CN113653540A - 一种透平干气密封及缸冷却系统装置及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置及其运行方法，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括透平机、密封气储存装置、控温装置和干气密封器件；所述透平机的缸体上设置有冷却夹层，所述冷却夹层的进口与密封气储存装置相连，所述冷却夹层的出口与所述控温装置相连；所述控温装置与干气密封器件相连。所述透平干气密封及缸冷却系统装置通过透平缸体的余热对干气密封的密封气加热能够降低系统厂用电的用电量，系统简单，便于工程上实施，提高了整体的循环效率，长期运行将大大提高电加热器的使用寿命，降低干气密封系统的运行期投入成本。
Description
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种透平干气密封及缸冷却系统装置及其运行方法。
背景技术
随着发电技术的发展，发电机组采用超临界二氧化碳代替水蒸气作为循环工质，在一定的功率范围内具有循环效率高、设备结构紧凑以及基建初投资小等优势，因此现有超临界二氧化碳作为循环工质的工艺和设备逐渐增多。
如CN113137293A公开了一种超临界二氧化碳循环系统以及透平调节和紧急停机的方法，该方法通过对主回路加热器功率、压缩机的转速、防喘阀开度、透平的入口调节阀开度、及透平旁路阀开度的联动调节，完成超临界二氧化碳循环系统的透平及压缩机在运行过程中的调节及紧急停机。但该方法难以实现热量的充分利用，耗电量大。
CN111305915A公开了超临界二氧化碳透平机及其主轴冷却系统，该系统能够对超临界二氧化碳透平机的主轴进行冷却，保证超临界二氧化碳透平机中零部件处于正常的工作温度。但该系统仅涉及透平机主轴的冷却，难以实现热量的充分利用。
CN1100193C公开了一种透平机及其冷却方法，它具有一外壳、一至少部分利用外壳构成的工作流体的入流区、一冷却流体输送管、一布置在外壳内沿主轴延伸的动叶片托架、和一布置在入流区内的屏蔽元件，该屏蔽元件用来使动叶片托架与工作流体屏蔽隔离开来，并且利用一支架固定在外壳上，在此，输送管穿过支架。当但该方法难以实现热量的充分利用，耗电量大。
因此，需要开发一种能够充分利用热量的透平机及其冷却方法。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置及其运行方法，所述透平干气密封及缸冷却系统装置同时实现了缸体结构冷却与密封气加热，降低了系统厂用电的用电量，提高了整体的循环效率，长期运行将大大提高电加热器有使用寿命，降低干气密封系统的投入成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括透平机、密封气储存装置、控温装置和干气密封器件；
所述透平机的缸体上设置有冷却夹层，所述冷却夹层的进口与密封气储存装置相连，所述冷却夹层的出口与所述控温装置相连；
所述控温装置与干气密封器件相连。
本发明提供的透平干气密封及缸冷却系统装置中密封气自密封气储存装置输送至透平机的缸体上的冷却夹层，实现了密封气与透平机缸体的热交换，同时设置控温装置，及时对密封气的温度进行补充调控，避免了原始密封气采用电加热装置的高耗电量，并延长了电加热器的使用寿命。
优选地，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于密封气储存装置与所述冷却夹层的出口之间的分流控制装置。
本发明优选采用分流控制装置，密封气自密封气储存装置出来后先经分流控制装置分流，第一部分进入冷却夹层中，第二部分直接与冷却夹层出来的第一部分混合后，通入干气密封器件中，从而能够针对不同流量需求的干气密封器件和冷却夹层的冷却温度进行调节。而且本发明中由于透平机的排气温度一般为400℃左右，比如为300～500℃，超过了缸体材质能够接受的温度，而自密封气储存装置抽出的气体的温度一般仅为20～80℃，在冷却夹层中进行热交换的同时，由于干气密封器件对密封气的流程需求有特定需求，如未设置分流控制装置，难以实现密封气流量与透平机缸体温度的平衡。
优选地，所述密封气储存装置包括超临界二氧化碳储存装置。
优选地，所述分流控制装置与所述控温装置相连。
