[發(fā)明專利]一種定質(zhì)量控制的超臨界二氧化碳裝置啟動系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111457704.8
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114135353A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 臧金光;王俊峰;劉光旭;黃彥平;卓文彬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國核動力研究設(shè)計(jì)院
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01D19/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 胡曉麗

本發(fā)明公開了一種定質(zhì)量控制的超臨界二氧化碳裝置啟動系統(tǒng)及方法，在超臨界二氧化碳實(shí)驗(yàn)裝置上增設(shè)注入單元和回收單元，注入單元的接入點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)裝置的冷卻器入口處，回收單元的接入點(diǎn)在冷卻器出口處，啟動方法包括：利用注入單元將低密度超臨界二氧化碳注入實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)，利用密度計(jì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)處的密度，保障實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的密度與注入二氧化碳工質(zhì)密度相當(dāng)；啟動實(shí)驗(yàn)裝置；當(dāng)壓氣機(jī)入口壓力低于設(shè)定點(diǎn)時，啟動注入單元，向?qū)嶒?yàn)裝置補(bǔ)充二氧化碳工質(zhì)；當(dāng)壓氣機(jī)入口壓力高于設(shè)定點(diǎn)時，啟動回收單元，回收實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)多余的二氧化碳工質(zhì)。本發(fā)明可有效減少超臨界二氧化碳實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)二氧化碳工質(zhì)的充裝量，解決常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置啟動時工質(zhì)浪費(fèi)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超臨界二氧化碳技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種定質(zhì)量控制的超臨界二氧化碳裝置啟動系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)是以超臨界二氧化碳為工質(zhì)、采用氣體布雷頓熱力學(xué)循環(huán)、充分結(jié)合工質(zhì)物性、熱力學(xué)原理與設(shè)備特性形成的創(chuàng)新型動力循環(huán)方式，具有系統(tǒng)熱效率高、體積小、循環(huán)流程簡單、變工況性能好等優(yōu)勢，是目前熱能動力領(lǐng)域研究的前沿?zé)狳c(diǎn)，可以與核能、太陽能、化石能、余熱利用等進(jìn)行有效結(jié)合，具有替代當(dāng)前大規(guī)模使用的蒸汽朗肯循環(huán)的技術(shù)潛力。

超臨界二氧化碳實(shí)驗(yàn)裝置在啟動時，需要從儲罐內(nèi)將液態(tài)二氧化碳注入實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)；之后隨著熱源投入，熱源功率增加，裝置內(nèi)工質(zhì)的平均溫度上升，引起回路工質(zhì)膨脹、壓力上升，為維持壓力平衡，需要將多余的二氧化碳工質(zhì)排出到實(shí)驗(yàn)裝置以外，造成啟動運(yùn)行過程中的工質(zhì)浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對常規(guī)超臨界二氧化碳實(shí)驗(yàn)裝置啟動時工質(zhì)浪費(fèi)的問題，本發(fā)明提供了解決上述問題的一種定質(zhì)量控制的超臨界二氧化碳裝置啟動系統(tǒng)及方法，可有效減少超臨界二氧化碳實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)二氧化碳工質(zhì)的充裝量。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種定質(zhì)量控制的超臨界二氧化碳裝置啟動方法，在實(shí)驗(yàn)裝置上增設(shè)注入單元和回收單元，注入單元的接入點(diǎn)位于實(shí)驗(yàn)裝置的冷卻器入口處，回收單元的接入點(diǎn)位于冷卻器出口處，啟動方法包括以下步驟：步驟1：注入二氧化碳工質(zhì)：利用注入單元，將低密度超臨界二氧化碳注入實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)，利用密度計(jì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)處的密度，保障實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的密度與注入二氧化碳工質(zhì)密度相當(dāng)；步驟2：啟動實(shí)驗(yàn)裝置；步驟3：二氧化碳工質(zhì)調(diào)整：當(dāng)壓氣機(jī)入口壓力低于設(shè)定點(diǎn)時，啟動注入單元，向?qū)嶒?yàn)裝置繼續(xù)補(bǔ)充二氧化碳工質(zhì)；當(dāng)壓氣機(jī)入口壓力高于設(shè)定點(diǎn)時，啟動回收單元，回收實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)多余的二氧化碳工質(zhì)；所述實(shí)驗(yàn)裝置為超臨界二氧化碳實(shí)驗(yàn)裝置。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟1中，利用升溫裝置對二氧化碳工質(zhì)升溫，實(shí)現(xiàn)調(diào)整二氧化碳密度。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟1中，利用注入單元，將密度低于300kg/m³的超臨界二氧化碳注入實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)，利用密度計(jì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)包括壓氣機(jī)入口、回?zé)崞魅肟诤突責(zé)崞鞒隹谌幵趦?nèi)的密度，保障實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的平均密度低于300kg/m³；

進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟2中，啟動流程包括：啟動實(shí)驗(yàn)裝置中的壓氣機(jī)，驅(qū)動二氧化碳工質(zhì)產(chǎn)生流量；使二氧化碳工質(zhì)從壓氣機(jī)出口依次流經(jīng)回?zé)崞鞲邏簜?cè)、熱源、透平旁路、回?zé)崞鞯蛪簜?cè)、冷卻器，最后返至壓氣機(jī)入口；當(dāng)熱源內(nèi)流量高于熱源最低允許值時，投入熱源，逐步增加熱源出口溫度；完成透平暖機(jī)、透平啟動，最后熱源達(dá)到設(shè)計(jì)點(diǎn)、透平達(dá)到設(shè)計(jì)工況，完成啟動任務(wù)。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述注入單元和回收單元共用儲罐；通過注入單元將儲罐內(nèi)的二氧化碳工質(zhì)注入實(shí)驗(yàn)裝置，通過回收單元將回收的二氧化碳工質(zhì)返回儲罐。