CN114810252A - 一种超临界co2发电机组变负荷工质充排系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统及方法，包括超临界二氧化碳发电系统和工质充排系统，超临界二氧化碳发电系统与工质充排系统通过稳压罐相连通；工质充排系统包括储罐、蒸发器和冷冻机，冷冻机的出口与储罐的进口相连通；储罐的出口与蒸发器的进口相连通，稳压罐的一路出口与冷冻机进口相连通，稳压罐的一路进口与蒸发器的出口相连通。本发明一方面在系统启动及升负荷过程中，起到向发电系统补充工质的左右；另一方面在系统降负荷及停机等过程中工质需要排出发电系统时，充排系统可以回收二氧化碳工质，这样避免了工质浪费，提高了机组经济效益；同时，避免了温室气体排放，减少了碳排放。
Description
技术领域
本发明属于发电技术领域，涉及一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统及方法。
背景技术
超临界二氧化碳动力循环系统凭借着热效率高、结构紧凑、成本低以及运行维护费用低等优点，有望取代传统的蒸汽朗肯循环，大幅提高机组发电效率，从而减少污染物及二氧化碳排放。超临界二氧化碳动力循环发电系统在升负荷的过程中，一方面需要提高运行参数，另一方面需要不断给系统中补充工质，提高工质流量，从而提高系统电负荷。但是，目前的超临界二氧化碳动力循环发电系统对机组启动及升负荷过程中工质的充装研究较多，但是较少考虑系统降负荷过程中工质量的变化；当负荷降低后，尤其低负荷时，系统中工质的充装量高于相应负荷所需的充装量，需要将多余的工质排出系统。而直接排空一方面造成二氧化碳工质浪费，增加运行成本；另一方面，增加发电系统的碳排放，造成温室效应，不利于环境保护。所以，有必要对排放的二氧化碳进行回收，并二次利用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统及方法，在降负荷或停机过程中二氧化碳工质需要排出系统时，工质充排系统可以回收排出的二氧化碳，并通过冷凝液化后，存储在储罐中，减小了发电系统的碳排放，保护了环境，并且避免了二氧化碳的浪费。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，包括超临界二氧化碳发电系统和工质充排系统；
所述工质充排系统包括储罐、蒸发器和冷冻机，所述冷冻机的出口与储罐的进口相连通；所述储罐的出口与蒸发器的进口相连通，所述储罐的出口与蒸发器之间设置有充气加压泵；所述稳压罐的一路出口与冷冻机进口相连通，所述稳压罐的一路进口与蒸发器的出口相连通；所述超临界二氧化碳发电系统与工质充排系统通过稳压罐相连通。
优选的，所述超临界二氧化碳发电系统包括主压缩机，低温回热器，高温回热器，锅炉，透平和预冷器，所述主压缩机的出口与低温回热器的冷侧进口相连通，所述低温回热器的热侧出口与高温回热器的冷侧进口的相连通，所述高温回热器的热侧出口通过锅炉与透平的进口相连通；所述透平出口与高温回热器的热侧进口相连通；所述高温回热器的冷侧出口与低温回热器的热侧进口相连通，所述低温回热器的冷侧出口与预冷器的进口相连通。
优选的，所述低温回热器上设置有副压缩机，所述副压缩机的进口与低温回热器的热侧出口相连通，所述副压缩机的出口与低温回热器的冷侧出口相连通。
优选的，所述稳压罐的另一路出口与主压缩机的进口相连通；所述稳压罐的另一路进口与预冷器出口相连通。
优选的，稳压罐的工作压力为6～8MPa，工作温度为25～40℃。
优选的，所述冷冻机与储罐的进口之间设置有排气加压泵。
优选的，储罐中存储的二氧化碳工质为液态。
优选的，所述稳压罐中的介质为气态二氧化碳或超临界态二氧化碳。
优选的，所述稳压罐的材质为碳钢材质或不锈钢材质。
一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排方法，包括，