优选地，所述分流控制装置与所述控温装置相连的管道与所述冷却夹层的出口相连。从而能够实现分流控制装置分流两股流股的混合。
优选地，所述控温装置包括电加热器。
优选地，所述分流控制装置与所述控温装置相连的管道上设置有混合装置，所述混合装置还与冷却夹层的出口相连。
优选地，所述分流控制装置包括用于控制流量的流量控制部件。
优选地，所述流量控制部件包括气通阀门。
优选地，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于分流控制装置与控温装置相连管道上的温度测量部件。
本发明优选对分流控制装置之后的流体进行温度检测，并实施反馈至分流控制装置中，对直接进入冷却夹层和不进入冷却夹层的流量进行调控，达到缸体温度和密封气温度的平衡。
优选地，所述温度测量部件与所述控温装置信号连接。
优选地，所述冷却夹层设置于透平缸上。
本发明对所述冷却夹层的具体构造不做特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于冷却的夹层设计，也可在夹层内部设置强化传热的部件，也可根据实际工艺进行调整。
优选地，所述冷却夹层为设置在筒形缸体上的整圈圆形夹层或设置在中分面合缸的半环形夹层。
优选地，所述冷却夹层包括管道束。
优选地，所述冷却夹层包括直径1～20mm的管道束，例如可以是1mm、2mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm或20mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述冷却夹层内设置有强化传热部件。
优选地，所述强化传热部件包括翅片或不规则换热通道。
优选地，所述透平缸的薄壁为焊接加工薄壁。
优选地，所述透平缸的材质为ZG12Cr10Mo1W1NiVNbN、不锈钢和/或铬钼钒钢。
优选地，所述透平缸的薄壁的厚度为2～30mm，例如可以是2mm、5mm、7mm、9mm、10mm、12mm、14mm、15mm、17mm、19mm、20mm、25mm、28mm或30mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述冷却夹层的进口为与冷却夹层相通的圆孔。
优选地，所述冷却夹层的出口为与冷却夹层相通的圆孔。
优选地，所述冷却夹层的进口为与冷却夹层相通的5～50mm圆孔，例如可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述冷却夹层的出口为与冷却夹层相通的5～50mm圆孔，例如可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法，所述运行方法包括：
密封气自密封气储存装置通入冷却夹层中，与透平机换热后，进入控温装置中调节温度，再送入干气密封器件中进行密封。
本发明通过第一方面所述透平干气密封及缸冷却系统装置，将初始温度较低的密封气与透平机的缸体进行换热后再进入干气密封器件中进行密封，减少了原始干气密封器件中密封气的加热热量，并降低了透平机缸体的温度，减少了冷却介质的使用，提高了经济效益。
优选地，所述密封气可称为轴封气等不受名称的限制，工质包括超临界二氧化碳等气体。
优选地，所述密封气在分流控制装置作用下，第一部分通入冷却夹层与透平机换热后与第二部分汇合，得到汇合气。
优选地，所述汇合气经温度测量部件测量温度，并反馈至分流控制装置，调节控制所述第一部分和第二部分的流量比。
优选地，所述汇合气经温度测量部件测量的温度＞预设值时，反馈至分流控制装置，降低第一部分与第二部分的流量比。
优选地，所述汇合气经温度测量部件测量的温度≤预设值时，反馈至分流控制装置，增加第一部分与第二部分的流量比。
优选地，所述第一部分与第二部分的流量比为(0.9～1.2):(2.8～3.9)，例如可以是0.9:2.8、0.9:2.9、0.9:3.0、0.9:3.5、0.9：3.9、0.94:2.8、0.96:3.01、0.98:3.52、0.99:3.15、1.1:2.8、1.1:3.12、1.1:3.25、1.1:3.6、1.1:3.9、1.2:2.8、1.2:3.01、1.2:3.4、1.2:3.7或1.2:3.9等。
