CN213175742U - 供应系统以及布雷顿循环发电系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种供应系统以及布雷顿循环发电系统，供应系统包括储液罐、增压器以及多级加热装置。储液罐的输出端与增压器的输入端连接，增压器的输出端与多级加热装置的输入端连接，多级加热装置的输出端输出在布雷顿循环发电系统中循环工作的工质。由于采用多级加热装置，可以提高加热效率。且采用多级加热方式，可以使每一级加热器体积远小于单级加热装置，进而可以减少加热器的整体所占体积。
Description
技术领域
本申请涉及电力领域，尤其涉及一种供应系统以及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，因此，也叫做超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide，简称：SCO2)布雷顿循环发电系统。
SCO2布雷顿循环发电系统在工作前时，需要向SCO2布雷顿循环发电系统充入工作介质(以下简称：工质)。现有技术中，由供应系统对二氧化碳进行加热、加压，以输出超临界状态的工质。
然而，现有供应系统通常采用单级加热装置对二氧化碳进行加热，导致加热效率不高，且单级加热装置的体积较大。
实用新型内容
本申请实施例提供一种供应系统以及布雷顿循环发电系统，以减少加热器的体积，该供应系统可以提供发电系统中循环工作的工质，还可以提供排出发电系统中气体的工质。
第一方面，本申请提供一种供应系统，包括：储液罐、增压器以及多级加热装置；
其中，储液罐的输出端与增压器的输入端连接，增压器的输出端与多级加热装置的输入端连接，多级加热装置的输出端输出在布雷顿循环发电系统中循环工作的工质。
可选地，多级加热装置包括一级加热器单元和二级加热器单元；
一级加热器单元的输入端与增压器的输出端连接，一级加热器单元的输出端与二级加热器单元的输入端连接，二级加热器单元的输出端输出在布雷顿循环发电系统中循环工作的工质。
可选地，一级加热器单元为水浴式加热单元，二级加热器单元为电加热单元。
可选地，二级加热器单元包括缓冲罐和加热线圈，加热线圈位于缓冲罐内部。
可选地，供应系统还包括：单级加热装置和调压器；
其中，单级加热装置的输入端与储液罐的输出端连接，单级加热装置的输出端与调压器的输入端连接，调压器的输出端输出排出布雷顿循环发电系统中气体的工质。
可选地，所述供应系统还包括：底盘，所述单级加热装置、所述调压器、增压器以及多级加热装置撬装于所述底盘上。
可选地，单级加热装置为水浴式加热单元。
可选地，调压器为多级调压阀组。
可选地，储液罐中存储液态工质；液态工质为二氧化碳。
第二方面，本申请提供一种布雷顿循环发电系统，包括：压缩机、加热器、透平、冷却器以及第一方面及可选地的供应系统；
其中，供应系统的输入端与压缩机的输入端连接，压缩机的输出端与加热器的输入端连接，加热器的输出端与透平的输入端连接，透平的输出端与冷却器的输入端连接，冷却器的输出端与压缩机的输入端连接。
本申请提供一种供应系统以及布雷顿循环发电系统，供应系统包括储液罐、增压器以及多级加热装置，储液罐的输出端与增压器的输入端连接，增压器的输出端与多级加热装置的输入端连接，多级加热装置的输出端输出在发电系统中循环工作的工质。由于采用多级加热装置，可以提高加热效率。且采用多级加热方式，可以使每一级加热器体积远小于单级加热装置，进而可以减少加热器的整体所占体积。本方案可提供压力在(0.1～25)Mpa，温度在(35～100)℃的二氧化碳，可以提供在发电系统中循环工作的超临界二氧化碳，还可以提供排出发电系统中气体的二氧化碳。
附图说明
图1为本申请一实施例提供供应系统的结构示意图；
图2为本申请另一实施例提供供应系统的结构示意图；
图3为本申请另一实施例提供供应系统的结构示意图；
图4为本申请另一实施例提供布雷顿循环发电系统的结构示意图。
附图标记说明：
10-供应系统；
20-压缩机；
30-加热器；
40-透平；
50-冷却器；
60-发电机；
101-储液罐；
102-增压器；
103-多级加热装置；
104-单级加热装置；
105-调压器。
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。
任何一种物质都存在三种相态：固态、液态和气态，在一定的温度和压力下，物质的相态会发生变化，从而呈现不同的相态。其中，气态和液态两种相态呈现平衡状态的点叫做临界点，临界点处对应的温度和压力分别叫做临界温度和临界压力，物质在临界点处的状态叫做临界态，若对处于临界态的物质继续升温和加压力，当温度和压力提高超过临界温度和临界压力时，物质就进入了超临界态。
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CO2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，CO2将处于超临界状态，介于液体和气体之间，兼具气体粘性小和液体密度大的特殊物理特性，使其具有流动性好、传热效率高、可压缩性小等典型优势，此外，使用SCO2作为循环工质还具有工程可实现性好、循环效率高、组件和系统占地面积小、经济效益好等优点，因此，SCO2被认为是最具有发展前景的布雷顿循环工质之一。
SCO2布雷顿循环发电系统在工作前时，需要向SCO2布雷顿循环发电系统充入工作介质(以下简称：工质)。现有技术中，由供应系统对二氧化碳进行加热、加压，以输出超临界状态的工质。然而，现有供应系统通常采用单级加热装置对二氧化碳进行加热，导致单级加热装置的体积较大。
如图1所示，本申请一实施例提供一种供应系统10，该供应系统10用于向布雷顿循环发电系统提供工质。该供应系统10包括储液罐101、增压器102以及多级加热装置103。
其中，储液罐101的输出端与增压器102的输入端连接，增压器102的输出端与多级加热装置103的输入端连接。储液罐101中存储有液态工质，增压器102用于对储液罐101中液态工质进行增压处理输出加压后的工质。多级加热装置103用于对加压后的工质进行多级加热输出经过加热和加压后工质。多级加热装置103的输出端输出在布雷顿循环发电系统中循环工作的工质。
多级加热装置103包括多个级联加热单元，依次标记为一级加热单元、二级加热单元、……。优选地，多级加热装置103包括一级加热单元和二级加热单元，一级加热单元的输入端与增压器102的输出端连接，一级加热单元的输出端与二级加热单元的输入端连接，二级加热单元的输出端提供发电系统中循环工作的工质。
储液罐101中存储的液态工质经过一级加热单元加热后，再进入二级加热单元。经由二级加热单元加热后再进入三级加热单元，依次类推。每一级加热单元的加热方式可以不同，例如：一级加热单元采用水浴式加热，二级加热单元采用电加热方式。
下面描述供应系统10的工作原理：当布雷顿循环发电系统需要启动时，需要向布雷顿循环发电系统中充入足够工质。打开布雷顿循环系统中各个阀门，以及布雷顿循环系统和供应系统10之间阀门，供应系统10工作，储液罐101中存储的液态工质经过增压器102加压后，经由多级加热装置103进行多级加热，输出经过加热和加压后的工质，经过加热和加压后的工质充入布雷顿循环发电系统，以使布雷顿循环系统中充满工质。
在本申请实施例提供的供应系统，由于采用多级加热装置，可以提高加热效率。且采用多级加热方式，可以使每一级加热单元体积远小于单级加热装置，进而可以减少加热单元的整体所占体积。
本申请另一实施例提供一种供应系统10，该供应系统10包括储液罐101、增压器102以及多级加热装置103。
其中，储液罐101的输出端与增压器102的输入端连接，增压器102的输出端与多级加热装置103的输入端连接。多级加热装置103包括一级加热单元和二级加热单元，一级加热单元的输入端与增压器102的输出端连接，一级加热单元的输出端与二级加热单元的输入端连接。
优选地，一级加热单元为水浴式加热单元，二级加热单元为电加热单元。
其中，水浴式加热单元又包括加热管道和加热本体。加热本体内部装有水，加热管道位于加热本体内部，通过对加热本体内部的水进行加热，达到对加热管道内部工质进行加热的效果。
电加热单元包括缓冲罐和加热线圈。加热线圈位于缓冲罐内部。优选地，加热线圈可以位于缓冲罐底部，或者位于缓冲罐侧壁。通过对加热线圈通电以使加热线圈自身发热，进而达到加热位于缓冲罐内部工质的效果。
储液罐101中存储的液态工质经过水浴式加热单元加热后，再进入电加热单元，实现两级加热。
下面描述供应系统10的工作原理：当布雷顿循环发电系统需要启动时，需要向布雷顿循环发电系统中充入足够工质。打开布雷顿循环系统中各个阀门，以及布雷顿循环系统和供应系统10之间阀门，供应系统10工作，储液罐101中存储的液态工质经过增压器102加压后，经由经过水浴式加热单元加热后，再进入电加热单元输出经过加热和加压后的工质，经过加热和加压后的工质充入布雷顿循环发电系统，以使布雷顿循环系统中充满工质。
