CN115288813A - 一种双回路闭式布雷顿循环发电装置及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
一种双回路闭式布雷顿循环发电装置及其运行方法,属于闭式布雷顿循环发电技术领域,其包括左侧布雷顿热电转换单元、右侧布雷顿热电转换单元、抽真空子系统、充气排气子系统、第一冷却水系统、第二冷却水系统、加热器和回热器;右侧布雷顿热电转换单元与回热器和第一冷却水系统连接,左侧布雷顿热电转换单元与第二冷却水系统和回热器连接,加热器与回热器、左侧布雷顿热电转换单元和右侧布雷顿热电转换单元连接,其目的是为了解决现闭式布雷顿循环发电系统的热电转化效率效率低,体型大,运行工质价格昂贵、成本高的问题,本发明提出了包括左右两套闭式布雷顿热电转换单元的循环发电装置,热电转化效率效率高的同时极大地缩小设备的体积和重量。
Description
技术领域
本发明涉及一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,属于闭式布雷顿循环发电技术领域。
背景技术
在能源市场变化的背景下,以超临界二氧化碳、氮气、氦气、氦氙混合气等惰性气体作为循环工质的闭式布雷顿循环发电系统在国内外都引起了广泛的关注。相比传统的蒸汽朗肯循环,闭式布雷顿循环发电系统具有高效、安全、紧凑等特点,该系统充分利用核反应堆和太阳能、工业余热等清洁能的热量,实现电厂发电或船用电力推进,是未来清洁高效发电技术,是一项将带来发电变革的新技术。各国高度重视并大力研发闭式布雷顿循环发电技术,从小功率系统着手,逐步进行部件测试,解决设计、工艺、材料以及系统泄漏等问题。迄今为止,已有科研院所初步完成实验室小型样机测试,但系统的热电转化效率尚未达到预期的效果。
因此,亟需提出一种新型的双回路闭式布雷顿循环发电装置,以解决上述技术问题。
发明内容
本发明研发目的是为了解决现有的闭式布雷顿循环发电系统的热电转化效率效率低,且体型和重量大,同时运行工质价格昂贵、成本高的问题,在下文中给出了关于本发明的简要概述,以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解,这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分,也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案:
方案一、一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,包括左侧布雷顿热电转换单元、右侧布雷顿热电转换单元、抽真空子系统、充气排气子系统、第一冷却水系统、第二冷却水系统、加热器和回热器;
所述第一冷却水系统的出口与右侧布雷顿热电转换单元的右侧第一入口建立连接,右侧布雷顿热电转换单元的右侧第一出口与回热器的回热器第一入口建立连接,第二冷却水系统的出口与左侧布雷顿热电转换单元的左侧第一入口建立连接,左侧布雷顿热电转换单元的左侧第一出口与回热器的回热器第一入口建立连接,回热器的回热器第二出口与加热器的入口建立连接,加热器的出口分别与左侧布雷顿热电转换单元的左侧第二入口和右侧布雷顿热电转换单元的右侧第二入口建立连接;
所述左侧布雷顿热电转换单元的左侧第二出口和右侧布雷顿热电转换单元的右侧第二出口与回热器的回热器第二入口建立连接,回热器的回热器第二出口分别与充气排气子系统、第一冷却水系统和第二冷却水系统三者的入口建立连接,抽真空子系统的入口与第二冷却水系统出口建立连接,充气排气子系统的出口与第一冷却水系统和第二冷却水系统二者的入口建立连接。
优选的:所述左侧布雷顿热电转换单元包括第二电机、第二单级离心压缩机和第二单级向心透平,第二电机分别与第二单级离心压缩机和第二单级向心透平建立连接,第二单级离心压缩机上具有左侧第一入口和左侧第一出口,第二单级向心透平上具有左侧第二入口和左侧第二出口;