优选地，所述增加第一部分与第二部分的流量比调整的幅度为在原始A:B的基础上调整为(A+C1):(B-C1)，所述C1的范围为0.01～0.05，例如可以是0.01、0.02、0.03、0.04或0.05等。
优选地，所述降低第一部分与第二部分的流量比调整的幅度为在原始A:B的基础上调整为(A-C2):(B+C2)，所述C2的范围为0.01～0.05，例如可以是0.01、0.02、0.03、0.04或0.05等。
优选地，所述A是指0.9～1.2的任意数值，例如可以是0.9、0.92、0.95、0.98、0.99、1.0、1.01、1.02、1.03、1.05、1.08、1.1、1.12、1.15、1.18或1.2等。
优选地，所述B是指2.8～3.9的任意数值，例如可以是2.8、2.82、2.85、2.86、2.89、3.0、3.01、3.05、3.08、3.1、3.12、3.15、3.16、3.2、3.21、3.23、3.5、3.6、3.7、3.8或3.9等。
优选地，所述汇合气经温度测量部件测量的温度不符合预设范围时，启动控温装置调节温度至预设范围。
优选地，所述密封气的初始温度为20～80℃，例如可以是20℃、27℃、30℃、40℃、47℃、50℃、60℃、67℃、70℃或80℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述预设值在预设范围内。
优选地，所述预设值为95～195℃，例如可以是95℃、100℃、115℃、120℃、125℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃或195℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述预设范围为90～200℃，例如可以是90℃、100℃、115℃、120℃、125℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃或200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明通过优选将预设范围设定在特定范围，并结合控制两部分流量的比例，及时反馈控制透平机缸体的温度以及密封气的温度。
优选地，所述透平机中初始透平缸的温度为200～800℃，例如可以是200℃、300℃、400℃、460℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述运行方法包括如下步骤：
密封气自密封气储存装置，在分流控制装置作用下，第一部分通入冷却夹层与透平机换热后与第二部分汇合，得到汇合气。
所述汇合气经温度测量部件测量的温度＞预设值时，反馈至分流控制装置，降低第一部分与第二部分的流量比；所述汇合气经温度测量部件测量的温度≤预设值时，反馈至分流控制装置，增加第一部分与第二部分的流量比；且所述汇合气经温度测量部件测量的温度不符合预设范围时，启动控温装置调节温度至预设范围，再送入干气密封器件中进行密封。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的透平干气密封及缸冷却系统装置仅通过增设连接管路实现了热量的充分利用，系统效率提高0.05％～0.3％，针对电加热器功率为10kw的系统，用电量节省5～10kw，针对电加热器功率为200kw的系统，用电量节省150～200kw；
(2)本发明提供的透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法提高了超临界二氧化碳等密封气的循环效率，长期运行显著提高了控温装置中电加热装置的使用寿命，以透平运行寿命30年计，电加热器可节省11～17个，并且降低了干气密封系统的投入成本。
附图说明
图1是本发明提供的透平干气密封及缸冷却系统装置示意图。
图2是本发明提供的透平干气密封及缸冷却系统装置中透平机部分示意图。
图3是实施例1提供的透平干气密封及缸冷却系统装置中干气密封器件示意图。
图4是实施例2提供的透平干气密封及缸冷却系统装置中干气密封器件示意图。
图中：1-密封气储存装置；2-分流控制装置；3-混合装置；4-透平机；41-冷却夹层的进口；42-冷却夹层；43-冷却夹层的出口；44-透平缸；5-温度测量部件；6-控温装置；7-干气密封器件；71-密封气入口；72-第一泄露出口；73-第二泄露出口；74-隔离气入口；75-排凝口。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
作为本发明一个具体的实施方式，本发明提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括透平机4、密封气储存装置1、控温装置6和干气密封器件7；所述透平机4的缸体上设置有冷却夹层42，所述冷却夹层的进口41与密封气储存装置1相连，所述冷却夹层的出口43与所述控温装置6相连；所述控温装置6与干气密封器件7相连。
所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于密封气储存装置1与所述冷却夹层的出口43之间的分流控制装置2；所述分流控制装置2与所述控温装置6相连。所述分流控制装置2与所述控温装置6相连的管道与所述冷却夹层的出口43相连。还可根据实际情况在相连的管道上设置有混合装置3。所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于分流控制装置2与控温装置6相连管道上的温度测量部件5。
所述冷却夹层42设置于透平缸44上；所述冷却夹层42为设置在筒形缸体上的整圈圆形夹层或设置在中分面合缸的半环形夹层。所述冷却夹层42内可根据实际情况优选设置有强化传热部件。所述透平缸44的薄壁为焊接加工薄壁。
本发明还提供所述透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法，所述运行方法包括：
初始温度为20～80℃的密封气自密封气储存装置1，在分流控制装置2作用下，第一部分通入冷却夹层42与透平机4换热后与第二部分汇合，得到汇合气；
所述汇合气经温度测量部件5测量的温度＞95～195℃时，反馈至分流控制装置2，降低第一部分与第二部分的流量比；所述汇合气经温度测量部件5测量的温度≤95～195℃时，反馈至分流控制装置2，增加第一部分与第二部分的流量比；且所述汇合气经温度测量部件5测量的温度不符合预设范围90～200℃时，启动控温装置6调节温度至预设范围90～200℃，再送入干气密封器件7中进行密封。
由于运行过程中参数存在波动，故下列具体应用例和应用对比例采用数值范围表示。
实施例1
本实施例提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括透平机4、密封气储存装置1、控温装置6和干气密封器件7。所述密封气储存装置1为超临界二氧化碳储存装置。
所述透平机4的缸体上设置有冷却夹层42，所述冷却夹层的进口41与密封气储存装置1相连，所述冷却夹层的出口43与所述控温装置6相连；所述控温装置6与干气密封器件7相连。所述冷却夹层的进口41为与冷却夹层42相通的25mm圆孔；所述冷却夹层的出口43为与冷却夹层42相通的20mm圆孔。所述冷却夹层42设置于透平缸44上；所述冷却夹层42为设置在筒形缸体上的整圈圆形夹层。所述冷却夹层42内设置有强化传热部件；所述强化传热部件包括翅片。
所述透平缸44的薄壁为焊接加工薄壁，所述透平缸44的材质为ZG12Cr10Mo1W1NiVNbN，所述透平缸44的薄壁的厚度为15mm。
所述干气密封器件7为螺钉连接的单端面干气密封结构，具体如图3所示，从图3可以看出，所述干气密封器件7包括有自靠近介质一侧至靠近大气侧依次设置在圆周侧的密封气入口71、第一泄露出口72和隔离气入口74，以及设置于所述第一泄露出口72相对圆周侧的排凝口75，其余具体结构均为本领域常见结构，在此不再赘述。
所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于密封气储存装置1与所述冷却夹层的出口43之间的分流控制装置2；所述分流控制装置2包括用于控制流量的流量控制部件。所述流量控制部件包括气通阀门。所述分流控制装置2与所述控温装置6相连。所述分流控制装置2与所述控温装置6相连的管道设置有混合装置3，所述混合装置3与所述冷却夹层的出口43相连。
所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于分流控制装置2与控温装置6相连管道上的温度测量部件5。所述温度测量部件5与所述控温装置6信号连接(未画出)。所述控温装置6包括电加热器。
实施例2