在本申请实施例提供的供应系统10，由于采用水浴式加热单元和电加热单元构成的两级加热单元，可以提高加热效率。且采用多级加热方式，可以使每一级加热单元体积远小于单级加热装置104，进而可以减少加热单元的整体所占体积。
如图2所示，本申请另一实施例提供一种供应系统10，该供应系统10用于向布雷顿循环发电系统提供工质。该供应系统10包括储液罐101、增压器102、多级加热装置103、单级加热装置104和调压器105。
其中，储液罐101的输出端与增压器102的输入端连接，增压器102的输出端与多级加热装置103的输入端连接，储液罐101、增压器102以及多级加热装置103构成的支路用于提供发电系统中循环工作的工质。
其中，单级加热装置104的输入端与储液罐101的输出端连接，单级加热装置104的输出端与调压器105的输入端连接，调压器105的输出端输出排出布雷顿循环发电系统中气体的工质。也就是单级加热装置104和调压器105构成的支路用于提供排出布雷顿循环发电系统中气体的工质。
优选地，供应系统10还包括底盘，单级加热装置104、调压器105、增压器102以及多级加热装置103撬装于所述底盘上。通过采用撬装结果，使得供应系统便于运输，适用范围广泛。
在布雷顿循环发电系统发电时，用于布雷顿循环发电系统的循环工作的工质所需压力和温度较高。而在布雷顿循环发电系统启动时，用于排出布雷顿循环发电系统内部气体所需压力和温度较低。
在设计提供循环工作的工质的支路时，使用增压器102对储液罐101内部的工质进行加压，并使用多级加热装置103对进行加压后的工质进行加热，实现输出压力和温度均比较高的工质。
在设计提供排出布雷顿循环发电系统内部气体的工质时，由单级加热装置104对储液罐101中工质加热，并使用调压器105将加热后的工质调整到合适电压，单级加热装置104加热效率小于多级加热装置103的加热效率。相较于提供循环工作的工质的支路，实现输出压力和温度均比较低的工质。
优选的，单级加热装置104为水浴式加热单元。水浴式加热单元已经在上一实施例中详细说明，此处不再赘述。
优选地，调压器105为多级调压阀组，多级调压阀组可以采用现有技术中调压阀组，此处不再赘述多级调压阀组的结构。
在本申请实施例提供的布雷顿循环发电系统中，由单级加热装置和调压阀构成的提供用于排出系统中气体的工质的支路，由多级加热装置、增压器以及多级加热装置构成的提供系统内循环工作的工质的支路，保障布雷顿循环发电系统可以正常发电。
下面结合具体实例说明本申请另一实施例提供的供应系统。SCO2布雷顿循环发电系统作为布雷顿循环发电系统中一种，需要不同温度和压强的二氧化碳。其中，管道吹扫和暖管需要压力为(0.2～2)Mpa，且温度高于40℃的二氧化碳，发电系统内充装的工质需要压力大于7.5MPa，温度高于40℃的超临界二氧化碳。本方案可提供压力在(0.1～25)Mpa，温度在(35～100)℃的二氧化碳，可以提供在发电系统中循环工作的超临界二氧化碳，还可以提供排出发电系统中气体的二氧化碳。
如图3所示，该供应系统10包括储液罐101、增压器102、多级加热装置103、单级加热装置104和调压器105。
其中，储液罐101的输出端与增压器102的输入端连接，增压器102的输出端与多级加热装置103的输入端连接，储液罐101、增压器102以及多级加热装置103构成的支路用于提供在布雷顿循环发电系统中循环工作的工质。
优选地，单级加热装置104为水浴式加热单元，调压器105为双级调压阀组。
储液罐101中的二氧化碳压力通常为2.18MPa，温度在(-30～-40)℃范围内。又SCO2布雷顿循环发电系统的吹扫和暖管一般需要压力(0.2～2)MPa，温度超过40℃的二氧化碳，储液罐101内的液态二氧化碳先通过水浴式加热单元加热汽化成气态的二氧化碳，状态约为2.15MPa，40～50℃，然后通过双级调压阀组减压到(0.2～2)MPa，以排出SCO2布雷顿循环发电系统中气体。
其中，单级加热装置104的输入端与储液罐101的输出端连接，单级加热装置104的输出端与调压器105的输入端连接，调压器105的输出端输出排出布雷顿循环发电系统中气体的工质。也就是单级加热装置104和调压器105构成的支路用于提供排出布雷顿循环发电系统中气体的工质。
