CN113446081A - 一种液态金属磁流体超临界co2联合循环发电系统及方法 - Google Patents

一种液态金属磁流体超临界co2联合循环发电系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统及方法，该系统包括超临界CO2循环发电系统和液态金属磁流体发电系统；本发明采用的液态金属磁流体发电系统，能够适用于低温热源，旋转部件较少，具有效率高、系统简单以及成本低等优点；本发明液态金属磁流体发电系统通过液态金属‑CO2换热器回收超临界CO2循环发电系统冷端余热发电，可以减少冷源损失，大幅提高能量利用效率。本发明实现能量分质梯级利用。

Description

一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统及方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统及方法。
背景技术
超临界CO2布雷顿循环具有热效率高、系统简单、结构紧凑、灵活性高以及成本低等优势，在煤电、核电、光热发电以及余热发电等领域具有广阔的应用前景。但是，超临界CO2工质在循环冷端放热温度较高，预冷器入口温度高达100℃以上，工质携带的大量余热被循环水带走，造成较大的能量损失。
液态金属磁流体发电系统能够充分利用低品位热源，减少能量损失。该发电装置利用液态金属导电工质通过磁场，在电磁感应的作用下，产生电场，在发电通道电极上接上负载对外输出电流。液态金属作为导电工质，具有导电率高、比热大以及热源温度要求不高等优点。该发电系统旋转部件较少，发电效率高，能够利用超临界CO2动力循环冷端余热发电，减少冷源损失，进一步提高能量利用效率。调研发现，超临界CO2动力循环与液态金属磁流体发电系统耦合发电的研究较少，有必要进一步研究。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统及方法，利用液态磁流体发电系统有效回收超临界CO2动力循环冷端余热，大幅提高能量利用效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统，包括超临界CO2循环发电系统和液态金属磁流体发电系统，其中
所述超临界CO2循环发电系统包括压缩机1、回热器2、加热器3、透平4、液态金属-CO2换热器5和预冷器6，所述压缩机1出口、回热器2高压侧进口和出口、加热器3进口和出口、透平4进口和出口、回热器2低压侧进口和出口、液态金属-CO2换热器5CO2侧进口和出口、预冷器6进口和出口以及压缩机1进口依次相连通构成闭式系统；
所述液态金属磁流体发电系统包括电磁泵8、液态金属-CO2换热器5、低沸点工质透平9、冷凝器10、低沸点工质泵11、混合室12、磁流体发电机13和分离器7，所述分离器7液态金属出口、电磁泵8进口和出口和液态金属-CO2换热器5液态金属侧进口和出口以及混合室12液态金属进口相连通，所述分离器7低沸点工质出口、低沸点工质透平9进口和出口、冷凝器10进口和出口、低沸点工质泵11进口和出口以及混合室12低沸点工质进口相连通，所述混合室12混合工质出口、磁流体发电机13进口和出口以及分离器7混合工质进口相连通。
所述电磁泵8、液态金属-CO2换热器5及其进出口管路流通液态金属。
所述低沸点工质透平9、冷凝器10、低沸点工质泵11及其进出口管路流通低沸点有机工质。
所述分离器7分离出的气态低沸点工质进入低沸点工质透平9膨胀做功，能够减少能量损失，增加系统做功能力。
所述电磁泵8驱动液态金属流动。
一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统的运行方法，其超临界CO2工质经压缩机1升压，并依次被回热器2和加热器3加热后，进入透平4膨胀做功，排气进入回热器2加热冷侧低温超临界CO2工质，然后进入液态金属-CO2换热器5放热，并进入一步被预冷器6冷却后进入压缩机1，完成超临界CO2闭式循环。
液态金属由电磁泵8驱动流经液态金属-CO2换热器5，回收超临界CO2动力循环冷端工质携带的余热后，进入混合室12与低沸点工质混合，并将其加热汽化，汽化后的低沸点工质携带液态金属进入磁流体发电机13切割磁感线发电，排出的混合工质在分离器7中重新分离出气态低沸点工质和液态金属，液态金属再次进入电磁泵8完成液态金属闭式循环，气态低沸点工质仍具有一定的做功能力，进入低沸点工质透平9膨胀做功，排气在冷凝器10中冷凝为液态后，由低沸点工质泵11驱动进入混合室12，再次与液态金属混合，完成低沸点工质闭式循环。
本发明的有益效果：
1.本发明采用的液态金属磁流体发电系统，能够适用于低温热源，旋转部件较少，具有效率高、系统简单以及成本低等优点。
2.本发明利用液态金属磁流体发电系统回收超临界CO2动力循环冷端余热，能够减少能量损失，大幅提高能量利用效率，实现能量分质梯级利用。
附图说明
图1为本发明一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统，包括超临界CO2循环发电系统和液态金属磁流体发电系统，其中
所述超临界CO2循环发电系统包括压缩机1、回热器2、加热器3、透平4、液态金属-CO2换热器5和预冷器6，所述压缩机1出口、回热器2高压侧进口和出口、加热器3进口和出口、透平4进口和出口、回热器2低压侧进口和出口、液态金属-CO2换热器5CO2侧进口和出口、预冷器6进口和出口以及压缩机1进口依次相连通构成闭式系统；
所述液态金属磁流体发电系统包括电磁泵8、液态金属-CO2换热器5、低沸点工质透平9、冷凝器10、低沸点工质泵11、混合室12、磁流体发电机13和分离器7，所述分离器7液态金属出口、电磁泵8进口和出口和液态金属-CO2换热器5液态金属侧进口和出口以及混合室12液态金属进口相连通，所述分离器7低沸点工质出口、低沸点工质透平9进口和出口、冷凝器10进口和出口、低沸点工质泵11进口和出口以及混合室12低沸点工质进口相连通，所述混合室12混合工质出口、磁流体发电机13进口和出口以及分离器7混合工质进口相连通。
作为本发明的优选实施方式，所述电磁泵8、液态金属-CO2换热器5及其进出口管路流通液态金属。
作为本发明的优选实施方式，所述低沸点工质透平9、冷凝器10、低沸点工质泵11及其进出口管路流通低沸点有机工质。
作为本发明的优选实施方式，所述分离器7分离出的气态低沸点工质进入低沸点工质透平9膨胀做功，能够减少能量损失，增加系统做功能力。
作为本发明的优选实施方式，所述电磁泵8用于驱动液态金属流动，具有效率高、结构紧凑、运转可靠、密封性好等优点。
如图1所示，一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统的运行方法，其特征在于，超临界CO2工质经压缩机1升压，并依次被回热器2和加热器3加热后，进入透平4膨胀做功，排气进入回热器2加热冷侧低温超临界CO2工质，然后进入液态金属-CO2换热器5放热，并进入一步被预冷器6冷却后进入压缩机1，完成超临界CO2闭式循环。
液态金属由电磁泵8驱动流经液态金属-CO2换热器5，回收超临界CO2动力循环冷端工质携带的余热后，进入混合室12与低沸点工质混合，并将其加热汽化，汽化后的低沸点工质携带液态金属进入磁流体发电机13切割磁感线发电，排出的混合工质在分离器7中重新分离出气态低沸点工质和液态金属，液态金属再次进入电磁泵8完成液态金属闭式循环，气态低沸点工质仍具有一定的做功能力，进入低沸点工质透平9膨胀做功，排气在冷凝器10中冷凝为液态后，由低沸点工质泵11驱动进入混合室12，再次与液态金属混合，完成低沸点工质闭式循环。