超临界二氧化碳发电系统完成闭式发电循环后，在升负荷过程中，储罐中二氧化碳工质加压后输送到蒸发器中，蒸发器中的二氧化碳工质被加热气化后，再进入整个超临界二氧化碳发电系统中；在降负荷过程中，稳压罐中的二氧化碳工质先在冷冻机中冷凝液化后输送到储罐中进行储存。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统及方法，其中，工质充排系统一方面可以向超临界二氧化碳发电系统补充二氧化碳工质，以增加二氧化碳工质流量，提高负荷；另一方面二氧化碳工质需要排出超临界二氧化碳循环发电系统时，可以回收二氧化碳工质，这样避免了工质浪费，提高了机组经济效益；同时，本发明的超临界CO2发电机组变负荷工质充排方法通过有效的利用二氧化碳避免了温室气体排放，减少了碳排放。此外，在回收二氧化碳工质时，先被冷冻机冷凝液化，减小了二氧化碳的存储体积，降低储罐成本及占地面积。
附图说明
图1为本发明一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统示意图。
图中：主压缩机1，低温回热器2，高温回热器3，锅炉4，透平5，冷却器6，稳压罐7，副压缩机8，储罐9，充气加压泵10，蒸发器11，冷冻机12，排气加压泵13。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，包括超临界二氧化碳循环发电系统和工质充排系统；
一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，包括超临界二氧化碳发电系统和工质充排系统；超临界二氧化碳发电系统与工质充排系统通过稳压罐7 相连通；
工质充排系统包括储罐9、蒸发器11和冷冻机12，所述冷冻机12的出口与储罐9的进口相连通；所述储罐9的出口与蒸发器11的进口相连通，所述稳压罐7的一路出口与冷冻机12进口相连通，所述稳压罐7的一路进口与蒸发器11的出口相连通，构成工质充排系统，用于补充发电系统工质和回收发电系统排出的工质。
超临界二氧化碳发电系统包括主压缩机1，低温回热器2，高温回热器3，锅炉4，透平5和预冷器6，所述主压缩机1的出口与低温回热器2的冷侧进口相连通，所述低温回热器2的热侧出口与高温回热器3的冷侧进口的相连通、所述高温回热器3的热侧出口依次与锅炉4和透平5的进口相连通；所述透平 5出口与高温回热器3的热侧进口相连通；所述高温回热器3的冷侧出口与低温回热器2的热侧进口相连通，所述低温回热器2的冷侧出口与预冷器6的进口相连通。低温回热器2上设置有副压缩机8，所述副压缩机8的进口与低温回热器2的热侧出口相连通，所述副压缩机8的出口与低温回热器2的冷侧出口相连通。冷冻机12与储罐9的进口之间设置有排气加压泵13。储罐9的出口与蒸发器11之间设置有充气加压泵10。
作为本发明的优选实施方式，储罐9的CO2存储压力2～3MPa，CO2存储状态为液态存储；
作为本发明的优选实施方式，稳压罐7的工作压力6～8MPa，工作温度 25～40℃，为存储的二氧化碳工质为气态或超临界态。
作为本发明的优选实施方式，储罐9压力低于稳压罐7，充气时需利用充气加压泵10把CO2充到稳压罐7，排气时可利用压差实现CO2从稳压罐7到储罐9的自流。
作为本发明的优选实施方式，所述稳压罐7布置在冷却器6和主压缩机1 之间，起到了压缩机1入口压力的缓冲与稳压作用，有利于发电系统高效运行。所述稳压罐7的上部设有两路出口，分别连通压缩机1入口和冷冻机12；稳压罐7的下部设有两个进口，分别连通预冷器6出口和蒸发器11出口。稳压罐7 中的介质为二氧化碳，稳压罐7为碳钢材质或不锈钢材质。稳压罐的工作原理是利用罐体内部体积较大的优势，当不稳定的气体进入罐内后，与罐内气体及罐壁多次碰撞，使气体压力波动减小，起到缓冲并稳压作用。此外，进入罐内的气体多次碰撞后，气体中的一些杂质(如油、水等)分离，利用密度较大的原理，沉积到罐体底部，对气体起到净化作用。
如图1所示，一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统的方法，超临界二氧化碳工质经主压缩机1升压，然后依次在低温回热器2、高温回热器3 和锅炉4中吸热后进入透平5做功，透平5排气在高温回热器3、低温回热器2 中放热后分成两股，一股被冷却器6冷却后，进入稳压罐7缓冲稳压后，进入主压缩机1，完成闭式发电循环；另一股经再压缩机7压缩后，汇入低温回热器2冷侧出口。
