CN212614894U - 超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，该发电系统干气密封系统安装在主轴上靠近透平机的位置，干气密封系统的一端通过冷却气输入管路连接在压缩机‑回热器管路上，干气密封系统另一端通过冷却气输出管路连接在透平机‑回热器管路上，当超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统正常工作时，取压缩机出口低温高压的超临界二氧化碳干气密封的隔离气，在实现对透平机进行密封的同时，也起到了对干气密封的降温作用，避免了透平机对干气密封的损伤，有利于提高超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的工作效率、稳定性、可靠性，并降低超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的维护成本。

Description

超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统

技术领域

本申请实施例涉及新能源技术领域，尤其涉及一种超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。

背景技术

超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统是一种以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统，具有效率高、系统体积小、噪声低、环保、经济等优点，在诸多领域有良好的应用前景。透平机作为该循环发电系统的核心设备之一，主要用于对超临界二氧化碳进行膨胀做功，从而将超临界二氧化碳热能转化为机械能并输出，从而实现发电，因此，透平机的密封性能是影响超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的发电效率的关键因素之一。

现有技术中，一种较为理想的密封方式是通过干气密封对透平机进行密封，干气密封的安装位置靠近透平机高温端，由于透平机高温端的温度通常可达500-600℃，而干气密封的工作温度一般不应超过200℃，因此，较高的温度会使干气密封出现不可逆的损伤，从而导致透平机出现超临界二氧化碳泄露问题，进而导致超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统不能正常运行。

因此，如何避免透平机对干气密封造成损伤成为现有技术中亟需解决的问题。

实用新型内容

本申请实施例提供一种超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，以解决现有技术中透平机对干气密封造成损伤的问题。

本申请实施例提供一种超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，包括：

压缩机、发电机、透平机、回热器、加热器、预冷器、主轴、干气密封系统、压缩机-回热器管路、回热器-加热器管路、加热器-透平机管路、透平机-回热器管路、回热器-预冷器管路、预冷器-压缩机管路、冷却气输入管路、冷却气输出管路；

所述压缩机、所述发电机、所述透平机和所述干气密封系统均固定设置在所述主轴上，所述压缩机设置在所述主轴的一端，所述透平机设置在所述主轴的另一端，所述发电机位于在所述压缩机和所述透平机之间，所述干气密封系统设置在所述发电机和所述透平机之间；

所述压缩机的输入端通过所述预冷器-压缩机管路与所述预冷器的输出端连接，所述压缩机的输出端通过所述压缩机-回热器管路与所述回热器的第一输入端连接；

所述加热器的输入端通过所述回热器-加热器管路与所述回热器的第一输出端连接，所述加热器的输出端通过所述加热器-透平机管路与所述透平机的输入端连接；

所述回热器的第二输入端通过所述透平机-回热器管路与所述透平机的输出端连接，所述回热器的第二输出端通过所述回热器-预冷器管路与所述预冷器的输入端连接；

所述干气密封系统的一端通过所述冷却气输入管路连接在所述压缩机-回热器管路上，所述干气密封系统的另一端通过所述冷却气输出管路连接在所述透平机-回热器管路上。

可选地，所述系统还包括：压缩机入口控制阀、压缩机出口控制阀、回热器出口控制阀、透平机入口控制阀、透平机出口控制阀、预冷器入口控制阀和干气密封系统入口控制阀；

所述压缩机入口控制阀、所述压缩机出口控制阀、所述回热器出口控制阀、所述透平机入口控制阀、所述透平机出口控制阀、所述预冷器入口控制阀和所述干气密封系统入口控制阀分别设置在所述预冷器-压缩机管路、所述压缩机-回热器管路、所述回热器-加热器管路、所述加热器-透平机管路、所述透平机-回热器管路、所述回热器-预冷器管路和所述冷却气输入管路上。

可选地，所述干气密封系统的一端通过冷却气输入管路连接在所述压缩机-回热器管路的第一位置上，所述干气密封系统的另一端通过冷却气输出管路连接在所述透平机-回热器管路的第二位置上；其中，所述第一位置位于所述压缩机出口控制阀与所述回热器之间，所述第二位置位于所述透平机与所述透平机出口控制阀之间。

可选地，所述系统还包括：增压泵和增压泵管路；

所述增压泵管路的一端与所述预冷器-压缩机管路的第三位置连接，所述增压泵管路的另一端与所述压缩机-回热器管路的第四位置连接；其中，所述第三位置位于所述预冷器与所述压缩机入口控制阀之间，所述第四位置位于所述压缩机出口控制阀与所述回热器之间；

