐内部压力Ph；
所述工质加热器和所述低压补充阀组之间设置有温度传感器和压力传感器，用于分别监测工质加热器出口温度和工质加热器出口压力；
所述控制系统根据所述工质加热器出口温度、所述工质加热器出口压力、所述缓冲罐内部温度、所述缓冲罐内部压力Ph、所述压缩机入口压力Pi、所述压缩机入口温度、所述压缩机出口压力Po控制所述工质加热器、所述工质冷却器、所述高压排放阀组、所述低压补充阀组和所述缓冲罐压力调节阀组。
优选地，所述控制系统具体包括：
缓冲罐压力控制模块，用于当根据所述压缩机入口压力Pi和所述压缩机出口压力Po获得的相对压差Pd大于预设值X1时；
进一步判断是否满足Ph>Pi+X2(Pi-Po)或者Ph<Pi+X4(Pi-Po)，若满足Ph>Pi+X2(Pi-Po)，打开缓冲罐排放阀，直至Ph<Pi+X3(Pi-Po)，若满足Ph<Pi+X4(Pi-Po)，打开缓冲罐补充阀，直至Ph>Pi+X5(Pi-Po)；
X1、X2、X3、X4、X5为预设的控制参数。
优选地，所述控制系统根据所述压缩机的入口目标温度、入口目标压力、出口最高理论压力、所述排放阀组的排放阀目标压力、所述补充阀组的补充阀目标压力、所述工质加热器的温度控制目标，综合所述工质加热器出口温度、所述工质加热器出口压力、所述缓冲罐内部温度、所述缓冲罐内部压力Ph、所述压缩机入口压力Pi、所述压缩机入口温度、所述压缩机出口压力Po，采用反馈控制方法控制所述高压排放阀组的调节阀、所述工质加热器的功率、所述工质冷却器的水流量支路阀门。
进一步优选地，所述控制系统具体还包括：目标压力设置模块，用于设置所述压缩机的入口目标温度、入口目标压力、出口最高理论压力。
进一步优选地，所述排放阀组目标压力等于所述入口目标压力乘以排放阀阀门系数Yp_i。
进一步优选地，所述补充阀目标压力等于所述入口目标压力乘以补充阀门系数Yb_i。
进一步优选地，所述工质加热器的温度控制目标等于所述入口目标温度乘以温度系数Yh；
所述温度系数Yh根据所述压缩机的出口最高理论压力、所述入口目标压力、所述入口目标温度耦合计算获得。
优选地，所述缓冲罐排放阀和所述缓冲罐补充阀之间并联。
优选地，所述高压排放阀组多个阀门并联而成；所述多个阀门的流量大小不同。
优选地，所述工质冷却器的冷却介质为水；
所述工质加热器为电加热器。
本发明至少包括以下一项技术效果：
(1)采用多阀门组合控制、压力温度耦合控制等手段，实现超临界二氧化碳闭式循环系统在起动、变负荷、停车和紧停过程中系统压力和温度快速调节，保证系统的稳定运行，有利于提高系统整体安全性和系统性能；
(2)采用缓冲罐可以有效提高超临界二氧化碳闭式循环工质利用率，减少二氧化碳工质的排放，有利于提高系统经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1-4的结构示意图；
图2为本发明实施例2-4的控制流程示意图；
图3为本发明实施例2-4的控制流程示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
超临界二氧化碳闭式循环使用超临界二氧化碳，其温度高于临界温度，压力高于临界压力，作为闭式循环的工质，在中等温度区间内具有循环效率高、叶轮机械设备紧凑、低成本、工质腐蚀性弱等优势，在燃煤发电、太阳能发电、核能发电及余热利用等发电领域是闭式朗肯循环有力的竞争者。
超临界二氧化碳闭式循环的优点得益于超临界二氧化碳独特的理化性质：
1、在临界点附近，可压缩性较小，密度接近液体，压缩耗功小；
2、比热容高，临界点附近会出现峰值；
3、二氧化碳本身临界温度和压力适中、化学性质稳定。
但是在传统的超临界二氧化碳闭式循环过程中，由于使用超临界二氧化碳作为闭式循环的工质，在实际的使用过程中，当系统升温、降温、变转速的时候，温度和压力对密度等物性参数影响耦合性强，且物性随温度及压力变化剧烈，且超临界二氧化碳闭式循环中同时存在近临界点的低温低压区域、高压低温区及高温区三个物性变化规律差异较大区域等原因，系统在运行过程中容易面临安全性和稳定性的问题。
实施例1：
如图1-3所示，本实施例提供一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，包括：高压排放阀组(2)、缓冲罐(1)、缓冲罐压力调节阀组(3)、低压补充阀组(4)、工质加热器(5)、工质冷却器(6)、压缩机和控制系统(7)；所述高压排放阀组(2)一端通过管道与所述压缩机出口相连，另一端通过管道与所述缓冲罐(1)相连；所述高压排放阀组(2)由一个或者多个阀门并联而成；优选地，在使用过程中，若使用多个阀门，阀门之间的流量大小不同。
所述缓冲罐压力调节阀组(3)包括缓冲罐排放阀和缓冲罐补充阀；优选地，所述缓冲罐排放阀和所述缓冲罐补充阀并联；
所述缓冲罐排放阀的一端通过管道与所述缓冲罐(1)相连，另一端与排放环境相连；所述缓冲罐补充阀的一端通过管道与所述缓冲罐(1)相连，另一端与工质源相连；所述缓冲罐(1)与所述工质加热器(5)通过管道相连；所述低压补充阀组(4)一端通过管道与所述工质加热器(5)相连，另一端通过管道和所述工质冷却器(6)相连；优选地，所述工质加热器(5)为电加热器；
所述压缩机的出口通过管道与闭式循环设备的其他设备相连，所述工质冷却器(6)通过管道与所述压缩机入口相连，所述工质冷却器(6)位于所述压缩机与所述其他设备之间；优选地，所述工质冷却器(6)的冷却介质为水。
在本实施例中，在工质的补充和排放过程中，通过缓冲罐(1)来实现，作为临时的工质储存罐，在频繁的补充或者排放工质的过程中，由于缓冲罐(1)的存在，可以及时的补充系统所需要的工质，减少二氧化碳的额外的补充量，同时由于缓冲罐(1)的缓冲作用，避免在控制过程中的由于二氧化碳输送过多而不得不排放到环境中，从而有效的减少二氧化碳本身的排放量，降低二氧化碳气源的消耗成本。
所述工质冷却器(6)与所述压缩机之间设置有温度传感器和压力传感器，用于监测压缩机入口压力Pi和压缩机入口温度；所述压缩机与所述高压排放阀组(2)之间设置有压力传感器，用于监测压缩机出口压力Po；所述缓冲罐(1)的内部设置有温度传感器和压力传感器，用于监测缓冲罐内部温度和缓冲罐内部压力Ph；所述工质加热器(5)和所述低压补充阀组(4)之间设置有温度传感器和压力传感器，用于分别监测工质加热器(5)出口温度和工质加热器(5)出口压力；
所述控制系统(7)根据所述工质加热器(5)出口温度、所述工质加热器(5)出口压力、所述缓冲罐内部温度、所述缓冲罐内部压力Ph、所述压缩机入口压力Pi、所述压缩机入口温度、所述压缩机出口压力Po控制所述工质加热器(5)、所述工质冷却器(6)、所述高压排放阀组(2)、所述低压补充阀组(4)和所述缓冲罐压力调节阀组(3)。
在本实施例中，各个传感器、阀门与控制系统(7)之间构成闭环控制，控制系统(7)向各阀门发出控制信号并根据控制信号进行操作，传感器感应到各参数的变化，然后将各个参数再传输给控制系统(7)，控制系统(7)再根据各个参数进行进一步的控制，可以有效匹配超临界二氧化碳闭式循环系统在起动、变负荷、停车和紧停过程中因二氧化碳物性参数的强烈非线性及近临界点温度压力强耦合特性，实现系统压力的快速调节。
实施例2：
如图1-3所示，本实施例基于实施例1，提供一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统(7)，所述控制系统(7)具体包括：
缓冲罐压力控制模块，用于当根据所述压缩机入口压力Pi和所述压缩机出口压力Po获得的相对压差Pd大于预设值X1时；
进一步判断是否满足Ph>Pi+X2(Pi-Po)或者Ph<Pi+X4(Pi-Po)，若满足Ph>Pi+X2(Pi-Po)，打开缓冲罐排放阀，直至Ph<Pi+X3(Pi-Po)，若满足Ph<Pi+X4(Pi-Po)，打开缓冲罐补充阀，直至Ph>Pi+X5(Pi-Po)；
X1、X2、X3、X4、X5为预设的控制参数。
也就是说，在实际运行的过程中，缓冲罐压力控制模块执行如下步骤：
(1)获取压缩机入口压力Pi、压缩机出口压力Po和缓冲罐压力Ph；
(2)计算相对压差ΔP＝Po-Pi、相对压差Pd＝ΔP/Pi；
(3)若相对压差Pd不大于X1，则返回(1)；
(4)若缓冲罐压力Ph＞Pi+X2ΔP，则打开缓冲罐排放阀，直至Ph＜Pi+X3ΔP；
(5)若缓冲罐压力Ph＜Pi+X4ΔP，则打开缓冲罐补充阀，直至Ph＞Pi+X5ΔP；
在本实施例中，控制参数根据入口目标压力，温度目标压力、压缩机压比、系统结构尺寸等信息进行构建。
本实施例通过多阀门组合控制方法，根据系统的压力控制目标值、系统状态及经验控制参数，选定高压排放阀组(2)、高压排放阀组(2)中阀门数量、阀门特性及阀门控制参数，实现系统压力控制。根据缓冲罐压力、经验控制参数，选定缓冲罐调节阀组中阀门特性及阀门控制参数，确保高压排放阀组(2)、高压排放阀组(2)功能正常。
实施例3：
如图1-3所示，本实施例基于实施例1，提供一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统(7)，所述控制系统(7)还包括：
目标压力设置模块，用于设置所述压缩机的入口目标温度、入口目标压力、出口最高理论压力。
在本实施例中，具体而言，在系统正式运行之前，用户通过人机交互系统，对控制系统(7)进行输入，设置相应的各种目标参数，便于在后续的运行过程中进行执行。
所述排放阀组目标压力等于所述入口目标压力乘以排放阀阀门系数Yp_i；
所述补充阀目标压力等于所述入口目标压力乘以补充阀门系数Yb_i。
所述工质加热器(5)的温度控制目标等于入口目标温度乘以温度系数Yh；
具体而言，Yp_i、Yb_i、Yh均大于1；每个阀门的控制参数和阀门系数由超临界二氧化碳闭式循环系统固有结构特性和运行状态确定。
所述温度系数Yh根据所述压缩机的出口最高理论压力、入口目标压力、入口目标温度耦合计算而得。
所述控制系统(7)采用反馈控制方法根据所述入口目标温度、所述入口目标压力、所述排放阀组目标压力、所述补充阀目标压力、所述温度控制目标综合所述工质加热器出口温度、所述工质加热器出口压力、所述缓冲罐内部温度、所述缓冲罐内部压力Ph、所述压缩机入口压力Pi、所述压缩机入口温度、所述压缩机出口压力Po，控制所述高压排放阀组(2)的调节阀、所述工质加热器(5)的功率、所述工质冷却器(6)的水流量支路阀门。
具体而言，所述高压排放阀组(2)的调节阀采用反馈控制方法调节阀门开度；高压排放阀组(2)由两个调节阀并联组成，高压排放阀组(2)由一个调节阀组成。采用反馈控制方法，具体而言可采用最优控制，自适应控制，专家控制，模糊控制，容错控制，智能控制，PID反馈控制等，以使用PID控制方法为例，利用压力控制目标值与压力测量值之差进行比例积分微分运算，并对结果进行限幅输出(0％～100％)，得到每个调节阀的阀门开度；
所述工质加热器(5)采用反馈控制方法调节所述工质加热器(5)的功率；采用反馈控制方法，利用工质加热器(5)温度目标值与工质加热器(5)出口温度测量值之差进行比例积分微分运算，并对结果进行限幅输出(0％～100％)，得到工质加热器(5)的功率。
所述工质冷却器(6)的水流量支路阀门采用反馈控制方法控制所述水流量支路的开度；采用反馈控制方法，利用压缩机入口温度目标值与压缩机入口温度测量值之差进行比例积分微分运算，并对结果进行限幅输出(0％～100％)，得到水流量支路阀门的开度。
本实施例中，为了确保超临界二氧化碳闭式循环具有较高的循环热效率，压缩机入口压力和温度通常会控制在临界点附近。起动、变负荷和停车过程中，系统内整体温度和压力逐渐提高或者下降，二氧化碳的密度、比热等物性参数变化呈现强烈的非线性，具体而言，靠近临界点变化剧烈、远离临界点变化平缓和耦合性，温度和压力同时对物性参数具有较大影响。紧停过程中，系统内整体温度和压力会产生突变，二氧化碳物性参数更会产生巨大变化，如果无法及时控制系统(7)内温度及压力，可能会产生安全风险。
故采用压力温度耦合控制方法，根据系统压力控制目标值、温度控制目标值及二氧化碳温度和压力的耦合特性，确定工质加热器(5)的类型及控制参数，实现系统温度和压力控制初步。根据系统的温度控制目标值、系统状态及经验控制参数，确定工质冷却器(6)类型及控制参数，实现系统温度控制，保证系统的稳定运行，有利于提高系统整体安全性和系统性能。
实施例4：
本实施例基于实施例4，在本实施例中，控制参数按下表取值：
| 控制参数 | X<sub>1</sub> | X<sub>2</sub> | X<sub>3</sub> | X<sub>4</sub> | X<sub>5</sub> |
| 取值 | 0.1 | 0.95 | 0.9 | 0.1 | 0.5 |
阀门系数可按下表取值：
压缩机入口压力控制目标为7.9MPa，所述压缩机的出口最高理论压力为20MPa，压缩机入口目标压力为7.9MPa，压缩机入口目标温度为38℃，温度系数取值为2.8。超临界二氧化碳闭式循环中压缩机入口目标压力为7.9MPa，入口目标温度为38℃。
本发明通过上述实施例，实现了：
(1)采用多阀门组合控制、压力温度耦合控制等手段，实现超临界二氧化碳闭式循环系统在起动、变负荷、停车和紧停过程中系统压力和温度快速调节，保证系统的稳定运行，有利于提高系统整体安全性和系统性能；
(2)采用缓冲罐可以有效提高超临界二氧化碳闭式循环工质利用率，减少二氧化碳工质的排放，有利于提高系统经济性。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，包括：高压排放阀组、缓冲罐、缓冲罐压力调节阀组、低压补充阀组、工质加热器、工质冷却器、压缩机和控制系统；
所述高压排放阀组一端通过管道与所述压缩机出口相连，另一端通过管道与所述缓冲罐相连；
所述缓冲罐压力调节阀组包括缓冲罐排放阀和缓冲罐补充阀；
所述缓冲罐排放阀的一端通过管道与所述缓冲罐相连，另一端与排放环境相连；所述缓冲罐补充阀的一端通过管道与所述缓冲罐相连，另一端与工质源相连；
所述缓冲罐与所述工质加热器通过管道相连；
所述低压补充阀组一端通过管道与所述工质加热器相连，另一端通过管道和所述工质冷却器相连；
所述压缩机的出口通过管道与闭式循环设备的其他设备相连，所述工质冷却器通过管道与所述压缩机入口相连，所述工质冷却器位于所述压缩机与所述其他设备之间；
所述工质冷却器与所述压缩机之间设置有温度传感器和压力传感器，用于监测压缩机入口压力Pi和压缩机入口温度；
所述压缩机与所述高压排放阀组之间设置有压力传感器，用于监测压缩机出口压力Po；
所述缓冲罐的内部设置有温度传感器和压力传感器，用于监测缓冲罐内部温度和缓冲罐内部压力Ph；
所述工质加热器和所述低压补充阀组之间设置有温度传感器和压力传感器，用于分别监测工质加热器出口温度和工质加热器出口压力；
所述控制系统根据所述工质加热器出口温度、所述工质加热器出口压力、所述缓冲罐内部温度、所述缓冲罐内部压力Ph、所述压缩机入口压力Pi、所述压缩机入口温度、所述压缩机出口压力Po控制所述工质加热器、所述工质冷却器、所述高压排放阀组、所述低压补充阀组和所述缓冲罐压力调节阀组。
2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，所述控制系统具体包括：
缓冲罐压力控制模块，用于当根据所述压缩机入口压力Pi和所述压缩机出口压力Po获得的相对压差Pd大于预设值X1时；
进一步判断是否满足Ph>Pi+X2(Pi-Po)或者Ph<Pi+X4(Pi-Po)，若满足Ph>Pi+X2(Pi-Po)，打开缓冲罐排放阀，直至Ph<Pi+X3(Pi-Po)，若满足Ph<Pi+X4(Pi-Po)，打开缓冲罐补充阀，直至Ph>Pi+X5(Pi-Po)；
X1、X2、X3、X4、X5为预设的控制参数。
3.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，所述控制系统根据所述压缩机的入口目标温度、入口目标压力、出口最高理论压力、所述排放阀组的排放阀目标压力、所述补充阀组的补充阀目标压力、所述工质加热器的温度控制目标，综合所述工质加热器出口温度、所述工质加热器出口压力、所述缓冲罐内部温度、所述缓冲罐内部压力Ph、所述压缩机入口压力Pi、所述压缩机入口温度、所述压缩机出口压力Po，采用反馈控制方法控制所述高压排放阀组的调节阀、所述工质加热器的功率、所述工质冷却器的水流量支路阀门。
4.根据权利要求3所述的一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，所述控制系统具体还包括：
目标压力设置模块，用于设置所述压缩机的入口目标温度、入口目标压力、出口最高理论压力。
5.根据权利要求3所述的一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，所述排放阀组目标压力等于所述入口目标压力乘以排放阀阀门系数Yp_i。
6.根据权利要求3所述的一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，所述补充阀目标压力等于所述入口目标压力乘以补充阀门系数Yb_i。
7.根据权利要求3所述的一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，所述工质加热器的温度控制目标等于所述入口目标温度乘以温度系数Yh；
所述温度系数Yh根据所述压缩机的出口最高理论压力、所述入口目标压力、所述入口目标温度耦合计算获得。
8.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，所述缓冲罐排放阀和所述缓冲罐补充阀之间并联。
9.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，所述高压排放阀组多个阀门并联而成；所述多个阀门的流量大小不同。
10.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统，其特征在于，所述工质冷却器的冷却介质为水；
所述工质加热器为电加热器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011308876.4A CN112412559B (zh) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | 一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011308876.4A CN112412559B (zh) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | 一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112412559A true CN112412559A (zh) | 2021-02-26 |
| CN112412559B CN112412559B (zh) | 2024-01-09 |
Family
ID=74774541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011308876.4A Active CN112412559B (zh) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | 一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112412559B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113266442A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-08-17 | 上海齐耀动力技术有限公司 | 一种超临界二氧化碳再压缩发电系统及其运行控制方法 |
| CN113297807A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-08-24 | 上海齐耀动力技术有限公司 | 一种超临界二氧化碳发电系统循环参数设计方法 |
| CN114658679A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-24 | 西安热工研究院有限公司 | 一种超临界二氧化碳循环发电压缩机控制系统 |
| CN115454180A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-09 | 贵州航天乌江机电设备有限责任公司 | 一种超临界co2萃取系统压力及温度控制方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160037570A (ko) * | 2014-09-29 | 2016-04-06 | 한국전력공사 | 초임계 이산화탄소 발전 시스템 |
| CN106839543A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-06-13 | 烟台冰轮股份有限公司 | 一种co2制冷系统用工质排放装置及排放控制方法 |
| CN108612571A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-10-02 | 西安热工研究院有限公司 | 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质调节系统和方法 |
| CN111456820A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-07-28 | 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) | 超临界二氧化碳循环系统 |
| CN211737231U (zh) * | 2020-03-10 | 2020-10-23 | 上海朝临动力科技有限公司 | 超临界二氧化碳循环发电系统 |
| CN211851943U (zh) * | 2020-02-11 | 2020-11-03 | 上海朝临动力科技有限公司 | 布雷顿循环发电系统 |
| CN111946410A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-17 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种用于超临界二氧化碳闭式循环储注的预热预冷系统 |
-
2020
- 2020-11-19 CN CN202011308876.4A patent/CN112412559B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160037570A (ko) * | 2014-09-29 | 2016-04-06 | 한국전력공사 | 초임계 이산화탄소 발전 시스템 |
| CN106839543A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-06-13 | 烟台冰轮股份有限公司 | 一种co2制冷系统用工质排放装置及排放控制方法 |
| CN108612571A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-10-02 | 西安热工研究院有限公司 | 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质调节系统和方法 |
| CN211851943U (zh) * | 2020-02-11 | 2020-11-03 | 上海朝临动力科技有限公司 | 布雷顿循环发电系统 |
| CN211737231U (zh) * | 2020-03-10 | 2020-10-23 | 上海朝临动力科技有限公司 | 超临界二氧化碳循环发电系统 |
| CN111456820A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-07-28 | 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) | 超临界二氧化碳循环系统 |
| CN111946410A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-17 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种用于超临界二氧化碳闭式循环储注的预热预冷系统 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113266442A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-08-17 | 上海齐耀动力技术有限公司 | 一种超临界二氧化碳再压缩发电系统及其运行控制方法 |
| CN113297807A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-08-24 | 上海齐耀动力技术有限公司 | 一种超临界二氧化碳发电系统循环参数设计方法 |
| CN113266442B (zh) * | 2021-04-16 | 2023-08-29 | 上海齐耀动力技术有限公司 | 一种超临界二氧化碳再压缩发电系统及其运行控制方法 |
| CN113297807B (zh) * | 2021-04-16 | 2024-02-23 | 上海齐耀动力技术有限公司 | 一种超临界二氧化碳发电系统循环参数设计方法 |
| CN114658679A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-24 | 西安热工研究院有限公司 | 一种超临界二氧化碳循环发电压缩机控制系统 |
| CN115454180A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-09 | 贵州航天乌江机电设备有限责任公司 | 一种超临界co2萃取系统压力及温度控制方法 |
| CN115454180B (zh) * | 2022-09-30 | 2024-02-13 | 贵州航天乌江机电设备有限责任公司 | 一种超临界co2萃取系统压力及温度控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112412559B (zh) | 2024-01-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112412559B (zh) | 一种超临界二氧化碳闭式循环温度和压力耦合控制系统 | |
| CN109032201A (zh) | 半导体生产用温控设备 | |
| KR20180058325A (ko) | 병렬 복열 방식의 초임계 이산화탄소 발전 시스템 | |
| CN107524478B (zh) | 用于抽凝背系统的低压缸冷却装置及其应用 | |
| CN106524582A (zh) | 适于水侧并联风冷热泵机组的压缩机负荷控制方法及装置 | |
| CN108194156A (zh) | 一种无冷却蒸汽旁路的低压缸零出力供热系统及方法 | |
| CN108009733B (zh) | 一种热力系统深度调峰的方法、系统及终端设备 | |
| CN109270843B (zh) | 一种跨临界二氧化碳系统的水路模糊pid控制方法 | |
| CN113027552A (zh) | 超临界二氧化碳发电控制系统及运行方式 | |
| CN112051810A (zh) | 一种供热机组的多能源分配和调度系统 | |
| CN207264217U (zh) | 半导体生产用温控设备 | |
| Guo et al. | Unsteady characteristics of compressed air energy storage systems with thermal storage from thermodynamic perspective | |
| CN111255553B (zh) | 可调节冷却水循环系统 | |
| CN106917780A (zh) | 多级蒸汽喷射式抽真空系统及其调节方法 | |
| US10202873B2 (en) | Supercritical CO2 generation system applying plural heat sources | |
| JP2012154532A (ja) | 蒸気発生方法及び蒸気発生装置 | |
| CN214333101U (zh) | 一种准三级压缩超级热泵换热装置 | |
| CN114837757A (zh) | 一种配置蒸汽引射器的火电厂高加给水旁路调频系统及工作方法 | |
| US20170234170A1 (en) | Supercritical co2 generation system applying plural heat sources | |
| CN114383838A (zh) | 高温蒸汽试验系统 | |
| CN109783874B (zh) | 一种船用混合调节核汽轮机组耦合变工况计算模型 | |
| CN113074402B (zh) | 热电机组高背压供热优化方法 | |
| JPS61152916A (ja) | バイナリ−サイクル発電プラント | |
| CN112325508A (zh) | 换热流量调节系统及热介质温度匹配调节方法 | |
| JP2022532419A (ja) | 閉サイクル在庫管理 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |