CN114135353A - 一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统及方法,在超临界二氧化碳实验装置上增设注入单元和回收单元,注入单元的接入点在实验装置的冷却器入口处,回收单元的接入点在冷却器出口处,启动方法包括:利用注入单元将低密度超临界二氧化碳注入实验装置内,利用密度计监测实验装置内监测点处的密度,保障实验装置内的密度与注入二氧化碳工质密度相当;启动实验装置;当压气机入口压力低于设定点时,启动注入单元,向实验装置补充二氧化碳工质;当压气机入口压力高于设定点时,启动回收单元,回收实验装置内多余的二氧化碳工质。本发明可有效减少超临界二氧化碳实验装置内二氧化碳工质的充装量,解决常规实验装置启动时工质浪费问题。
Description
技术领域
本发明涉及超临界二氧化碳技术领域,具体涉及一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统及方法。
背景技术
超临界二氧化碳布雷顿循环是以超临界二氧化碳为工质、采用气体布雷顿热力学循环、充分结合工质物性、热力学原理与设备特性形成的创新型动力循环方式,具有系统热效率高、体积小、循环流程简单、变工况性能好等优势,是目前热能动力领域研究的前沿热点,可以与核能、太阳能、化石能、余热利用等进行有效结合,具有替代当前大规模使用的蒸汽朗肯循环的技术潜力。
超临界二氧化碳实验装置在启动时,需要从储罐内将液态二氧化碳注入实验装置内;之后随着热源投入,热源功率增加,装置内工质的平均温度上升,引起回路工质膨胀、压力上升,为维持压力平衡,需要将多余的二氧化碳工质排出到实验装置以外,造成启动运行过程中的工质浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对常规超临界二氧化碳实验装置启动时工质浪费的问题,本发明提供了解决上述问题的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统及方法,可有效减少超临界二氧化碳实验装置内二氧化碳工质的充装量。
本发明通过下述技术方案实现:
一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动方法,在实验装置上增设注入单元和回收单元,注入单元的接入点位于实验装置的冷却器入口处,回收单元的接入点位于冷却器出口处,启动方法包括以下步骤:步骤1:注入二氧化碳工质:利用注入单元,将低密度超临界二氧化碳注入实验装置内,利用密度计监测实验装置内监测点处的密度,保障实验装置内的密度与注入二氧化碳工质密度相当;步骤2:启动实验装置;步骤3:二氧化碳工质调整:当压气机入口压力低于设定点时,启动注入单元,向实验装置继续补充二氧化碳工质;当压气机入口压力高于设定点时,启动回收单元,回收实验装置内多余的二氧化碳工质;所述实验装置为超临界二氧化碳实验装置。
进一步优选,所述步骤1中,利用升温装置对二氧化碳工质升温,实现调整二氧化碳密度。
进一步优选,所述步骤1中,利用注入单元,将密度低于300kg/m3的超临界二氧化碳注入实验装置内,利用密度计监测实验装置内包括压气机入口、回热器入口和回热器出口三处在内的密度,保障实验装置内的平均密度低于300kg/m3;
进一步优选,所述步骤2中,启动流程包括:启动实验装置中的压气机,驱动二氧化碳工质产生流量;使二氧化碳工质从压气机出口依次流经回热器高压侧、热源、透平旁路、回热器低压侧、冷却器,最后返至压气机入口;当热源内流量高于热源最低允许值时,投入热源,逐步增加热源出口温度;完成透平暖机、透平启动,最后热源达到设计点、透平达到设计工况,完成启动任务。
进一步优选,所述注入单元和回收单元共用储罐;通过注入单元将储罐内的二氧化碳工质注入实验装置,通过回收单元将回收的二氧化碳工质返回储罐。
一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统,包括注入单元和回收单元;所述注入单元包括注入管线,注入管线的输入端用于连接二氧化碳存储装置、注入管线的输出端用于接入实验装置的冷却器入口处;注入单元用于向实验装置注入二氧化碳工质;所述回收单元包括回收管线,回收管线的输入端用于接入实验装置的冷却器出口处,输出端用于连接二氧化碳回收装置;回收单元用于回收实验装置内过剩的二氧化碳工质;所述实验装置为超临界二氧化碳实验装置。
进一步优选,按照二氧化碳工质注入流向,所述注入管线上依次设有增压泵、空气蒸发器、预热器、流量计和入口阀。
进一步优选,所述注入管线上还设有密度计I,且密度计I位于流量计和入口阀之间。
进一步优选,按照二氧化碳工质回收流向,所述回收管线上依次设有回收阀和节流器。
进一步优选,还包括储罐,同时用作二氧化碳存储装置和二氧化碳回收装置;注入管线的输入端连接储罐的输出端,回收管线的输出端连接储罐的输入端。
本发明具有如下的优点和有益效果:
针对常规超临界二氧化碳实验装置启动时工质浪费的问题,本发明定质量控制的超临界二氧化碳装置启动方法及系统,可以有效减小二氧化碳实验装置启动过程的二氧化碳充装量,增加对二氧化碳的利用率,减小二氧化碳排放,有助于提升二氧化碳实验装置的经济性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1-储罐,2-增压泵,3-蒸发器,4-预热器,5-流量计,6-密度计I,7-进口阀,8-回收阀,9-节流器,10-密度计II,11-密度计III,12-密度计Ⅳ;
13-压气机,14-回热器,15-热源,16-透平,17-冷却器,18-电动机,19-发电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动方法,在实验装置(即超临界二氧化碳实验装置)上增设注入单元和回收单元,注入单元的接入点位于实验装置的冷却器入口处,回收单元的接入点位于冷却器出口处;注入单元和回收单元共用储罐;通过注入单元将储罐内的二氧化碳工质注入实验装置,通过回收单元将回收的二氧化碳工质返回储罐存储。
实验装置启动过程分为三个阶段:
第一阶段:向实验装置中注入二氧化碳工质。利用回收单元色设置的增压泵2将储罐1内的液态二氧化碳工质提升至超临界压力(压力高于7.5MPa);再利用回收单元设置的蒸发器3(采用空气蒸发器)和预热器4,调整二氧化碳工质密度低于300kg/m3。将二氧化碳工质注入实验装置,利用实验装置上的密度测点(密度计II10、密度计III11和密度计Ⅳ12)监测实验装置内二氧化碳工质的密度,使对应位置处的密度接近注入单元的管线的注入值。
第二阶段:启动实验装置。启动实验装置中的二氧化碳压气机,驱动工质产生流量;通过调节阀门,使二氧化碳工质从压气机出口依次流经回热器高压侧、热源、透平旁路、回热器低压侧、冷却器,最后返至压气机入口;当热源内流量高于热源最低允许值时,投入热源,逐步增加热源出口温度;与此同时,随着热源温度增加,系统压力会进一步上升;根据操作规律,完成透平暖机、透平启动,最后热源达到设计点、透平达到设计工况。
第三阶段:调整阶段。根据装置运行条件,当压气机入口压力低于设定点时,启动注入单元继续补充二氧化碳工质;当压气机入口压力高于设定点时,启动回收单元,即打开回收单元上设置的回收阀,高密度二氧化碳工质经过回收单元设置的节流器后,压力由超临界压力降至亚临界压力(~2MPa),温度由室温左右降至零下约18℃以下,重新返至储液罐。
实施例2
本实施例提供了一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统,主要由注入单元、回收单元和储罐1构成。注入单元包括注入管线、增压泵2、蒸发器3(采用空气蒸发器)、预热器4、流量计5、密度计I6和进口阀7;回收单元包括回收管线、回收阀8和节流器9。储罐1同时用作二氧化碳存储装置和二氧化碳回收装置。
注入管线的输入端连接储罐1的输出端、注入管线的输出端用于接入实验装置的冷却器17入口处;注入单元用于向实验装置注入二氧化碳工质。按照二氧化碳工质注入流向,所述注入管线上依次设有增压泵2、空气蒸发器3、预热器4、流量计5、密度计I6和入口阀7。利用增压泵2将储罐1内的液态二氧化碳提升至超临界压力(压力高于7.5MPa);利用蒸发器3和预热器4,调整二氧化碳工质密度低于300kg/m3。
回收管线的输入端用于接入实验装置的冷却器出口处,输出端连接储罐1的输入端;回收单元用于回收实验装置内过剩的二氧化碳工质.按照二氧化碳工质回收流向,所述回收管线上依次设有回收阀8和节流器9。通过设置节流器9,利用二氧化碳工质的高焦汤系数特点,实现二氧化碳工质降压过程中的温度降低。
本实施例优选注入管线的接入点为冷却器的入口处,该点为回路中的低压低密度点,与注入系统密度相适应;回收管线的接出点为冷却器的出口处,该点为回路中的低压低温高密度点,有助于降压节流后降低温度。启动回收单元时,即打开回收阀8,高密度二氧化碳工质经过节流器9后,压力由超临界压力降至亚临界压力(~2MPa),温度由室温左右降至零下约18℃以下,重新返至储液罐1。
上述实验装置为超临界二氧化碳实验装置,为现有装置,主要设备包括压气机13、回热器14、热源15、透平16、冷却器17、电动机18和发电机19。此外,再压气机13的入口管线上设置密度计II10,再回热器的入口和出口管线上分别设置密度计III11和密度计Ⅳ12。在装置启动过程中,利用密度计进行装置内状态的直接测量,而不是利用压力和温度进行间接获取。将二氧化碳工质注入实验装置,利用装置上的密度测点(密度计II10、密度计III11和密度计Ⅳ12)监测装置内二氧化碳密度,使代表位置处的密度接近管线注入值。
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,并不用于限定本发明的保护范围,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 (10)
1.一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动方法,其特征在于,在实验装置上增设注入单元和回收单元,注入单元的接入点位于实验装置的冷却器入口处,回收单元的接入点位于冷却器出口处,启动方法包括以下步骤:
步骤1:注入二氧化碳工质:利用注入单元,将低密度超临界二氧化碳注入实验装置内,利用密度计监测实验装置内监测点处的密度,保障实验装置内的密度与注入二氧化碳工质密度相当;
步骤2:启动实验装置;
步骤3:二氧化碳工质调整:当压气机入口压力低于设定点时,启动注入单元,向实验装置继续补充二氧化碳工质;当压气机入口压力高于设定点时,启动回收单元,回收实验装置内多余的二氧化碳工质;
所述实验装置为超临界二氧化碳实验装置。
2.根据权利要求1所述的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动方法,其特征在于,所述步骤1中,利用升温装置对二氧化碳工质升温,实现调整二氧化碳密度。
3.根据权利要求1所述的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动方法,其特征在于,所述步骤1中,利用注入单元,将密度低于300kg/m3的超临界二氧化碳注入实验装置内,利用密度计监测实验装置内包括压气机入口、回热器入口和回热器出口三处在内的密度,保障实验装置内的平均密度低于300kg/m3。
4.根据权利要求1所述的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动方法,其特征在于,所述步骤2中,启动流程包括:
启动实验装置中的压气机,驱动二氧化碳工质产生流量;
使二氧化碳工质从压气机出口依次流经回热器高压侧、热源、透平旁路、回热器低压侧、冷却器,最后返至压气机入口;
当热源内流量高于热源最低允许值时,投入热源,逐步增加热源出口温度;
完成透平暖机、透平启动,最后热源达到设计点、透平达到设计工况,完成启动任务。
5.根据权利要求1所述的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动方法,其特征在于,所述注入单元和回收单元共用储罐;通过注入单元将储罐内的二氧化碳工质注入实验装置,通过回收单元将回收的二氧化碳工质返回储罐。
6.一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统,其特征在于,包括注入单元和回收单元;
所述注入单元包括注入管线,注入管线的输入端用于连接二氧化碳存储装置、注入管线的输出端用于接入实验装置的冷却器入口处;注入单元用于向实验装置注入二氧化碳工质;
所述回收单元包括回收管线,回收管线的输入端用于接入实验装置的冷却器出口处,输出端用于连接二氧化碳回收装置;回收单元用于回收实验装置内过剩的二氧化碳工质;
所述实验装置为超临界二氧化碳实验装置。
7.根据权利要求6所述的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统,其特征在于,按照二氧化碳工质注入流向,所述注入管线上依次设有增压泵、空气蒸发器、预热器、流量计和入口阀。
8.根据权利要求7所述的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统,其特征在于,所述注入管线上还设有密度计I,且密度计I位于流量计和入口阀之间。
9.根据权利要求6所述的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统,其特征在于,按照二氧化碳工质回收流向,所述回收管线上依次设有回收阀和节流器。
10.根据权利要求6至9任一项所述的一种定质量控制的超临界二氧化碳装置启动系统,其特征在于,还包括储罐,同时用作二氧化碳存储装置和二氧化碳回收装置;注入管线的输入端连接储罐的输出端,回收管线的输出端连接储罐的输入端。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220304 |
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