所述增压泵设置在所述增压泵管路上。

可选地，所述系统还包括：增压泵控制阀，所述增压泵控制阀设置在所述增压泵管路上。

可选地，所述系统还包括：缓冲罐、缓冲罐接入管路、高点放空管路、干气密封系统第一出口控制阀和干气密封系统第二出口控制阀；

所述缓冲罐通过所述缓冲罐接入管路与所述冷却气输入管路的第五位置连接，所述第五位置位于所述干气密封系统入口控制阀与所述干气密封系统之间，所述缓冲罐用于存储高压低温二氧化碳；

所述高点放空管路的一端与所述冷却气输出管路的第六位置连接，所述高点放空管路的另一端为自由端；

所述干气密封系统第一出口控制阀设置在所述高点放空管路上；

所述干气密封系统第二出口控制阀设置在所述冷却气输出管路上，所述干气密封系统第二出口控制阀位于所述第六位置与所述第二位置之间。

可选地，所述系统还包括：缓冲罐出口控制阀，所述缓冲罐出口控制阀设置在所述缓冲罐接入管路上。

可选地，所述缓冲罐内设置有温控系统；所述系统还包括：

二氧化碳输入管路、缓冲罐入口控制阀；

所述二氧化碳输入管路的一端与所述缓冲罐连接，所述二氧化碳输入管路的另一端为自由端；

所述缓冲罐入口控制阀设置在所述二氧化碳输入管路上。

可选地，所述系统还包括：透平机旁通阀和透平机旁通管路；

所述透平机旁通管路的一端连接在所述加热器-透平机管路上，所述透平机旁通管路的另一端连接在所述透平机-回热器管路上；

所述透平机旁通阀设置在所述透平机旁通管路上。

可选地，所述系统还包括：回热器旁通阀和回热器旁通管路；

所述回热器旁通管路的一端连接在所述压缩机-回热器管路上，所述回热器旁通管路的另一端连接在所述回热器-预冷器管路上；

所述回热器旁通阀设置在所述回热器旁通管路上。

本申请实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，该发电系统包括：压缩机、发电机、透平机、回热器、加热器、预冷器、主轴、干气密封系统、压缩机-回热器管路、回热器-加热器管路、加热器-透平机管路、透平机-回热器管路、回热器-预冷器管路、预冷器-压缩机管路、冷却气输入管路、冷却气输出管路。压缩机、发电机、透平机和干气密封系统均固定设置在主轴上，压缩机设置在主轴的一端，透平机设置在主轴的另一端，发电机位于在压缩机和透平机之间，干气密封系统设置在发电机和透平机之间；压缩机的输入端通过预冷器-压缩机管路与预冷器的输出端连接，压缩机的输出端通过压缩机-回热器管路与回热器的第一输入端连接；加热器的输入端通过回热器-加热器管路与回热器的第一输出端连接，加热器的输出端通过加热器-透平机管路与透平机的输入端连接；回热器的第二输入端通过透平机-回热器管路与透平机的输出端连接，回热器的第二输出端通过所述回热器-预冷器管路与预冷器的输入端连接；干气密封系统的一端通过冷却气输入管路连接在压缩机-回热器管路上，干气密封系统的另一端通过冷却气输出管路连接在透平机-回热器管路上。通过将干气密封系统安装在主轴上靠近透平机的位置，并设置干气密封系统的一端通过冷却气输入管路连接在压缩机-回热器管路上，另一端通过冷却气输出管路连接在透平机-回热器管路上，当超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统正常工作时，压缩机出口低温高压的超临界二氧化碳通过冷却气输入管路干气密封系统，在实现对透平机进行密封的同时，也起到了对干气密封系统中干气密封的降温作用，使用后的超临界二氧化碳再通过冷却气输出管路由压缩机出口进入超临界二氧化碳布雷顿循环当中，从而保证有源源不断的低温高压超临界二氧化碳进入到干气密封系统中，达到了保护干气密封的目的，提高了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的工作效率，保证了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的工作稳定性和可靠性，并降低了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统实施例一的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统实施例二的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统实施例三的结构示意图。

附图标记说明：

100-超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统；

111-压缩机；

112-发电机；

113-透平机；

114-回热器；

115-加热器；

116-预冷器；

117-主轴；

118-干气密封系统；

119-压缩机-回热器管路；

120-回热器-加热器管路；

121-加热器-透平机管路；

122-透平机-回热器管路；

123-回热器-预冷器管路；

124-预冷器-压缩机管路；

125-冷却气输入管路；

126-冷却气输出管路；

127-透平机旁通管路；

128-回热器旁通管路；

129-增压泵；

130-增压泵管路；

131-缓冲罐；

132-缓冲罐接入管路；

133-高点放空管路；

P1-压缩机入口控制阀；

P2-压缩机出口控制阀；

P3-回热器出口控制阀；

P4-透平机入口控制阀；

P5-透平机出口控制阀；

P6-预冷器入口控制阀；

P7-干气密封系统入口控制阀；

P8-透平机旁通阀；

P9-回热器旁通阀；

P10-增压泵控制阀；

P11-干气密封系统第一出口控制阀；

P12-干气密封系统第二出口控制阀；

P13-缓冲罐出口控制阀。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

布雷顿循环作为一种典型的热力学循环，是由美国科学家布雷顿首次提出的以气体为工质的热力学循环。简单的布雷顿循环气体工质先后经过等熵压缩、等压吸热、等熵膨胀以及等压冷却四个过程实现能量的高效转化。当工质处于超临界状态时，由于避免了工质相态的改变，减少了压缩功的消耗，其循环效率能够得到更大的提升。当二氧化碳的温度和压力分别达到其临界温度31.1℃和临界压力7.38Mpa时，二氧化碳将处于超临界状态，即成为超临界二氧化碳。

超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统是一种以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统，具有效率高、系统体积小、噪声低、环保、经济等优点，在诸多领域有良好的应用前景。透平机作为该循环发电系统的核心设备之一，主要用于对超临界二氧化碳进行膨胀做功，从而将超临界二氧化碳热能转化为机械能并输出，从而实现发电，因此，透平机的密封性能是影响超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的发电效率的关键因素之一。现有技术中通常采用拉别令密封或者迷宫密封对透平机进行密封，干气密封虽然是一种较为理想的密封方式，但受限于干气密封的工作温度，很难被应用于实际中。

本申请实施例的整体思路：本申请提供一种超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统正常工作时，通过压缩机出口取气，作为干气密封系统的隔离气，由于压缩机出口处的超临界二氧化碳具有高压低温的特性，因此，在实现干气密封系统对压缩机进行密封的同时，对干气密封系统中的干气密封进行降温，从而保证干气密封不受损伤。在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统停机时，一种方式是通过预冷器继续对工质进行降温，通过外接增压泵使超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统内的工质流通起来，并通过干气密封系统的内部增压泵使一定流量的工质进行干气密封系统中进行循环，对干气密封系统中的干气密封进行冷却；另一种方式是通过外接的充入有足量的低温二氧化碳的缓冲罐，将低温二氧化碳通入到干气密封系统扣排出到外界，实现对干气密封系统中干气密封的保护。可见，本申请提供的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统不仅可以在正常时保护干气密封不受损伤，也可以在停机时保护干气密封不受损伤，提高了干气密封的使用寿命，降低了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的维护成本。

下面将以超临界二氧化碳简单布雷顿循环发电系统为例，对本申请的技术方案进行说明，需要说明的是，本申请的技术方案不仅适用于超临界二氧化碳简单布雷顿循环发电系统，也适用于超临界二氧化碳简单回热布雷顿循环发电系统、超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环发电系统和超临界二氧化碳预压缩布雷顿循环发电系统等。

图1为本申请实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例中，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100包括：

压缩机111、发电机112、透平机113、回热器114、加热器115、预冷器116、主轴117、干气密封系统118、压缩机-回热器管路119、回热器-加热器管路120、加热器-透平机管路121、透平机-回热器管路122、回热器-预冷器管路123、预冷器-压缩机管路124、冷却气输入管路125、冷却气输出管路126。

压缩机111、发电机112、透平机113和干气密封系统118均固定设置在主轴117上，压缩机111设置在主轴117的一端，透平机113设置在主轴117的另一端，发电机112位于在压缩机111和透平机113之间，干气密封系统118设置在发电机112和透平机113之间。压缩机111的输入端通过预冷器-压缩机管路124与预冷器116的输出端连接，压缩机111的输出端通过压缩机-回热器管路119与回热器114的第一输入端连接；加热器115的输入端通过回热器-加热器管路120与回热器114的第一输出端连接，加热器115的输出端通过加热器-透平机管路121与透平机113的输入端连接；回热器114的第二输入端通过透平机-回热器管路122与透平机113的输出端连接，回热器114的第二输出端通过回热器-预冷器管路123与预冷器116的输入端连接；干气密封系统118的一端通过冷却气输入管路125连接在压缩机-回热器管路119上，干气密封系统118的另一端通过冷却气输出管路126连接在透平机-回热器管路122上。

本实施例中，干气密封系统118是指由干气密封和其他部件组成的用于对透平机进行密封的系统，其他部件可以包括与干气密封组合使用的其他密封件(如迷宫密封)和辅助干气密封工作的部件，如增加泵等。其中，干气密封是一种非接触式密封，主要部件包括动环和静环，动环的端面开设气体槽，气体槽的深度一般在几个微米量级，当旋转机械设备静止时，动环和静环接触，当旋转设备运作升压时，气体所产生的静压力使动环和静环分开，并产生一层极薄的空气膜，这层空气膜可以使密封端面间保持一定的密封间隙，当气体介质通过密封间隙时由于节流和阻塞的作用被减压，从而实现气体介质的密封，具有功耗小、泄漏量低、磨损少、寿命长等特点。

本实施例中，在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作(发电)时，从预冷器116输出端流出的低温低压的超临界二氧化碳在压缩机111中被加压，被加压后的超临界二氧化碳进入回热器114，在回热器114中进行预热后进入加热器115，在加热器115中加热到设定的额定温度后进入透平机113，高温高压的超临界二氧化碳在透平机113中进行膨胀做功，带动发电机112旋转发电，膨胀后的超临界二氧化碳压力降低，并从透平机113流出进入到回热器114，在回热器114中被冷却，然后进入预冷器116进行进一步冷却。在该循环过程中，由于压缩机111出口处超临界二氧化碳的压力高，而透平机113出口处超临界二氧化碳的压力低，因此，压缩机111出口处的超临界二氧化碳经由冷却气输入管路125注入到干气密封系统118中，并经由冷却气输出管路126流出到透平机113出口。

注入干气密封系统118的超临界二氧化碳具有两方面的作用：一方面，作为干气密封的隔离气，形成空气膜，使干气密封发挥其密封作用；另一方面，作为冷却气对干气密封进行降温，从而使干气密封不致由透平机113的高温造成损伤。

为增强对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100的控制，并提高的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100的工作安全性和可靠性，在一种可能的实现方式中，本实施例中，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100，还包括：

压缩机入口控制阀P1、压缩机出口控制阀P2、回热器出口控制阀P3、透平机入口控制阀P4、透平机出口控制阀P5、预冷器入口控制阀P6和干气密封系统入口控制阀P7。

压缩机入口控制阀P1设置在预冷器-压缩机管路124上，用于控制超临界二氧化碳能否从预冷器116流入到压缩机111中，具体地，当压缩机入口控制阀P1关闭时，超临界二氧化碳无法从预冷器116流入到压缩机111中，当压缩机入口控制阀P1开启时，超临界二氧化碳通过预冷器-压缩机管路124从预冷器116流入到压缩机111中。

压缩机出口控制阀P2设置在压缩机-回热器管路119上，用于控制超临界二氧化碳能否从压缩机111流出到回热器114中，具体地，当压缩机出口控制阀P2关闭时，超临界二氧化碳无法从压缩机111流出到回热器114中，当压缩机出口控制阀P2开启时，超临界二氧化碳通过压缩机-回热器管路119从压缩机111流出到回热器114中。

回热器出口控制阀P3设置在回热器-加热器管路120上，用于控制超临界二氧化碳能否从回热器114流出到加热器115中，具体地，当回热器出口控制阀P3关闭时，超临界二氧化碳无法从回热器114流出到加热器115中，当回热器出口控制阀P3开启时，超临界二氧化碳通过回热器-加热器管路120从回热器114流出到加热器115中。

透平机入口控制阀P4设置在加热器-透平机管路121上，用于控制超临界二氧化碳能否从加热器115流入到透平机113中，具体地，当透平机入口控制阀P4关闭时，超临界二氧化碳无法从加热器115流入到透平机113中，当透平机入口控制阀P4开启时，超临界二氧化碳通过加热器-透平机管路121从加热器115流入到透平机113中。

透平机出口控制阀P5设置在透平机-回热器管路122上，用于控制超临界二氧化碳能否从透平机113流入到回热器114中，具体地，当透平机出口控制阀P5关闭时，超临界二氧化碳无法从透平机113流出到回热器114中，当透平机出口控制阀P5开启时，超临界二氧化碳通过透平机-回热器管路122从透平机113流出到回热器114中。

预冷器入口控制阀P6设置在回热器-预冷器管路123上，用于控制超临界二氧化碳能否从回热器114流入到预冷器116中，具体地，当预冷器入口控制阀P6关闭时，超临界二氧化碳无法从回热器114流入到预冷器116中，当预冷器入口控制阀P6开启时，超临界二氧化碳通过回热器-预冷器管路123从回热器114流入到预冷器116中。

干气密封系统入口控制阀P7设置在冷却气输入管路125上，用于控制压缩机111出口低温高压的超临界二氧化碳能否注入到干气密封系统118中，具体地，当干气密封系统入口控制阀P7关闭时，压缩机111出口低温高压的超临界二氧化碳无法进入干气密封系统118中，当干气密封系统入口控制阀P7开启时，压缩机111出口低温高压的超临界二氧化碳能够通过冷却气输入管路125进入干气密封系统118中。

在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作时，上述压缩机入口控制阀P1、压缩机出口控制阀P2、回热器出口控制阀P3、透平机入口控制阀P4、透平机出口控制阀P5、预冷器入口控制阀P6和干气密封系统入口控制阀P7均处于开启状态，从而保证系统内超临界二氧化碳的正常流通。

相应地，干气密封系统118的一端通过冷却气输入管路125连接在压缩机-回热器管路119的第一位置上，干气密封系统118的另一端通过冷却气输出管路126连接在透平机-回热器管路122的第二位置上。其中，第一位置位于压缩机出口控制阀P2与回热器114之间，第二位置位于透平机113与透平机出口控制阀P5之间。

可选地，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100还包括：透平机旁通阀P8和透平机旁通管路127。

透平机旁通管路127的一端连接在加热器-透平机管路121上，透平机旁通管路127的另一端连接在透平机-回热器管路122上，透平机旁通阀P8设置在透平机旁通管路127上，透平机旁通阀P8用于对从加热器流出的超临界二氧化碳进行分流。

在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作时，透平机旁通阀P8处于关闭状态，若需要从加热器流出的超临界二氧化碳部分流入透平机或全部从透平机旁通管路127进入回热器中，则透平机旁通阀P8处于开启状态。

可选地，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100还包括：回热器旁通阀P9和回热器旁通管路128。

回热器旁通管路128的一端连接在压缩机-回热器管路119上，回热器旁通管路128的另一端连接在回热器-预冷器管路123上，回热器旁通阀P9设置在回热器旁通管路128上，回热器旁通阀P9用于对从压缩机流出的超临界二氧化碳进行分流。

在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作时，回热器旁通阀P9处于关闭状态，若需要从压缩机流出的超临界二氧化碳部分流入回热器或全部从回热器旁通管路128进入预冷器中，则回热器旁通阀P9处于开启状态。

本实施例中，通过设置干气密封系统安装在主轴上靠近透平机的位置，并设置干气密封系统的一端通过冷却气输入管路连接在压缩机-回热器管路上，另一端通过冷却气输出管路连接在透平机-回热器管路上，当超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作时，压缩机出口低温高压的超临界二氧化碳通过冷却气输入管路干气密封系统，在实现对透平机进行密封的同时，也起到了对干气密封系统中干气密封的降温作用，使用后的超临界二氧化碳再通过冷却气输出管路由压缩机出口进入超临界二氧化碳布雷顿循环当中，从而保证有源源不断的低温高压超临界二氧化碳进入到干气密封系统中，达到了保护干气密封的目的，提高了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的工作效率，保证了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的工作稳定性和可靠性，并降低了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的维护成本。

在上述实施例的基础上，当超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100接收到控制系统发送的停机指令后，加热器停止加热，压缩机入口控制阀P1、压缩机出口控制阀P2和透平机入口控制阀P4关闭，由于没有高温高压的超临界二氧化碳进入透平机，透平机很快停止转动，相应地，压缩机和发电机也停止转动，系统内的气体不能流通，即压缩机出口处的气体无法进入干气密封系统对干气密封进行冷却，由于透平机本身温度较高，需要很长一段时间才能冷却，如果不采取措施，干气密封仍将受到损伤，因此，在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供了两种方案(参见图2和图3)，不仅能够在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统正常工作时保证干气密封系统的安全，也能在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统停机时保证干气密封系统的安全。下面将对该两种方案进行具体说明。

图2为本申请实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统实施例二的结构示意图，在上述实施例一的基础上，如图2所示，本实施例中超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100还包括：增压泵129、增压泵管路130和增压泵控制阀P10。

增压泵管路130的一端与预冷器-压缩机管路的第三位置连接，增压泵管路130的另一端与压缩机-回热器管路的第四位置连接；其中，第三位置位于预冷器与压缩机入口控制阀之间，第四位置位于压缩机出口控制阀与回热器之间；增压泵129和增压泵控制阀P10均设置在增压泵管路130上。

其中，增压泵129，又叫做循环泵，是一种能够使循环系统中工质循环起来的装置。本申请实施例中，通过增压泵控制阀P10控制增压泵管路130是否起作用，当增压泵129工作时，增压泵控制阀P10处于开启状态。

需要说明的是，本实施例中，当超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作时，增压泵129和增压泵控制阀P10均处于关闭状态。

可选地，增压泵控制阀P10设置在增压泵129与第三位置之间，也可以设置在增压泵129与第四位置之间，此处不作限制。

可选地，增压泵控制阀P10也可以设置两个，分别位于增压泵129与第三位置之间、增压泵129与第四位置之间，使增压泵管路130管路相对独立，在增压泵129不工作时，通过关死增压泵129两侧的增压泵控制阀P10，保证不会有过多的超临界二氧化碳残留在增压泵管路130，从而不会对系统的循环效率造成影响。

当超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统停机时，控制系统控制增压泵129、增压泵控制阀P10和透平机旁通阀P8打开，通过增压泵129趋动系统内的超临界二氧化碳经由回热器114的第一输入端、回热器114的第一输出端、加热器115、透平机旁通管路127、回热器114的第二输入端、回热器114的第二输出端、预冷器、增压泵管路130进行循环，由于预冷器116并未停止工作，所以仍能起到对超临界二氧化碳的冷却作用。另外，由于干气密封系统内部的增压泵在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统停机时会自动打开(干气密封系统入口处的压力等于出口处的压力时)，因此，在设置于增压泵管路130上的增压泵129与干气密封系统内部增压泵的共同作用下，会有一定流量的低温超临界二氧化碳经由冷却气输入管路125流入到干气密封系统118中，在对干气密封系统118降温后，经由冷却气输出管路126汇入到透平机-回热器管路122中参与循环。当透平机113机匣的温度降低到预设温度(不会对干气密封造成损伤)且干气密封的温度降低到能够承受的温度时，关闭增压泵129、增压泵控制阀P10和透平机旁通阀P8，干气密封系统冷却完成。

本实施例中，通过设置超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100还包括增压泵129、增压泵管路130和增压泵控制阀P10，在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作时，直接从压缩机111出口取隔离气，在保证透平机113密封性的同时，对干气密封系统进行降温，避免了透平机113的高温对干气密封系统造成的损伤，在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100停机时，通过打开增压泵129增压泵控制阀P10，避免了透平机113的高温对干气密封系统造成的损伤，从而无论在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作还是停机时，都能保证干气密封系统的安全，提高了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的工作效率，保证了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的工作稳定性和可靠性，并降低了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的维护成本。

图3为本申请实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统实施例三的结构示意图，在上述实施一或实施例二的基础上，如图3所示(在图1的基础上示出)，本实施例中超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100还包括：缓冲罐131、缓冲罐接入管路132、高点放空管路133、干气密封系统第一出口控制阀P11和干气密封系统第二出口控制阀P12。

缓冲罐131通过缓冲罐接入管路132与冷却气输入管路125的第五位置连接，第五位置位于干气密封系统入口控制阀P7与干气密封系统118之间；高点放空管路133的一端与冷却气输出管路126的第六位置连接，高点放空管路133的另一端为自由端；干气密封系统第一出口控制阀P11设置在高点放空管路133上；干气密封系统第二出口控制阀P12设置在冷却气输出管路上126，干气密封系统第二出口控制阀P12位于第六位置与第二位置之间。

其中，缓冲罐131用于存储高压低温二氧化碳，即缓冲罐131中二氧化碳的压力高于系统内循环工质的压力，且缓冲罐131中二氧化碳的温度可以满足对干气密封系统118进行降温的需求。本申请实施例中缓冲罐131可以是隔膜式缓冲罐，也可以是气囊式缓冲罐。

干气密封系统第一出口控制阀P11用于控制高点放空管路133是否起作用，当干气密封系统第一出口控制阀P11打开时，从干气密封系统流出的气体经高点放空管路133排到大气或相应的气体收集装置中，当干气密封系统第一出口控制阀P11关闭时，气体无法高点放空管路133排出。

干气密封系统第二出口控制阀P12用于控制冷却气输出管路126是否起作用，当干气密封系统第二出口控制阀P12打开时，从干气密封系统流出的气体可通过冷却气输出管路126进入透平机-回热器管路122中，当干气密封系统第二出口控制阀P12关闭时，气体无法进入透平机-回热器管路122中。

可选地，本实施例中超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100还包括：缓冲罐出口控制阀P13。

缓冲罐出口控制阀P13设置在缓冲罐接入管路132上，缓冲罐出口控制阀P13用于缓冲罐接入管路132是否起作用，具体地，当缓冲罐131工作时，缓冲罐出口控制阀P13处于开启状态，当缓冲罐131不工作时，缓冲罐出口控制阀P13处于关闭状态。

需要说明的是，在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作时，缓冲罐131、缓冲罐出口控制阀P13、干气密封系统第一出口控制阀P11均处于关闭状态，干气密封系统第二出口控制阀P12处于打开状态。

当超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100停机时，控制系统控制干气密封系统入口控制阀P7和干气密封系统第二出口控制阀P12关闭，同时，控制缓冲罐131、缓冲罐出口控制阀P13、干气密封系统第一出口控制阀P11打开，由于缓冲罐131中二氧化碳的压力大于系统内循环工质的压力，因此，缓冲罐131中高压低温的二氧化碳经缓冲罐接入管路132流入到干气密封系统中，对干气密封系统冷却后的气体从高点放空管路133排出在大气或气体收集装置中，当透平机113机匣的温度降低到预设温度(不会对干气密封造成损伤)且干气密封的温度降低到能够承受的温度时，关闭缓冲罐131、缓冲罐出口控制阀P13、干气密封系统第一出口控制阀P11，干气密封系统冷却完成。

需要说明的是，本实施例中由于对干气密封系统冷却后的气体从高点放空管路133排出在大气或气体收集装置中，而不汇入到系统的循环工质中，因此，在要求不高的情况下，也可以通过在缓冲罐中充入其气体如氮气(N₂)作为冷却气，对此本申请不做限制。

在具体使用时，当缓冲罐131内气体的压力降低到无法满足使用需求(无法流向干气密封系统)时，根据缓冲罐的不同设计，可以通过更换缓冲罐131(内部充有足量的冷却气体)的方式，也可以通过向原有缓冲罐131中补充冷却气体的方式。

可选地，缓冲罐131内设置有温控系统，温控系统用于控制缓冲罐131内冷却气体的温度。

可选地，本申请实施例中超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100还包括：二氧化碳输入管路和缓冲罐入口控制阀。

二氧化碳输入管路的一端与缓冲罐131连接，二氧化碳输入管路的另一端为自由端，缓冲罐入口控制阀设置在二氧化碳输入管路上。当需要向缓冲罐131中补充冷却气体时，关闭缓冲罐出口控制阀P13和打开缓冲罐入口控制阀，通过二氧化碳输入管路将冷却气体充入即可。

本实施例中，通过设置超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100包括缓冲罐131、缓冲罐接入管路132、高点放空管路133、干气密封系统第一出口控制阀P11和干气密封系统第二出口控制阀P12，缓冲罐131通过缓冲罐接入管路132与冷却气输入管路125的第五位置连接，第五位置位于干气密封系统入口控制阀P7与干气密封系统118之间，高点放空管路133的一端与冷却气输出管路126的第六位置连接，高点放空管路133的另一端为自由端，干气密封系统第一出口控制阀P11设置在高点放空管路133上，干气密封系统第二出口控制阀P12设置在冷却气输出管路上126，干气密封系统第二出口控制阀P12位于第六位置与第二位置之间，在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作时，直接从压缩机111出口取隔离气，在保证透平机113密封性的同时，对干气密封系统进行降温，避免了透平机113的高温对干气密封系统造成的损伤，在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100停机时，通过关闭干气密封系统入口控制阀P7和干气密封系统第二出口控制阀P12，同时，打开缓冲罐131、缓冲罐出口控制阀P13、干气密封系统第一出口控制阀P11，避免了透平机113的高温对干气密封系统造成的损伤，从而无论在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100正常工作还是停机时，都能保证干气密封系统的安全，提高了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的工作效率，保证了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的工作稳定性和可靠性，并降低了超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的维护成本。

可以理解的，图2和图3所示的技术方案也可以进行结合使用，即在超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统100停机时，通过缓冲罐和增压泵共同作用的方式，对干气密封系统进行降温，从而更减少降温所需的时间，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，其特征在于，包括：

压缩机、发电机、透平机、回热器、加热器、预冷器、主轴、干气密封系统、压缩机-回热器管路、回热器-加热器管路、加热器-透平机管路、透平机-回热器管路、回热器-预冷器管路、预冷器-压缩机管路、冷却气输入管路、冷却气输出管路；

所述压缩机、所述发电机、所述透平机和所述干气密封系统均固定设置在所述主轴上，所述压缩机设置在所述主轴的一端，所述透平机设置在所述主轴的另一端，所述发电机位于在所述压缩机和所述透平机之间，所述干气密封系统设置在所述发电机和所述透平机之间；

所述压缩机的输入端通过所述预冷器-压缩机管路与所述预冷器的输出端连接，所述压缩机的输出端通过所述压缩机-回热器管路与所述回热器的第一输入端连接；

所述加热器的输入端通过所述回热器-加热器管路与所述回热器的第一输出端连接，所述加热器的输出端通过所述加热器-透平机管路与所述透平机的输入端连接；

所述回热器的第二输入端通过所述透平机-回热器管路与所述透平机的输出端连接，所述回热器的第二输出端通过所述回热器-预冷器管路与所述预冷器的输入端连接；

所述干气密封系统的一端通过所述冷却气输入管路连接在所述压缩机-回热器管路上，所述干气密封系统的另一端通过所述冷却气输出管路连接在所述透平机-回热器管路上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：压缩机入口控制阀、压缩机出口控制阀、回热器出口控制阀、透平机入口控制阀、透平机出口控制阀、预冷器入口控制阀和干气密封系统入口控制阀；

所述压缩机入口控制阀、所述压缩机出口控制阀、所述回热器出口控制阀、所述透平机入口控制阀、所述透平机出口控制阀、所述预冷器入口控制阀和所述干气密封系统入口控制阀分别设置在所述预冷器-压缩机管路、所述压缩机-回热器管路、所述回热器-加热器管路、所述加热器-透平机管路、所述透平机-回热器管路、所述回热器-预冷器管路和所述冷却气输入管路上。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述干气密封系统的一端通过冷却气输入管路连接在所述压缩机-回热器管路的第一位置上，所述干气密封系统的另一端通过冷却气输出管路连接在所述透平机-回热器管路的第二位置上；其中，所述第一位置位于所述压缩机出口控制阀与所述回热器之间，所述第二位置位于所述透平机与所述透平机出口控制阀之间。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：增压泵和增压泵管路；

所述增压泵管路的一端与所述预冷器-压缩机管路的第三位置连接，所述增压泵管路的另一端与所述压缩机-回热器管路的第四位置连接；其中，所述第三位置位于所述预冷器与所述压缩机入口控制阀之间，所述第四位置位于所述压缩机出口控制阀与所述回热器之间；

所述增压泵设置在所述增压泵管路上。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：增压泵控制阀，所述增压泵控制阀设置在所述增压泵管路上。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：缓冲罐、缓冲罐接入管路、高点放空管路、干气密封系统第一出口控制阀和干气密封系统第二出口控制阀；

所述缓冲罐通过所述缓冲罐接入管路与所述冷却气输入管路的第五位置连接，所述第五位置位于所述干气密封系统入口控制阀与所述干气密封系统之间，所述缓冲罐用于存储高压低温二氧化碳；

所述高点放空管路的一端与所述冷却气输出管路的第六位置连接，所述高点放空管路的另一端为自由端；

所述干气密封系统第一出口控制阀设置在所述高点放空管路上；

所述干气密封系统第二出口控制阀设置在所述冷却气输出管路上，所述干气密封系统第二出口控制阀位于所述第六位置与所述第二位置之间。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：缓冲罐出口控制阀，所述缓冲罐出口控制阀设置在所述缓冲罐接入管路上。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述缓冲罐内设置有温控系统；所述系统还包括：

二氧化碳输入管路、缓冲罐入口控制阀；

所述二氧化碳输入管路的一端与所述缓冲罐连接，所述二氧化碳输入管路的另一端为自由端；

所述缓冲罐入口控制阀设置在所述二氧化碳输入管路上。

9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：透平机旁通阀和透平机旁通管路；

所述透平机旁通管路的一端连接在所述加热器-透平机管路上，所述透平机旁通管路的另一端连接在所述透平机-回热器管路上；

所述透平机旁通阀设置在所述透平机旁通管路上。

10.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：回热器旁通阀和回热器旁通管路；

所述回热器旁通管路的一端连接在所述压缩机-回热器管路上，所述回热器旁通管路的另一端连接在所述回热器-预冷器管路上；

所述回热器旁通阀设置在所述回热器旁通管路上。

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