Claims (6)

1.一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统，其特征在于：包括超临界CO2循环发电系统和液态金属磁流体发电系统，其中
所述超临界CO2循环发电系统包括压缩机(1)、回热器(2)、加热器(3)、透平(4)、液态金属-CO2换热器(5)和预冷器(6)，所述压缩机(1)出口、回热器(2)高压侧进口和出口、加热器(3)进口和出口、透平(4)进口和出口、回热器(2)低压侧进口和出口、液态金属-CO2换热器(5)CO2侧进口和出口、预冷器(6)进口和出口以及压缩机(1)进口依次相连通构成闭式系统；
所述液态金属磁流体发电系统包括电磁泵(8)、液态金属-CO2换热器(5)、低沸点工质透平(9)、冷凝器(10)、低沸点工质泵(11)、混合室(12)、磁流体发电机(13)和分离器(7)，所述分离器(7)液态金属出口、电磁泵(8)进口和出口和液态金属-CO2换热器(5)液态金属侧进口和出口以及混合室(12)液态金属进口相连通，所述分离器(7)低沸点工质出口、低沸点工质透平(9)进口和出口、冷凝器(10)进口和出口、低沸点工质泵(11)进口和出口以及混合室(12)低沸点工质进口相连通，所述混合室(12)混合工质出口、磁流体发电机(13)进口和出口以及分离器(7)混合工质进口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统，其特征在于，所述电磁泵(8)、液态金属-CO2换热器(5)及其进出口管路流通液态金属。
3.根据权利要求1所述的一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统，其特征在于，所述低沸点工质透平(9)、冷凝器(10)、低沸点工质泵(11)及其进出口管路流通低沸点有机工质。
4.根据权利要求1所述的一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统，其特征在于，所述分离器(7)分离出的气态低沸点工质进入低沸点工质透平(9)膨胀做功，能够减少能量损失，增加系统做功能力。
5.根据权利要求1所述的一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统，其特征在于，所述电磁泵(8)驱动液态金属流动。
6.权利要求1至5任一项所述的一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统的运行方法，其特征在于，超临界CO2工质经压缩机(1)升压，并依次被回热器(2)和加热器(3)加热后，进入透平(4)膨胀做功，排气进入回热器(2)加热冷侧低温超临界CO2工质，然后进入液态金属-CO2换热器(5)放热，并进入一步被预冷器(6)冷却后进入压缩机(1)，完成超临界CO2闭式循环；
液态金属由电磁泵(8)驱动流经液态金属-CO2换热器(5)，回收超临界CO2动力循环冷端工质携带的余热后，进入混合室(12)与低沸点工质混合，并将其加热汽化，汽化后的低沸点工质携带液态金属进入磁流体发电机(13)切割磁感线发电，排出的混合工质在分离器(7)中重新分离出气态低沸点工质和液态金属，液态金属再次进入电磁泵(8)完成液态金属闭式循环，气态低沸点工质仍具有一定的做功能力，进入低沸点工质透平(9)膨胀做功，排气在冷凝器(10)中冷凝为液态后，由低沸点工质泵(11)驱动进入混合室(12)，再次与液态金属混合，完成低沸点工质闭式循环。
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