优选的:所述右侧布雷顿热电转换单元包括第一电机、第一单级离心压缩机和第一单级向心透平,第一电机分别与第一单级离心压缩机和第一单级向心透平建立连接,第一单级离心压缩机上具有右侧第一入口和右侧第一出口,第一单级向心透平上具有右侧第二入口和右侧第二出口。
优选的:所述右侧第一出口和右侧第二出口之间设置有第一旁通阀,左侧第一出口和左侧第二入口之间设置有第二旁通阀;
所述加热器与左侧第二入口之间设置有调节阀,第二冷却水系统的入口处设置有第一截止阀,左侧第一出口上设置有第二截止阀,左侧第二出口上设置有第三截止阀;
所述抽真空子系统为真空泵,抽真空子系统的入口处安装有抽气截止阀和抽气止回阀。
优选的:所述加热器的热源为清洁能源。
优选的:所述第二电机、第二单级离心压缩机和第二单级向心透平,采用一体式结构设计,所述第二电机为启发一体式电机;
所述第一电机、第一单级离心压缩机和第一单级向心透平,采用一体式结构设计,所述第一电机为启发一体式电机。
优选的:所述第一电机和第二电机的转子支撑轴承形式为磁悬浮轴承或滚动轴承。
优选的:所述第二电机的转子与第二单级离心压缩机和第二单级向心透平二者轴端过渡位置的密封结构采用迷宫密封形式或干气密封形式;
所述第二电机的转子与第二单级离心压缩机和第二单级向心透平二者轴端过渡位置的密封结构采用迷宫密封形式或干气密封形式。
优选的:所述充气排气子系统包括串联的排气压缩机和高压储气罐,排气压缩机一端为充气排气子系统的入口,高压储气罐一端为充气排气子系统的出口,充气排气子系统的入口处设置有充气截止阀,充气排气子系统的出口处排气截止阀和排气止回阀。
方案二、一种双回路闭式布雷顿循环发电装置的运行方法,是基于方案一所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置实现的,包括:
一、排气状态,所述左侧布雷顿热电转换单元、右侧布雷顿热电转换单元、第一冷却水系统、第二冷却水系统、加热器和回热器共同构成闭式循环回路,具体运行方法如下:
步骤1.1,打开抽气截止阀,启动真空泵,排清闭式循环回路中的空气后,关闭真空泵及抽气截止阀抽气截止阀;
二、双运行状态,左侧布雷顿热电转换单元和右侧布雷顿热电转换单元进行双循环同时运行,具体运行方法如下:
步骤2.1,打开调节阀、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀;
步骤2.2,打开充气截止阀,通过第一冷却水系统和第二冷却水系统向闭式循环回路中注入待运行工质,达到运行压力后关闭充气截止阀;
步骤2.3,按照设定运行转速启动第二电机和第一电机,左侧布雷顿热电转换单元和右侧布雷顿热电转换单元内的工质开始建立循环后,启动加热器、回热器、第一冷却水系统和第二冷却水系统;
步骤2.4,闭式循环回路运行时,通过调节加热器设置的功率或控制第二单级向心透平和第一单级向心透平入口温度来控制系统回路工作状态点或改变电机轴转速;
三、单运行状态,右侧布雷顿热电转换单元独立运行,具体运行方法如下:
步骤3.1,关闭调节阀、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀;
步骤3.2,打开充气截止阀,通过第一冷却水系统和第二冷却水系统向右侧布雷顿热电转换单元中注入待运行工质,达到运行压力后关闭充气截止阀;
步骤3.3,按照设定运行转速启动第一电机,右侧布雷顿热电转换单元内的工质开始建立循环后,启动加热器、回热器和第一冷却水系统;
步骤3.4,右侧布雷顿热电转换单元运行时,通过调节加热器设置的功率或控制第一单级向心透平入口温度来控制系统回路工作状态点或改变电机轴转速;
四、退喘状态,具体运行方法如下:
闭式循环回路运行时,当第一单级离心压缩机和第二单级离心压缩机进入喘振点,打开第一旁通阀和第二旁通阀,使第一单级离心压缩机和第二单级离心压缩机出口工质与第一单级向心透平和第二单级向心透平出口工质汇合,实现退喘功能;
五、排气状态,具体运行方法如下:
当闭式循环回路需要排气时,打开排气截止阀,启动排气压缩机,闭式循环回路中工质排入高压储气罐,排气完成后关闭排气截止阀。
本发明具有以下有益效果:
1.本发明提出了一种包括左右两套闭式布雷顿热电转换单元的循环发电装置,其中回热器和热源为共用设备,保证系统功率需求的同时极大地缩小了设备的体积和重量;
2.本发明可控制左侧布雷顿热电转换单元和右侧布雷顿热电转换单元进行双循环同时运行,或控制右侧布雷顿热电转换单元独立运行,满足系统各功率等级运行需求;
3.本发明为避免运行工质价格昂贵、成本高的问题,设置了充气排气子系统,实现运行工质的循环利用。
附图说明
图1是一种双回路闭式布雷顿循环发电装置的结构示意图;
图2是一种双回路闭式布雷顿循环发电装置的系统图;
图中1-左侧布雷顿热电转换单元,2-右侧布雷顿热电转换单元,3-抽真空子系统,4-充气排气子系统,5-第一冷却水系统,6-第二冷却水系统,7-加热器,8-回热器,11-左侧第一入口,12-左侧第一出口,13-左侧第二入口,14-左侧第二出口,21-右侧第一入口,22-右侧第一出口,23-右侧第二入口,24-右侧第二出口,31-真空泵,32-抽气截止阀,33-抽气止回阀,41-排气压缩机,42-高压储气罐,43-充气截止阀,44-排气截止阀,45-排气止回阀,61-第一截止阀,71-调节阀,81-回热器第一入口,82-回热器第二出口,83-回热器第二入口,84-回热器第二出口,1-1-第二电机,1-2-第二单级离心压缩机,1-3-第二单级向心透平,1-4-第二旁通阀,1-5-第二截止阀,1-6-第三截止阀,2-1-第一电机,2-2-第一单级离心压缩机,2-3-第一单级向心透平,2-4-第一旁通阀。
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了,下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接,所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式,所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式,未明确限定具体连接方式时,默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能,本领域技术人员可根据需要自行选择。例如:固定连接选择焊接连接,可拆卸连接选择铰链连接。
具体实施方式一:结合图1-图2说明本实施方式,本实施方式的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,包括左侧布雷顿热电转换单元1、右侧布雷顿热电转换单元2、抽真空子系统3、充气排气子系统4、第一冷却水系统5、第二冷却水系统6、加热器7和回热器8;所述第一冷却水系统5和第二冷却水系统6用于冷却离开回热器8的冷侧工质;所述加热器7用于加热离开回热器8的热侧工质;
所述加热器7为热源,热源可以是核反应堆、太阳能等清洁能源,若作为试验系统应用,所述加热器为常规的加热器械。
所述左侧布雷顿热电转换单元1包括第二电机1-1、第二单级离心压缩机1-2和第二单级向心透平1-3,第二电机1-1分别与第二单级离心压缩机1-2和第二单级向心透平1-3建立连接,所述右侧布雷顿热电转换单元2包括第一电机2-1、第一单级离心压缩机2-2和第一单级向心透平2-3,第一电机2-1分别与第一单级离心压缩机2-2和第一单级向心透平2-3建立连接;所述回热器8用于预热来自于第二单级离心压缩机1-2和第一单级离心压缩机2-2的冷侧工质,同时预冷来自于第二单级向心透平1-3和第一单级向心透平2-3的热侧工质。
所述第一冷却水系统5的出口与第一单级离心压缩机2-2的右侧第一入口21建立连接,第一单级离心压缩机2-2的右侧第一出口22与回热器8的回热器第一入口81建立连接;
所述第二冷却水系统6的出口与第二单级离心压缩机1-2的左侧第一入口11建立连接,第二单级离心压缩机1-2的左侧第一出口12与回热器8的回热器第一入口81建立连接;
所述回热器8的回热器第二出口82与加热器7的入口建立连接,加热器7的出口分别与第二单级向心透平1-3的左侧第二入口13和第一单级向心透平2-3的右侧第二入口23建立连接;
所述第二单级向心透平1-3的左侧第二出口14和第一单级向心透平2-3的右侧第二出口24与回热器8的回热器第二入口83建立连接,回热器8的回热器第二出口84分别与充气排气子系统4、第一冷却水系统5和第二冷却水系统6三者的入口建立连接,抽真空子系统3的入口与第二冷却水系统6出口建立连接,充气排气子系统4的出口与第一冷却水系统5和第二冷却水系统6二者的入口建立连接。
所述右侧第一出口22和右侧第二出口24之间设置有第一旁通阀2-4,左侧第一出口12和左侧第二入口13之间设置有第二旁通阀1-4;
所述加热器7与左侧第二入口13之间设置有调节阀71,第二冷却水系统6的入口处设置有第一截止阀61,左侧第一出口12上设置有第二截止阀1-5,左侧第二出口14上设置有第三截止阀1-6;
所述充气排气子系统4包括串联的排气压缩机41和高压储气罐42,排气压缩机41一端为充气排气子系统4的入口,高压储气罐42一端为充气排气子系统4的出口,充气排气子系统4的入口处设置有充气截止阀43,充气排气子系统4的出口处排气截止阀44和排气止回阀45。
所述抽真空子系统3为真空泵31,抽真空子系统3的入口处安装有抽气截止阀32和抽气止回阀33。
所述第一单级离心压缩机2-2、第一电机2-1、第一单级向心透平2-3、第一冷却水系统5、回热器8和加热器7共同组成右侧闭式循环回路,所述第二单级离心压缩机1-2、第二电机1-1、第二单级向心透平1-3、第二冷却水系统6、回热器8和加热器7共同组成左侧闭式循环回路,右侧闭式循环回路和左侧闭式循环回路共用同一套回热器8和加热器7;
工质经过第一单级离心压缩机2-2压缩升压后经过回热器8预热,预热后的工质从回热器8排出后进入加热器7加热,离开加热器7的高温高压工质进入第一单级向心透平2-3做功,做功后的工质经过回热器8预冷后流入第一冷却水系统5冷却,最终重回第一单级离心压气机2-2入口,完成右侧回路闭式布雷顿循环流程;
所述工质可以是超临界二氧化碳、氮气、氦气、氩气等气体或惰性混合气体。
工质经过第二单级离心压缩机1-2压缩升压后经过回热器8预热,预热后的工质从回热器8排出后进入加热器7加热,离开加热器7的高温高压工质进入第二单级向心透平1-3做功,做功后的工质经过回热器8预冷后流入第二冷却水系统6冷却,最终重回第二单级离心压缩机1-2入口,完成左侧回路闭式布雷顿循环流程;
所述第二电机1-1、第二单级离心压缩机1-2和第二单级向心透平1-3,采用一体式结构设计,所述第二电机1-1为启发一体式电机;
所述第一电机2-1、第一单级离心压缩机2-2和第一单级向心透平2-3,采用一体式结构设计,所述第一电机2-1为启发一体式电机。
所述第一电机2-1和第二电机1-1的转子支撑轴承形式为磁悬浮轴承或滚动轴承。
所述第二电机1-1的转子与第二单级离心压缩机1-2和第二单级向心透平1-3二者轴端过渡位置的密封结构采用迷宫密封形式或干气密封形式;
所述第二电机1-1的转子与第二单级离心压缩机1-2和第二单级向心透平1-3二者轴端过渡位置的密封结构采用迷宫密封形式或干气密封形式。
所述第一电机2-1和第二电机1-1的转子与单级离心压缩机、单级向心透平的轴端过渡位置的密封结构,可以采用迷宫密封形式,也可以采用干气密封形式。
具体实施方式二:结合图1-图2说明本实施方式,基于具体实施方式一,本实施方式的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置的运行方法,包括:
一、排气状态,所述左侧布雷顿热电转换单元1、右侧布雷顿热电转换单元2、第一冷却水系统5、第二冷却水系统6、加热器7和回热器8共同构成闭式循环回路,具体运行方法如下:
步骤1.1,打开抽气截止阀32,启动真空泵31,排清闭式循环回路中的空气后,关闭真空泵31及抽气截止阀抽气截止阀32;
二、双运行状态,左侧布雷顿热电转换单元1和右侧布雷顿热电转换单元2进行双循环同时运行,具体运行方法如下:
步骤2.1,打开调节阀71、第一截止阀61、第二截止阀1-5和第三截止阀1-6;
步骤2.2,打开充气截止阀43,通过第一冷却水系统5和第二冷却水系统6向闭式循环回路中注入待运行工质,达到运行压力后关闭充气截止阀43;
步骤2.3,按照设定运行转速启动第二电机1-1和第一电机2-1,左侧布雷顿热电转换单元1和右侧布雷顿热电转换单元2内的工质开始建立循环后,启动加热器7、回热器8、第一冷却水系统5和第二冷却水系统6;
步骤2.4,闭式循环回路运行时,通过调节加热器7设置的功率或控制第二单级向心透平1-3和第一单级向心透平2-3入口温度来控制系统回路工作状态点或改变电机轴转速;
经过第一单级离心压缩机2-2和第二单级离心压缩机1-2压缩增压的工质在进入回热器8前合成一股气流,经回热器8预热后进入加热器7,离开加热器7的高温高压工质分成两股气流,分别进入第一单级向心透平2-3和第二单级向心透平1-3;经过第一单级向心透平2-3和第二单级向心透平1-3做功后的工质进入回热器8前合成一股气流,预冷后离开回热器8的工质分成两股气流,分别进入第一冷却水系统5和第二冷却水系统6进行冷却。
三、单运行状态,右侧布雷顿热电转换单元2独立运行,具体运行方法如下:
步骤3.1,关闭调节阀71、第一截止阀61、第二截止阀1-5和第三截止阀1-6;
步骤3.2,打开充气截止阀43,通过第一冷却水系统5和第二冷却水系统6向右侧布雷顿热电转换单元2中注入待运行工质,达到运行压力后关闭充气截止阀43;
步骤3.3,按照设定运行转速启动第一电机2-1,右侧布雷顿热电转换单元2内的工质开始建立循环后,启动加热器7、回热器8和第一冷却水系统5;
步骤3.4,右侧布雷顿热电转换单元2运行时,通过调节加热器7设置的功率或控制第一单级向心透平2-3入口温度来控制系统回路工作状态点或改变电机轴转速;
四、退喘状态,具体运行方法如下:
闭式循环回路运行时,当第一单级离心压缩机2-2和第二单级离心压缩机1-2进入喘振点,打开第一旁通阀2-4和第二旁通阀1-4,使第一单级离心压缩机2-2和第二单级离心压缩机1-2出口工质与第一单级向心透平2-3和第二单级向心透平1-3出口工质汇合,实现退喘功能;
五、排气状态,具体运行方法如下:
当闭式循环回路需要排气时,打开排气截止阀44,启动排气压缩机41,闭式循环回路中工质排入高压储气罐42,排气完成后关闭排气截止阀44。
本实施方式提出了一种双回路闭式布雷顿循环发电装置及其运行方式,包括左右两套闭式布雷顿热电转换单元,其核心部件采用单级离心压缩机、电机、单级向心透平一体机设计,运行工质为超临界二氧化碳、氦气等气体或其他惰性混合气体。为避免运行工质价格昂贵、成本高等问题,设置了充气排气子系统,实现运行工质的循环利用。通过控制左侧闭式布雷顿循环回路的调节阀、截止阀可以实现右侧闭式布雷顿循环回路的独立运行,或左右两侧闭式布雷顿循环回路同时运行,满足系统各功率等级运行需求。该系统具有灵活性好、能量利用率高等优势。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中,需要理解的是,方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制;方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
需要说明的是,在以上实施例中,只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合,本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能,因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明,但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,其特征在于:包括左侧布雷顿热电转换单元(1)、右侧布雷顿热电转换单元(2)、抽真空子系统(3)、充气排气子系统(4)、第一冷却水系统(5)、第二冷却水系统(6)、加热器(7)和回热器(8);
所述第一冷却水系统(5)的出口与右侧布雷顿热电转换单元(2)的右侧第一入口(21)建立连接,右侧布雷顿热电转换单元(2)的右侧第一出口(22)与回热器(8)的回热器第一入口(81)建立连接,第二冷却水系统(6)的出口与左侧布雷顿热电转换单元(1)的左侧第一入口(11)建立连接,左侧布雷顿热电转换单元(1)的左侧第一出口(12)与回热器(8)的回热器第一入口(81)建立连接,回热器(8)的回热器第二出口(82)与加热器(7)的入口建立连接,加热器(7)的出口分别与左侧布雷顿热电转换单元(1)的左侧第二入口(13)和右侧布雷顿热电转换单元(2)的右侧第二入口(23)建立连接;
所述左侧布雷顿热电转换单元(1)的左侧第二出口(14)和右侧布雷顿热电转换单元(2)的右侧第二出口(24)与回热器(8)的回热器第二入口(83)建立连接,回热器(8)的回热器第二出口(84)分别与充气排气子系统(4)、第一冷却水系统(5)和第二冷却水系统(6)三者的入口建立连接,抽真空子系统(3)的入口与第二冷却水系统(6)出口建立连接,充气排气子系统(4)的出口与第一冷却水系统(5)和第二冷却水系统(6)二者的入口建立连接。
2.根据权利要求1所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,其特征在于:所述左侧布雷顿热电转换单元(1)包括第二电机(1-1)、第二单级离心压缩机(1-2)和第二单级向心透平(1-3),第二电机(1-1)分别与第二单级离心压缩机(1-2)和第二单级向心透平(1-3)建立连接,第二单级离心压缩机(1-2)上具有左侧第一入口(11)和左侧第一出口(12),第二单级向心透平(1-3)上具有左侧第二入口(13)和左侧第二出口(14);
3.根据权利要求2所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,其特征在于:所述右侧布雷顿热电转换单元(2)包括第一电机(2-1)、第一单级离心压缩机(2-2)和第一单级向心透平(2-3),第一电机(2-1)分别与第一单级离心压缩机(2-2)和第一单级向心透平(2-3)建立连接,第一单级离心压缩机(2-2)上具有右侧第一入口(21)和右侧第一出口(22),第一单级向心透平(2-3)上具有右侧第二入口(23)和右侧第二出口(24)。
4.根据权利要求3任意一项所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,其特征在于:所述右侧第一出口(22)和右侧第二出口(24)之间设置有第一旁通阀(2-4),左侧第一出口(12)和左侧第二入口(13)之间设置有第二旁通阀(1-4);
所述加热器(7)与左侧第二入口(13)之间设置有调节阀(71),第二冷却水系统(6)的入口处设置有第一截止阀(61),左侧第一出口(12)上设置有第二截止阀(1-5),左侧第二出口(14)上设置有第三截止阀(1-6);
所述抽真空子系统(3)为真空泵(31),抽真空子系统(3)的入口处安装有抽气截止阀(32)和抽气止回阀(33)。
5.根据权利要求1-4所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,其特征在于:所述加热器的热源为清洁能源。
6.根据权利要求4所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,其特征在于:所述第二电机(1-1)、第二单级离心压缩机(1-2)和第二单级向心透平(1-3),采用一体式结构设计,所述第二电机(1-1)为启发一体式电机;
所述第一电机(2-1)、第一单级离心压缩机(2-2)和第一单级向心透平(2-3),采用一体式结构设计,所述第一电机(2-1)为启发一体式电机。
7.根据权利要求6所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,其特征在于:所述第一电机(2-1)和第二电机(1-1)的转子支撑轴承形式为磁悬浮轴承或滚动轴承。
8.根据权利要求7所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,其特征在于:所述第二电机(1-1)的转子与第二单级离心压缩机(1-2)和第二单级向心透平(1-3)二者轴端过渡位置的密封结构采用迷宫密封形式或干气密封形式;
所述第二电机(1-1)的转子与第二单级离心压缩机(1-2)和第二单级向心透平(1-3)二者轴端过渡位置的密封结构采用迷宫密封形式或干气密封形式。
9.根据权利要求8所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置,其特征在于:所述充气排气子系统(4)包括串联的排气压缩机(41)和高压储气罐(42),排气压缩机(41)一端为充气排气子系统(4)的入口,高压储气罐(42)一端为充气排气子系统(4)的出口,充气排气子系统(4)的入口处设置有充气截止阀(43),充气排气子系统(4)的出口处排气截止阀(44)和排气止回阀(45)。
10.一种双回路闭式布雷顿循环发电装置的运行方法,是基于权利要求9所述的一种双回路闭式布雷顿循环发电装置实现的,其特征在于,包括:
一、排气状态,所述左侧布雷顿热电转换单元(1)、右侧布雷顿热电转换单元(2)、第一冷却水系统(5)、第二冷却水系统(6)、加热器(7)和回热器(8)共同构成闭式循环回路,具体运行方法如下:
步骤1.1,打开抽气截止阀(32),启动真空泵(31),排清闭式循环回路中的空气后,关闭真空泵(31)及抽气截止阀抽气截止阀(32);
二、双运行状态,左侧布雷顿热电转换单元(1)和右侧布雷顿热电转换单元(2)进行双循环同时运行,具体运行方法如下:
步骤2.1,打开调节阀(71)、第一截止阀(61)、第二截止阀(1-5)和第三截止阀(1-6);
步骤2.2,打开充气截止阀(43),通过第一冷却水系统(5)和第二冷却水系统(6)向闭式循环回路中注入待运行工质,达到运行压力后关闭充气截止阀(43);
步骤2.3,按照设定运行转速启动第二电机(1-1)和第一电机(2-1),左侧布雷顿热电转换单元(1)和右侧布雷顿热电转换单元(2)内的工质开始建立循环后,启动加热器(7)、回热器(8)、第一冷却水系统(5)和第二冷却水系统(6);
步骤2.4,闭式循环回路运行时,通过调节加热器(7)设置的功率或控制第二单级向心透平(1-3)和第一单级向心透平(2-3)入口温度来控制系统回路工作状态点或改变电机轴转速;
三、单运行状态,右侧布雷顿热电转换单元(2)独立运行,具体运行方法如下:
步骤3.1,关闭调节阀(71)、第一截止阀(61)、第二截止阀(1-5)和第三截止阀(1-6);
步骤3.2,打开充气截止阀(43),通过第一冷却水系统(5)和第二冷却水系统(6)向右侧布雷顿热电转换单元(2)中注入待运行工质,达到运行压力后关闭充气截止阀(43);
步骤3.3,按照设定运行转速启动第一电机(2-1),右侧布雷顿热电转换单元(2)内的工质开始建立循环后,启动加热器(7)、回热器(8)和第一冷却水系统(5);
步骤3.4,右侧布雷顿热电转换单元(2)运行时,通过调节加热器(7)设置的功率或控制第一单级向心透平(2-3)入口温度来控制系统回路工作状态点或改变电机轴转速;
四、退喘状态,具体运行方法如下:
闭式循环回路运行时,当第一单级离心压缩机(2-2)和第二单级离心压缩机(1-2)进入喘振点,打开第一旁通阀(2-4)和第二旁通阀(1-4),使第一单级离心压缩机(2-2)和第二单级离心压缩机(1-2)出口工质与第一单级向心透平(2-3)和第二单级向心透平(1-3)出口工质汇合,实现退喘功能;
五、排气状态,具体运行方法如下:
当闭式循环回路需要排气时,打开排气截止阀(44),启动排气压缩机(41),闭式循环回路中工质排入高压储气罐(42),排气完成后关闭排气截止阀(44)。
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