升负荷过程中，储罐9中二氧化碳工质经充气加压泵10输送到蒸发器11，在蒸发器11中被加热气化后，进入稳压罐7，再进入整个发电系统，工质流量增加；降负荷过程中，稳压罐7的二氧化碳工质先在冷冻机12中冷凝液化后，由排气加压泵13输送到储罐9，避免了二氧化碳工质的浪费。
Claims (10)
1.一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，其特征在于，包括超临界二氧化碳发电系统和工质充排系统；
所述工质充排系统包括储罐(9)、蒸发器(11)和冷冻机(12)，所述冷冻机(12)的出口与储罐(9)的进口相连通；所述储罐(9)的出口与蒸发器(11)的进口相连通，所述储罐(9)的出口与蒸发器(11)之间设置有充气加压泵(10)；所述稳压罐(7)的一路出口与冷冻机(12)进口相连通，所述稳压罐(7)的一路进口与蒸发器(11)的出口相连通；所述超临界二氧化碳发电系统与工质充排系统通过稳压罐(7)相连通。
2.根据权利要求1所述一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳发电系统包括主压缩机(1)，低温回热器(2)，高温回热器(3)，锅炉(4)，透平(5)和预冷器(6)，所述主压缩机(1)的出口与低温回热器(2)的冷侧进口相连通，所述低温回热器(2)的热侧出口与高温回热器(3)的冷侧进口的相连通，所述高温回热器(3)的热侧出口通过锅炉(4)与透平(5)的进口相连通；所述透平(5)出口与高温回热器(3)的热侧进口相连通；所述高温回热器(3)的冷侧出口与低温回热器(2)的热侧进口相连通，所述低温回热器(2)的冷侧出口与预冷器(6)的进口相连通。
3.根据权利要求2所述一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，其特征在于，所述低温回热器(2)上设置有副压缩机(8)，所述副压缩机(8)的进口与低温回热器(2)的热侧出口相连通，所述副压缩机(8)的出口与低温回热器(2)的冷侧出口相连通。
4.根据权利要求2所述一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，其特征在于，所述稳压罐(7)的另一路出口与主压缩机(1)的进口相连通；所述稳压罐(7)的另一路进口与预冷器(6)出口相连通。
5.根据权利要求1所述一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，其特征在于，所述稳压罐(7)的工作压力为6～8MPa，工作温度为25～40℃。
6.根据权利要求1所述一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，其特征在于，所述冷冻机(12)与储罐(9)的进口之间设置有排气加压泵(13)。
7.根据权利要求1所述一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，其特征在于，所述储罐(9)中存储的二氧化碳工质为液态。
8.根据权利要求1所述一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，其特征在于，所述稳压罐(7)中的介质为气态二氧化碳或超临界态二氧化碳。
9.根据权利要求1所述一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排系统，其特征在于，所述稳压罐(7)的材质为碳钢材质或不锈钢材质。
10.一种超临界CO2发电机组变负荷工质充排方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的系统，包括，
超临界二氧化碳发电系统完成闭式发电循环后，在升负荷过程中，储罐(9)中二氧化碳工质加压后输送到蒸发器(11)中，蒸发器(11)中的二氧化碳工质被加热气化后，再进入整个超临界二氧化碳发电系统中；在降负荷过程中，稳压罐(7)中的二氧化碳工质先在冷冻机(12)中冷凝液化后输送到储罐(9)中进行储存。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220729 |