CN215444174U - 可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳发电闭式循环系统还包括可关闭及打开的加热器旁通管路；当加热器旁通管路关闭时，出所述热交换单元冷端出口的所述二氧化碳工质被送入所述加热器；当加热器旁通管路打开时，送往所述加热器的二氧化碳工质被加热器旁通管路重新导向至所述能量转换单元的工质入口。当系统正常运行时，加热器旁通管路处于关闭状态。当系统出现紧急情况，需要加热器停止加热时，加热器旁通管路迅速打开，此时二氧化碳工质绕开加热器，直接经由加热器旁通管路进入能量转换单元，这样冷的二氧化碳工质就不会进入加热器，造成加热器的骤冷事故了。
Description
技术领域
本实用新型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由于其热效率高、体积小等优点，在全世界范围内进行了大量的研究。但是由于受限于材料、密封、轴承、透平机械设计等各种因素的制约，目前国内该发电装置还只是在实验室试验阶段。
目前超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统主要有超临界二氧化碳布雷顿简单循环发电系统、超临界二氧化碳布雷顿简单回热循环发电系统、超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环发电系统、超临界二氧化碳布雷顿预压缩循环发电系统等。
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统目前均为闭式发电循环系统，即二氧化碳工质循环使用。以超临界二氧化碳布雷顿简单回热循环发电系统为例，其结构如图1所示，包括由电动机1作为动力源(动力源可以为图1所示的电动机，也可以为透平)的压缩机2、冷却器3、回热器4、加热器5(也称为热源，通常为锅炉)、透平6、发电机7，其循环过程为：二氧化碳工质经压缩机2升压后，利用回热器4、加热器5将二氧化碳工质近似等压加热到高温；高压高温的二氧化碳工质进入透平6，推动透平6做功并带动发电机7发电；出透平6的二氧化碳工质经由回热器4、冷却器3恢复到初始状态，重新被送入压缩机2，从而形成闭式循环。
上述系统正常运行时，加热器5进口温度一般在300℃以上，甚至更高。加热器5出口温度一般在450℃以上，甚至到700～800℃。在设备正常的升温和降温过程中，有严格的升温速率、降温速率，以保证加热器5金属均匀、有序地膨胀，以免造成热应力不均匀，造成诸如锅炉爆管之类的危险情况。因此，骤冷和骤热对于加热器5的运行都是不利的。
但是当出现紧急状况需要加热器5停止加热时(比如：加热器5燃料失去、加热器5热端引风机或者鼓风机故障、加热器5热端烟风压力过大或者过小)，。需紧急关掉加热器5燃烧炉，以免造成加热器5炉膛爆炸等事故。但是如果加热器5紧急停炉，会导致压缩机2出口的冷的二氧化碳(一般在80～130℃之间)直接进入加热器5，此时就会造成加热器5急剧降温，即骤冷。此时极有可能造成加热器5的损坏。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：现有的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，在加热器停止加热后容易造成其损坏。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统，包括工质加压单元，出工质加压单元工质出口的二氧化碳工质经由热交换单元的冷端入口进入热交换单元，热交换单元的冷端出口与加热器的二氧化碳工质入口相连通，加热器的二氧化碳工质出口与能量转换单元的工质入口相连通，能量转换单元的工质回收口与热交换单元的热端入口相连通，出热交换单元热端出口的二氧化碳工质经由冷却单元被送回工质加压单元，其特征在于，所述超临界二氧化碳发电闭式循环系统还包括可关闭及打开的加热器旁通管路；当加热器旁通管路关闭时，出所述热交换单元冷端出口的所述二氧化碳工质被送入所述加热器；当加热器旁通管路打开时，送往所述加热器的二氧化碳工质被加热器旁通管路重新导向至所述能量转换单元的工质入口。
优选地，所述加热器旁通管路包括旁通管路，旁通管路将所述工质加压单元的工质出口与所述能量转换单元的工质入口相连通，旁通管路上设有可关闭及打开的开关阀。
优选地，所述加热器旁通管路包括旁通管路，旁通管路将所述热交换单元的冷端出口与所述能量转换单元的工质入口相连通，旁通管路上设有可关闭及打开的开关阀。
优选地，所述加热器的二氧化碳工质入口设有进口阀门；所述加热器的二氧化碳工质出口设有出口阀门。
优选地，所述超临界二氧化碳发电闭式循环系统为简单回热循环系统、或为再压缩循环系统、或为预压缩循环系统。
本实用新型增加了加热器旁通管路。当超临界二氧化碳发电闭式循环系统正常运行时，加热器旁通管路处于关闭状态。当超临界二氧化碳发电闭式循环系统出现紧急情况，需要加热器停止加热时，加热器旁通管路迅速打开，此时二氧化碳工质绕开加热器，直接经由加热器旁通管路进入能量转换单元，这样冷的二氧化碳工质就不会进入加热器，造成加热器的骤冷事故了。
附图说明
图1为现有的超临界二氧化碳布雷顿简单回热循环发电系统的原理图；
图2为实施例公开的可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本实用新型所附权利要求书所限定的范围。
本实用新型可以应用于如图1所示的超临界二氧化碳布雷顿简单回热循环发电系统，也可以应用于超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环发电系统、超临界二氧化碳布雷顿预压缩循环发电系统等。本实施例以将本实用新型应用在如图1所示的超临界二氧化碳布雷顿简单回热循环发电系统为例，对本实用新型做进一步说明。
如图2所示，本实施例公开的一种可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统，包括由电动机1作为动力源的压缩机2、冷却器3、回热器4、加热器5(也称为热源，通常为锅炉)、透平6、发电机7以及加热器旁通管路8。
相比于图1所示的传统的超临界二氧化碳布雷顿简单回热循环发电系统，本实施例增加了加热器旁通管路8，加热器旁通管路8包括旁通管路以及设于旁通管路上的开关阀8-1。该开关阀8-1的驱动形式可以为液压阀、气动阀、电动阀等，开关阀8-1的阀门形式可以为球阀、蝶阀、截止阀等具备开关功能的阀门形式，均为本领域技术人员的常识，此处不再赘述。
系统正常运行时，开关阀8-1处于关闭状态。此时，二氧化碳工质出压缩机2后，依次经由回热器4及加热器5进入透平6，由高压高温的二氧化碳工质推动透平6做功并带动发电机7发电。当系统出现紧急情况，需要加热器5停止加热时，开关阀8-1迅速打开，此时出压缩机2的二氧化碳工质经由旁通管路直接进入透平6。图2仅示意了一种可行的方式，另一种可行的方式通过旁通管路将回热器4的冷端出口与透平6的工质入口相连通，当系统出现紧急情况，需要加热器5停止加热时，开关阀8-1迅速打开，此时出回热器4冷端出口的二氧化碳工质也绕开了加热器5，经由旁通管路直接进入透平6。无论采用上述何种方案，都可以确保冷的二氧化碳工质不进入加热器5，避免加热器5发生骤冷事故。
系统正常运行时，二氧化碳工质的循环过程同现有的超临界二氧化碳布雷顿回热循环发电系统，此处不再赘述。
Claims (5)
1.一种可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统，包括工质加压单元，出工质加压单元工质出口的二氧化碳工质经由热交换单元的冷端入口进入热交换单元，热交换单元的冷端出口与加热器的二氧化碳工质入口相连通，加热器的二氧化碳工质出口与能量转换单元的工质入口相连通，能量转换单元的工质回收口与热交换单元的热端入口相连通，出热交换单元热端出口的二氧化碳工质经由冷却单元被送回工质加压单元，其特征在于，所述超临界二氧化碳发电闭式循环系统还包括可关闭及打开的加热器旁通管路；当加热器旁通管路关闭时，出所述热交换单元冷端出口的所述二氧化碳工质被送入所述加热器；当加热器旁通管路打开时，送往所述加热器的二氧化碳工质被加热器旁通管路重新导向至所述能量转换单元的工质入口。
2.如权利要求1所述的一种可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统，其特征在于，所述加热器旁通管路包括旁通管路，旁通管路将所述工质加压单元的工质出口与所述能量转换单元的工质入口相连通，旁通管路上设有可关闭及打开的开关阀。
3.如权利要求1所述的一种可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统，其特征在于，所述加热器旁通管路包括旁通管路，旁通管路将所述热交换单元的冷端出口与所述能量转换单元的工质入口相连通，旁通管路上设有可关闭及打开的开关阀。
4.如权利要求1所述的一种可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统，其特征在于，所述加热器的二氧化碳工质入口设有进口阀门；所述加热器的二氧化碳工质出口设有出口阀门。
5.如权利要求1所述的一种可防止加热器骤冷的超临界二氧化碳发电闭式循环系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳发电闭式循环系统为简单回热循环系统、或为再压缩循环系统、或为预压缩循环系统。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115750016A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-07 | 中国核动力研究设计院 | 一种超临界二氧化碳再压缩循环系统的停机系统及方法 |
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