优选地，多级加热装置103包括水浴式加热单元和电加热单元，增压器为液体增压泵。
SCO2布雷顿循环发电系统中充入工质为超临界二氧化碳，通过增压器102将储液罐101输出液体二氧化碳增压至7.5Mpa以上，通过水浴式加热单元进行一级加热，再使用电加热单元进行二级加热，且能够获得压力大于7.5MPa，温度高于40℃的超临界二氧化碳，以充装至SCO2布雷顿循环发电系统中。
下面结合图4具体描述该供应系统10的工作过程：首先设定水浴式加热单元的出口二氧化碳温度，打开水浴式加热单元，调节水浴式加热单元里的水温。然后打开出液阀ZV5、支路阀门ZV1和ZV2，并将支路阀门ZV3和ZV4关闭。也就是让提供循环工作的工质的支路停止工作。液态二氧化碳首先在水浴式加热单元里加热，再通过双级调压阀门调节不同压力供系统使用，压力表PT和温度表TT分别用于检测管路中二氧化碳的压力和温度。
在将SCO2布雷顿循环发电系统中气体排出时，关闭支路阀门ZV1和ZV2，打开储液罐101中放气阀ZV7，放掉管道内的气态二氧化碳。打开储液罐101的出液阀ZV5和气相阀ZV6，开启低温液体增压泵，打开水浴式加热单元，打开支路阀门ZV3和ZV4，储液罐101中的液体二氧化碳经过低温液体增压泵增压，然后通过水浴式加热单元加热。打开缓冲罐的温控系统对二氧化碳继续加热到需求的温度，再充入到发电系统中去。
在本申请实施例提供的供应系统中，通过控制位于两个支路上的阀门，以实现供应系统在提供排出发电系统内部气体的工质和提供在发电系统中循环工作的工质之间切换，以保障布雷顿循环发电系统可以正常发电。
如图4所示，本申请另一实施例提供一种布雷顿循环发电系统，布雷顿循环发电系统包括压缩机20、加热器30、透平40、冷却器50、发电机60以及供应系统10。
该供应系统10包括储液罐101、增压器102、多级加热装置103、单级加热装置104和调压器105。
其中，储液罐101的输出端与增压器102的输入端连接，增压器102的输出端与多级加热装置103的输入端连接，储液罐101、增压器102以及多级加热装置103构成的支路用于提供发电系统中循环工作的工质。
其中，单级加热装置104的输入端与储液罐101的输出端连接，单级加热装置104的输出端与调压器105的输入端连接，调压器105的输出端输出排出发电系统中气体的工质。也就是单级加热装置104和调压器105构成的支路用于提供排出发电系统中气体的工质。
压缩机20的输出端与加热器30的输入端连接，加热器30的输出端与透平40的输入端连接，透平40的输出端与冷却器50的输入端连接，冷却器50的输出端与压缩机20的输入端连接，多级加热装置103的输出端与压缩机20的输入端连接，调压器105的输出端也与压缩机20的输入端连接。透平40和发电机60共用同一根动力轴。
布雷顿循环发电系统中循环管道包括压缩机20的输出端与加热器30的输入端之间管道、加热器30的输出端与透平40的输入端之间管道、透平40的输出端与冷却器50的输入端之间管道以及冷却器50的输出端和压缩机20的输入端之间管道。循环管道还包括压缩机20内部的工质通道、加热器30内部的工质通道、透平40内部的工质通道以及冷却器50内部的工质通道。
在布雷顿循环发电系统工作前，供应系统10中提供用于排出系统中气体的工质的支路工作，开启开关k2，储液罐101中液态工质经由单级加热装置104加热后，再进入多级调压阀中调整至(0.2～2)Mpa，经由压缩机20的输入端流入循环管道中。在将循环管道中气体排出时，可以将循环管道与外界连接的阀门打开，以将循环管道中气体排出。
在排出布雷顿循环发电系统中气体后，供应系统10中提供循环工作的工质的支路工作，开启开关k1，储液罐101中液态工质经由增压器102增压后，进入多级加热装置103中加热，以使工质达到相应的温度和压力。多级加热装置103的输出端向压缩机20的输入端输入充足的工质。
工质经过压缩机20压缩后，再进入加热器30中加热，变成高温高压的工质。高温高压的工质在透平40中膨胀做功，膨胀后的工质压力降低，由透平40流出的工质经过冷却器50冷却再次进入压缩机20，实现工质的循环利用。此时，由透平40向发电机60提供功率，使发电机60向电网输出电能。
优选地，布雷顿循环发电系统还包括回热器，其中，其中，回热器的热输入端与压缩机20的输出端连接，回热器的热输出端与加热器30的输入端连接，回热器的冷输入端与透平40的输出端连接，回热器的冷输出端与冷却器50的输入端连接。
