[發明專利]一種自冷卻超臨界CO2

在審

• 申請號: 202011317694.3
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112302749A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 高煒;李紅智;張純;姚明宇;喬永強;楊玉;韓萬龍;張磊
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F01K23/02
• 分類號: F01K23/02;F01K25/08;F01K25/10;F01K9/00;F01K7/00;F04D25/04;F01B23/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種自冷卻超臨界CO2發電系統及方法，超臨界CO2發電系統本體的出口經一級預冷器的二氧化碳側入口相連通，一級預冷器的二氧化碳側出口與二級預冷器的入口相連通，二級預冷器的出口與超臨界CO2發電系統本體的入口相連通；一級預冷器的有機工質側出口與有機工質膨脹機的入口相連通，有機工質膨脹機的出口與有機工質冷凝器的入口相連通，有機工質冷凝器的出口與有機工質壓縮機的入口相連通，有機工質壓縮機的出口與一級預冷器的有機工質側入口相連通；有機工質膨脹機的輸出軸與冷卻風扇及有機工質壓縮機的驅動軸相連接，冷卻風扇正對二級預冷器及有機工質冷凝器，該系統及方法能夠節省冷卻風扇的耗電，同時簡便廉價。

技術領域

本發明涉及一種超臨界CO2發電系統及方法，具體涉及一種自冷卻超臨界CO2發電系統及方法。

背景技術

在眾多熱力循環當中，超臨界布雷頓循環是一種最有優勢的循環形式。新型超臨界工質(二氧化碳、氦氣和氧化二氮等)具有能量密度大，傳熱效率高，系統簡單等先天優勢，可以大幅提高熱功轉換效率，減小設備體積，具有很高的經濟性。尤其是當熱端溫度達到500℃以上后超臨界二氧化碳布雷頓循環的優勢會隨著溫度越來越明顯，其熱效率會逐漸拉開與傳統蒸汽循環或其他工質循環的距離。

超臨界二氧化碳布雷頓循環與傳統蒸汽朗肯循環不同，在其預冷器中的溫降較大，從80℃左右降低至32℃左右，事實上這部分低溫熱量可以被利用，同時二氧化碳預冷器還需要冷卻塔風扇消耗電能進行散熱。如果可以將預冷器的這部分低溫熱量利用產生動力，帶動冷卻風扇可以省去冷卻塔風扇消耗電，降低廠用電，提供實際發電效率。

傳統的低溫熱源發電裝置早有開發，例如有機循環發電系統，但這些系統都是獨立運行的有機循環發電系統，有機循環中壓縮機或者泵以及風扇需要單獨的電機帶動，有機工質膨脹機產生的動能則用于發電。這樣系統中需要配備發電機和電動機等設備，增加費用。若能夠有一種系統及裝置，即簡便廉價，又可以節省冷卻風扇耗電，對于超臨界二氧化碳發電系統發電效率會有實質性的提高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種自冷卻超臨界CO2發電系統及方法，該系統及方法能夠節省冷卻風扇的耗電，同時簡便廉價。

為達到上述目的，本發明所述的自冷卻超臨界CO2發電系統包括超臨界CO2發電系統本體、一級預冷器、二級預冷器、有機工質膨脹機、有機工質壓縮機、冷卻風扇及有機工質冷凝器；

超臨界CO2發電系統本體的出口經一級預冷器的二氧化碳側入口相連通，一級預冷器的二氧化碳側出口與二級預冷器的入口相連通，二級預冷器的出口與超臨界CO2發電系統本體的入口相連通；

一級預冷器的有機工質側出口與有機工質膨脹機的入口相連通，有機工質膨脹機的出口與有機工質冷凝器的入口相連通，有機工質冷凝器的出口與有機工質壓縮機的入口相連通，有機工質壓縮機的出口與一級預冷器的有機工質側入口相連通；有機工質膨脹機的輸出軸與冷卻風扇及有機工質壓縮機的驅動軸相連接，冷卻風扇正對二級預冷器及有機工質冷凝器。

超臨界CO2發電系統本體包括熱源、二氧化碳透平、二氧化碳高溫回熱器、二氧化碳低溫回熱器、二氧化碳再壓縮機及二氧化碳主壓縮機；

熱源的出口與二氧化碳透平的進口相連通，二氧化碳透平的出口與二氧化碳高溫回熱器的熱側進口相連通，二氧化碳高溫回熱器的熱側出口與二氧化碳低溫回熱器的熱側進口相連通，二氧化碳低溫回熱器的熱側出口分為兩路，一路與二氧化碳再壓縮機的入口相連通，另一路與一級預冷器的二氧化碳側入口相連通，二級預冷器的出口與二氧化碳主壓縮機的入口相連通，二氧化碳主壓縮機出口與二氧化碳低溫回熱器的冷側入口相連通，二氧化碳低溫回熱器的冷側出口與二氧化碳再壓縮機的出口通過管道并管后與二氧化碳高溫回熱器的冷側入口連通，二氧化碳高溫回熱器的冷側出口與熱源的入口相連通。

有機工質膨脹機采用容積式膨脹機。