本实施例提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括透平机4、密封气储存装置1、控温装置6和干气密封器件7。所述密封气储存装置1为超临界二氧化碳储存装置。
所述透平机4的缸体上设置有冷却夹层42，所述冷却夹层的进口41与密封气储存装置1相连，所述冷却夹层的出口43与所述控温装置6相连；所述控温装置6与干气密封器件7相连。所述冷却夹层的进口41为与冷却夹层42相通的30mm圆孔；所述冷却夹层的出口43为与冷却夹层42相通的30mm圆孔。所述冷却夹层42设置于透平缸44上；所述冷却夹层42为设置在筒形缸体上的整圈圆形夹层。所述冷却夹层42内设置有Z型不规则换热通道。
所述透平缸44的薄壁为焊接加工薄壁，所述透平缸44的材质为铬钼钒钢，所述透平缸44的薄壁的厚度为20mm。
所述干气密封器件7为卡圈固定的单端面干气密封结构，具体如图4所示，从图4可以看出，所述干气密封器件7包括有自靠近介质一侧至靠近大气侧依次设置在圆周侧的密封气入口71、第一泄露出口72、第二泄露出口73和隔离气入口74，以及设置于所述第一泄露出口72相对圆周侧的排凝口75，其余具体结构均为本领域常见结构，在此不再赘述。
所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于密封气储存装置1与所述冷却夹层的出口43之间的分流控制装置2；所述分流控制装置2包括用于控制流量的流量控制部件。所述流量控制部件包括气通阀门。所述分流控制装置2与所述控温装置6相连。所述分流控制装置2与所述控温装置6相连的管道设置有混合装置3，所述混合装置3与所述冷却夹层的出口43相连。
所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于分流控制装置2与控温装置6相连管道上的温度测量部件5。所述温度测量部件5与所述控温装置6信号连接。所述控温装置6包括电加热器。
实施例3
本实施例提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括透平机4、密封气储存装置1、控温装置6和干气密封器件7。所述密封气储存装置1为超临界二氧化碳储存装置。
所述透平机4的缸体上设置有冷却夹层42，所述冷却夹层的进口41与密封气储存装置1相连，所述冷却夹层的出口43与所述控温装置6相连；所述控温装置6与干气密封器件7相连。所述冷却夹层的进口41为与冷却夹层42相通的10mm圆孔；所述冷却夹层的出口43为与冷却夹层42相通的10mm圆孔。所述冷却夹层42设置于透平缸44上；所述冷却夹层42为设置在筒形缸体上的整圈圆形夹层。所述冷却夹层42内设置有强化传热部件；所述强化传热部件包括翅片。
所述透平缸44的薄壁为焊接加工薄壁，所述透平缸44的材质为不锈钢，所述透平缸44的薄壁的厚度为5mm。
所述干气密封器件7为螺钉连接的单端面干气密封结构，所述干气密封器件7包括有自靠近介质一侧至靠近大气侧依次设置在圆周侧的密封气入口71、第一泄露出口72和隔离气入口74，以及设置于所述第一泄露出口72相对圆周侧的排凝口75，其余具体结构均为本领域常见结构，在此不再赘述。
所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于密封气储存装置1与所述冷却夹层的出口43之间的分流控制装置2；所述分流控制装置2包括用于控制流量的流量控制部件。所述流量控制部件包括气通阀门。所述分流控制装置2与所述控温装置6相连。所述分流控制装置2与所述控温装置6相连的管道与所述冷却夹层的出口43相连。
所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于分流控制装置2与控温装置6相连管道上的温度测量部件5。所述温度测量部件5与所述控温装置6信号连接。所述控温装置6包括电加热器。
实施例4
本实施例提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置，所述透平干气密封及缸冷却系统装置除未设置强化传热部件及其连接关系外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置，所述透平干气密封及缸冷却系统装置除未设置控温装置及其连接关系外，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种透平干气密封及缸冷却系统装置，所述透平干气密封及缸冷却系统装置除冷却夹层的出口不与控温装置相连外，其余均与实施例1相同。
下述应用例和应用对比例以超临界二氧化碳介质为例，本发明也可适用其他类似工质，在此不再赘述。
应用例1
本应用例提供一种实施例1所述透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法，所述运行方法包括：
初始温度为35～55℃的超临界二氧化碳自超临界二氧化碳储存装置，在分流控制装置作用下，第一部分通入冷却夹层与透平机换热后与第二部分汇合，得到汇合气；
运行人员根据气源温度(即初始超临界二氧化碳的温度)和壁面温度(即初始透平机缸体的壁面温度)计算出初始气流比为1:3.14，分流控制气通过阀门开度调整流量比，该阀门的灵敏度为1％，所述汇合气经温度测量部件测量的温度＞120℃时，反馈至分流控制装置，降低第一部分与第二部分的流量比，所述第一部分与第二部分的流量比为0.99:3.15；所述汇合气经温度测量部件测量的温度≤120℃时，反馈至分流控制装置，增加第一部分与第二部分的流量比，所述第一部分与第二部分的流量比为1.01:3.13；且所述汇合气经温度测量部件测量的温度不符合预设范围115～125℃时，启动控温装置调节温度至预设范围115～125℃，再送入干气密封器件中进行密封。
本应用例提供的透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法同时实现了透平缸的冷却和密封气的加热，其中控温装置中电加热器启动次数和时长显著降低，透平缸与干气密封相连部分的温度控制在160～230℃范围内，超临界二氧化碳的循环效率为40％，电加热器功率为10kw，循环发电功率为10MW，系统厂用电的用电量能够节省5～10kw，系统效率提高0.05％～0.1％，电加热器的运行使用寿命为1～2年，价格为5万～20万不等，透平的运行寿命为30年，原先在透平寿命内需要更换电加热器12～20次，采用本实施例所述装置后在透平的运行寿命内只需要更换电加热器1～3次(由于电加热器运行时间短、频率低，因此整体使用寿命延长)，成本显著降低。
应用例2
本应用例提供一种实施例2所述透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法，所述运行方法包括：
初始温度为20～55℃的超临界二氧化碳自超临界二氧化碳储存装置，在分流控制装置作用下，第一部分通入冷却夹层与透平机换热后与第二部分汇合，得到汇合气；
同样运行人员根据气源温度(即初始超临界二氧化碳的温度)和壁面温度(即初始透平机缸体的壁面温度)计算出初始气流比为1:3.685，分流控制气通过阀门开度调整流量比，该阀门的灵敏度为1.5％，所述汇合气经温度测量部件测量的温度＞115℃时，反馈至分流控制装置，降低第一部分与第二部分的流量比，所述第一部分与第二部分的流量比为0.985:3.7；所述汇合气经温度测量部件测量的温度≤115℃时，反馈至分流控制装置，增加第一部分与第二部分的流量比，所述第一部分与第二部分的流量比为1.015:3.67；且所述汇合气经温度测量部件测量的温度不符合预设范围110～130℃时，启动控温装置调节温度至预设范围110～130℃，再送入干气密封器件中进行密封。
本应用例提供的透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法同时实现了透平缸的冷却和密封气的加热，其中控温装置中电加热器启动次数和时长显著降低，电加热器的功率为8kw，循环发电功率为5MW，系统厂用电的用电量能够节省5～10kw，系统效率提高0.1％～0.16％，电加热器的运行寿命为1～2年，价格为3万～18万不等，透平的运行寿命为30年，原先在透平寿命内需要更换电加热器12～20次，采用本实施例所述装置在透平的运行寿命内只需要更换电加热器1～3次(由于电加热器运行时间短、频率低，因此综合使用寿命延长)，成本显著降低。
应用例3
本应用例提供一种实施例3所述透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法，所述运行方法包括：