其中，回热器用于对压缩机20加压后的气体进行预热，并将预热后的气体输送给加热器30。回热器还用于透平40输出的气体进行预冷，并将预冷后的气体输送给冷却器50。回热器在循环中作用有两个，一个是加热压缩机20出口的工质，提高加热器30的热效率，另一个是降低透平40出口工质的温度，减少冷却器50中冷却介质的使用量，同时降低压缩机20耗功。
气体经过压缩机20压缩后，再进入回热器中预热，再进入加热器30中加热，变成高温高压的气体。高温高压的气体在透平40中进行膨胀做功，膨胀后的气体压力降低，由透平40流出的气体经过回热器预冷，再经过冷却器50冷却再次进入压缩机20。
在本申请提供的布雷顿循环发电系统中，通过控制供应系统中位于两个支路上的阀门，以实现供应系统在提供排出发电系统内部气体的工质和提供在发电系统中循环工作的工质之间切换，以保障布雷顿循环发电系统可以正常发电。
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)
1.一种供应系统，其特征在于，包括：储液罐、增压器以及多级加热装置；
其中，所述储液罐的输出端与所述增压器的输入端连接，所述增压器的输出端与所述多级加热装置的输入端连接，所述多级加热装置的输出端输出在布雷顿循环发电系统中循环工作的工质。
2.根据权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述多级加热装置包括一级加热器单元和二级加热器单元；
所述一级加热器单元的输入端与所述增压器的输出端连接，所述一级加热器单元的输出端与所述二级加热器单元的输入端连接，所述二级加热器单元的输出端输出在所述布雷顿循环发电系统中循环工作的工质。
3.根据权利要求2所述的供应系统，其特征在于，所述一级加热器单元为水浴式加热单元，所述二级加热器单元为电加热单元。
4.根据权利要求3所述的供应系统，其特征在于，所述二级加热器单元包括缓冲罐和加热线圈，所述加热线圈位于所述缓冲罐内部。
5.根据权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述供应系统还包括：单级加热装置和调压器；
其中，所述单级加热装置的输入端与所述储液罐的输出端连接，所述单级加热装置的输出端与所述调压器的输入端连接，所述调压器的输出端输出排出所述布雷顿循环发电系统中气体的工质。
6.根据权利要求5所述的供应系统，其特征在于，所述供应系统还包括：底盘，所述单级加热装置、所述调压器、增压器以及多级加热装置撬装于所述底盘上。
7.根据权利要求5所述的供应系统，其特征在于，所述单级加热装置为水浴式加热单元。
8.根据权利要求5所述的供应系统，其特征在于，所述调压器为多级调压阀组。
9.根据权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述储液罐中存储液态工质，所述液态工质为二氧化碳。
10.一种布雷顿循环发电系统，其特征在于，包括：压缩机、加热器、透平、冷却器以及权利要求1至9中任意一项的供应系统；
其中，所述供应系统的输入端与所述压缩机的输入端连接，所述压缩机的输出端与所述加热器的输入端连接，所述加热器的输出端与所述透平的输入端连接，所述透平的输出端与所述冷却器的输入端连接，所述冷却器的输出端与所述压缩机的输入端连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115387867A (zh) * | 2022-10-31 | 2022-11-25 | 中国核动力研究设计院 | 发电系统及基于发电系统的工质装载方法 |
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2020
- 2020-09-21 CN CN202022080131.9U patent/CN213175742U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115387867A (zh) * | 2022-10-31 | 2022-11-25 | 中国核动力研究设计院 | 发电系统及基于发电系统的工质装载方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |