[發明專利]S-CO2布雷頓循環透平、壓縮機和發電機一體式機組

在審

• 申請號: 201711437338.3
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108223031A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 王尚錦;魏宗勝;高蕾
• 申請（專利權）人: 王尚錦
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K7/32;F01D15/08;F01D15/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

S?CO2布雷頓循環透平、壓縮機和發電機一體式機組，包括CO₂主壓縮機的葉輪，CO₂主壓縮機的葉輪固定在第一小齒輪軸的一端，第一小齒輪軸的另一端固定高壓CO₂透平的葉輪，高壓CO₂透平的葉輪透平輸出的功率與CO₂主壓縮機的葉輪之差通過第一小齒輪傳到大齒輪一端，大齒輪另一端通過第二小齒輪與第二小齒輪軸相連，所述的第二小齒輪軸一端設置CO₂再壓縮機的葉輪，另一端設置低壓CO₂透平的葉輪，低壓CO₂透平的葉輪與CO₂再壓縮機的葉輪功率之差通過第二小齒輪傳到大齒輪上，本發明具有結構十分緊湊、制造成本低、占地面積很小的特點。

技術領域

本發明涉及超臨界二氧化碳技術領域為工質的布雷頓循環的發電裝置中的CO₂透平、CO₂壓縮機和發電機三種關鍵轉動機械，特別涉及S-CO2布雷頓循環透平、壓縮機和發電機一體式機組。

背景技術

當前，對CO₂等溫室氣體排放的管制和新能源的開發，引起了世界各國的高度重視，而利用S-CO₂為工質的布雷頓循環，對新能源的開發具有革命性的意義。這是因為，它與以水和水蒸汽為循環介質的郎肯循環相比，技術上有突出優勢：

1.在接近臨界點時，S-CO₂兼有氣體和液體的雙重特性，即密度遠遠高于氣體，接近液體，使機組尺寸大幅縮小；而粘度接近氣體，很低，對傳輸和傳熱很有利。S-CO₂的這種獨特性能，使透平、壓縮機、換熱器的體積與常規的工藝技術相比，可縮小到30分之一以內，在航空、航天、軍艦上應用意義重大。

2.采用S-CO₂為工質、在封閉的布雷頓熱力循環中做功，熱電轉換效率遠高于傳統的蒸汽輪機和燃氣輪機。由于布雷頓循環過程為閉式過程，做功工質S-CO₂不受熱源形式的影響，所以循環熱源可以來自太陽能、核反應堆、地熱、工業余熱、化石燃料燃燒、垃圾焚燒等多種熱源形式。

3.S-CO₂布雷頓循環無相變過程，不用凝汽器；而汽輪機的排汽要用水來冷凝，造成能量浪費在水中，涼水塔還需要大量冷卻水，涼水塔風扇排出的水霧浪費水資源。因此，S-CO₂布雷頓循環適合荒漠或高山缺水地區的應用。

4.不需要鍋爐給水除氧、脫鹽、排污，為新一代清潔能源的發展提供了新途徑。

但S-CO₂布雷頓循環技術用于發電領域尚處于研究階段，美國2004年才開始該技術的研發，2012年美國桑迪亞國家實驗室(SNL)和美國能源部核能辦公室(DOE-NE)公布了S-CO₂再壓縮布雷頓循環完整的試驗報告，被公認為世界上第一套成功的試驗裝置。該套S-CO₂再壓縮布雷頓閉式循環系統的核心設備包括主加熱器、CO₂透平(1#透平、2#透平)、CO₂壓縮機(主壓縮機、再壓縮機)、發電機、換熱器(低溫回熱器、高溫回熱器、預冷器)等。

CO₂透平進氣的高壓由CO₂壓縮機提供，進氣的高溫由主加熱器和回收壓縮機排氣的熱量來提供。CO₂透平膨脹后輸出的功率，扣除CO₂壓縮機所需的功率后，驅動發電機。

CO₂壓縮機的作用，一是提供CO₂透平進氣所需的高壓，二是克服CO₂封閉循環系統的阻力降；三是CO₂的壓縮熱通過低溫回熱器和高溫回熱器回收，提供CO₂透平進氣所需的熱能。

發電機也是該裝置輸出電能的核心設備之一。