[發明專利]一種混合物跨臨界循環太陽能光熱發電系統及方法

有效

• 申請號: 202110347277.1
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN112832907B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 高煒;張一帆;吳帥帥;李凱倫;張磊;顧正萌
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F02C1/05
• 分類號: F02C1/05;F02C1/08;F03G6/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

本發明公開了一種混合物跨臨界循環太陽能光熱發電系統及方法，該系統包括依次連通的透平、高溫回熱器、中溫回熱器、氣液分離器、液體泵、低溫回熱器、預冷器、主壓縮機、低溫熔鹽加熱器、高溫熔鹽加熱器。該系統中采用了Hsubgt;2/subgt;O與Csubgt;2/subgt;O的混合物作為工質，工質在高溫部位處于超臨界混合狀態，而在低溫部位部分Hsubgt;2/subgt;O會與COsubgt;2/subgt;分離，COsubgt;2/subgt;采用壓縮機進行壓縮升壓，Hsubgt;2/subgt;O采用水泵增壓。該系統熱效率比傳統蒸汽循環效率高，同時，熔鹽放熱區間比經典超臨界COsubgt;2/subgt;布雷頓循環放熱區間大，熔鹽需求量小。同時避免了氣體壓縮過程中帶液，液體壓縮過程中汽化的現象。提高了設備安全穩定性。

技術領域

本發明涉及發電系統技術領域，特別涉及一種混合物跨臨界循環太陽能光熱發電系統及方法。

背景技術

太陽能熱發電需要更為高效的熱力循環進行熱電轉換，目前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。

但這類循環在應用于太陽能熱發電時也存在一個明顯的技術難點。經典的超臨界CO2循環進入加熱器的工質溫度非常高大約400℃，而傳統的H₂O蒸汽朗肯循環進入加熱器的工質溫度只有200多℃，太陽能熱發電一般都配有儲熱系統，進入加熱器的溫度高意味著熔鹽的放熱溫度區間縮小，那么要儲存相同能量的熱量時需要更大的熔鹽儲存量，同時熔鹽泵的功耗也增加，而這部分成本在太陽能光熱發電中所占比例比較高，因此，希望尋找一種可以兼顧熱效率和儲熱工質溫度的合適循環類型已經參數設置，但經典的超臨界CO₂布雷頓循環很難做到。

這個問題可以通過混合工質來解決。當向CO₂中摻入其他工質，例如H₂O后，其混合物物性介于兩者之間，熱力循環的特性也兼具兩者的特點。通過合理的布局設計既可以保證熔鹽的合理溫度區間，又可以保證高熱效率。

但CO₂混合物也會遇到一些問題。例如向CO₂中摻入H₂O后可以很好的調整混合物物性，但是由于兩種物質物性本身相差較大，混合物比較容易出現分離現象，尤其是在系統中出現節流或者突變的部位，例如過濾器、閥門、儲罐進出口等部位。并且，若要保持超臨界混合態，兩種物質的配比要求比較精確，且對系統參數設置有很大限制，否則會影響混合狀態以及物性。這樣對于混合物循環的實際應用限制較大。

若有一個系統可以實現部分部位是混合物狀態，部分部位是兩種單相工質狀態，并且保證壓縮機和泵等重要設備正常運行，不出現汽蝕、液擊等現象，則可以大大提高系統的應用范圍。本發明正式為解決這一問題而提出的。

發明內容

為了克服超臨界布雷頓循環應用于太陽能光熱發電時與熔鹽系統溫度不匹配的問題，提出了一種混合物跨臨界循環太陽能光熱發電系統及方法，采用了技術難度相對較低，可行性較高的方法，提高系統熱效率。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種混合物跨臨界循環太陽能光熱發電系統，包括透平1，所述透平1的介質出口與高溫回熱器2的熱側入口相連接，高溫回熱器2的熱側出口與中溫回熱器3的熱側入口相連接，中溫回熱器3的熱側出口與氣液分離器4的入口相連接，氣液分離器4的底部排液口與液體泵5的入口相連接，氣液分離器4的頂部排氣口與低溫回熱器6的熱側入口相連接，低溫回熱器6的熱側出口與預冷器7的熱側入口相連接，預冷器7的熱側出口與主壓縮機8的入口相連接，主壓縮機8的出口與低溫回熱器6的冷側入口相連接，低溫回熱器6的冷側出口與液體泵5的出口匯合后與中溫回熱器3的冷側入口相連接；