初始温度为25～80℃的超临界二氧化碳自超临界二氧化碳储存装置，在分流控制装置作用下，第一部分通入冷却夹层与透平机换热后与第二部分汇合，得到汇合气；
同样运行人员根据气源温度(即初始超临界二氧化碳的温度)和壁面温度(即初始透平机缸体的壁面温度)计算出初始气流比为1:2.96，分流控制气通过阀门开度调整流量比，该阀门的灵敏度为2％，所述汇合气经温度测量部件测量的温度＞125℃时，反馈至分流控制装置，降低第一部分与第二部分的流量比，所述第一部分与第二部分的流量比为0.98:2.98；所述汇合气经温度测量部件测量的温度≤125℃时，反馈至分流控制装置，增加第一部分与第二部分的流量比，所述第一部分与第二部分的流量比为1.02:2.94；且所述汇合气经温度测量部件测量的温度不符合预设范围115～130℃时，启动控温装置调节温度至预设范围125～130℃，再送入干气密封器件中进行密封。
本应用例提供的透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法同时实现了透平缸的冷却和密封气的加热，其中控温装置中电加热器启动次数和时长显著降低，电加热器功率为200kw，循环发电功率为100MW，系统厂用电的用电量能够节省150～200kw，系统效率提高0.15％～0.2％，电加热器的使用寿命为1～2年，价格为200万～300万不等，透平的运行寿命为30年，原先在透平寿命内需要更换电加热器12～20次，采用本实施例所述装置后在运行寿命内只需要更换换热器1～3次(由于电加热器运行时间短、频率低，因此整体使用寿命延长)，对于大功率透平机组二氧，成本降低效果更明显。
应用例4
本应用例提供一种实施例4所述透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法，其余参数均参照应用例1进行。
本应用例提供的透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法同时实现了透平缸的冷却和密封气的加热，其中控温装置中电加热器启动次数和时长显著降低，但由于未设置强化传热部件，透平缸的冷却效果相对较差，其中透平缸的温度控制在200～220℃范围内，电加热器功率为10kw，循环发电功率为10MW，系统厂用电的用电量能够节省5～8kw，系统效率提高0.05％～0.08％，电加热器的整体使用寿命显著提高。
应用对比例1
本应用对比例提供一种对比例1所述透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法，具体步骤与应用例1类似，具体包括：
初始温度为35～55℃的超临界二氧化碳自超临界二氧化碳储存装置，在分流控制装置作用下，第一部分通入冷却夹层与透平机换热后与第二部分汇合，得到汇合气；
所述汇合气经温度测量部件测量的温度＞120℃时，反馈至分流控制装置，降低第一部分与第二部分的流量比，所述第一部分与第二部分的流量比为0.99:3.15；所述汇合气经温度测量部件测量的温度≤120℃时，反馈至分流控制装置，增加第一部分与第二部分的流量比，所述第一部分与第二部分的流量比为1.01:3.13；并将所述汇合气送入干气密封器件中进行密封。
本应用对比例提供的透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法虽然能够同时实现了透平缸的冷却和密封气的加热，但透平缸温度过低时，难以及时将密封气的温度控制在合理范围，系统厂用电的用电量和超临界二氧化碳的循环效率与应用例1偏差很小，具体<0.005％，但汇合气的温度范围波动较大，为50～150℃。
应用对比例2
本应用对比例提供一种对比例2所述透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法，具体包括：
初始温度为35～55℃的超临界二氧化碳自超临界二氧化碳储存装置，通入控温装置中，所述超临界二氧化碳经温度测量部件测量的温度不符合预设范围115～125℃时，启动控温装置调节温度至预设范围115～125℃，再送入干气密封器件中进行密封。
本应用例提供的透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法难以同时实现透平缸的冷却和密封气的加热，仅能实现密封气的加热，其中控温装置中电加热器需要时刻启动，超临界二氧化碳的循环效率为40％，电加热器功率为10kw，循环发电功率为10MW，电加热器的使用寿命为1～2年，价格为5万～20万不等，透平的运行寿命为30年，在透平寿命内需要更换电加热器12～20次。
综上所述，本发明提供的透平干气密封及缸冷却系统装置及运行方法，显著提高了控温装置的使用寿命，而且能够降低系统厂用电的用电量，系统效率提高0.05％～0.3％，在透平运行寿命内，电加热器可节省11～17个，成本显著降低，经济效益明显。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种透平干气密封及缸冷却系统装置，其特征在于，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括透平机、密封气储存装置、控温装置和干气密封器件；
所述透平机的缸体上设置有冷却夹层，所述冷却夹层的进口与密封气储存装置相连，所述冷却夹层的出口与所述控温装置相连；
所述控温装置与干气密封器件相连。
2.根据权利要求1所述的透平干气密封及缸冷却系统装置，其特征在于，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于密封气储存装置与所述冷却夹层的出口之间的分流控制装置；
优选地，所述分流控制装置与所述控温装置相连。
3.根据权利要求1或2所述的透平干气密封及缸冷却系统装置，其特征在于，所述透平干气密封及缸冷却系统装置包括设置于分流控制装置与控温装置相连管道上的温度测量部件。
4.根据权利要求3所述的透平干气密封及缸冷却系统装置，其特征在于，所述温度测量部件与所述控温装置信号连接。
5.根据权利要求1～4任一项所述的透平干气密封及缸冷却系统装置，其特征在于，所述冷却夹层设置于透平缸上；
优选地，所述冷却夹层为设置在筒形缸体上的整圈圆形夹层或设置在中分面合缸的半环形夹层；
优选地，所述冷却夹层包括直径1～20mm的管道束；
优选地，所述冷却夹层内设置有强化传热部件；
优选地，所述透平缸的薄壁的厚度为2～30mm；
优选地，所述冷却夹层的进口为与冷却夹层相通的5～50mm圆孔；
优选地，所述冷却夹层的出口为与冷却夹层相通的5～50mm圆孔。
6.一种权利要求1～5任一项所述的透平干气密封及缸冷却系统装置的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括：
密封气自密封气储存装置通入冷却夹层中，与透平机换热后，进入控温装置中调节温度，再送入干气密封器件中进行密封。
7.根据权利要求6所述的运行方法，其特征在于，所述密封气在分流控制装置作用下，第一部分通入冷却夹层与透平机缸体换热后与第二部分汇合，得到汇合气。
8.根据权利要求7所述的运行方法，其特征在于，所述汇合气经温度测量部件测量温度，并反馈至分流控制装置，调节控制所述第一部分和第二部分的流量比；
优选地，所述汇合气经温度测量部件测量的温度＞预设值时，反馈至分流控制装置，降低第一部分与第二部分的流量比；
优选地，所述汇合气经温度测量部件测量的温度≤预设值时，反馈至分流控制装置，增加第一部分与第二部分的流量比；
优选地，所述汇合气经温度测量部件测量的温度不符合预设范围时，启动控温装置调节温度至预设范围。
9.根据权利要求6～8任一项所述的运行方法，其特征在于，所述密封气的初始温度为20～80℃；
优选地，所述预设值为95～195℃；
优选地，所述预设范围为90～200℃；
优选地，所述透平机中初始透平缸的温度为200～800℃。
10.根据权利要求6～9任一项所述的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括如下步骤：
密封气自密封气储存装置，在分流控制装置作用下，第一部分通入冷却夹层与透平机换热后与第二部分汇合，得到汇合气；
所述汇合气经温度测量部件测量的温度＞预设值时，反馈至分流控制装置，降低第一部分与第二部分的流量比；所述汇合气经温度测量部件测量的温度≤预设值时，反馈至分流控制装置，增加第一部分与第二部分的流量比；且所述汇合气经温度测量部件测量的温度不符合预设范围时，启动控温装置调节温度至预设范围，再送入干气密封器件中进行密封。
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