阅读说明：本技术 一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法 (Supercritical Brayton cycle power generation system and method with flow dividing, throttling and cooling functions ) 是由 高炜 姚明宇 李红智 张一帆 吴帅帅 乔永强 杨玉 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法,该系统包括依次连通的热源、超临界布雷顿循环系统、冷却塔和CO2压缩机中间级分流节流制冷系统；本发明通过制冷系统有效的控制了进入CO2压缩机的工质温度,使得超临界布雷顿循环发电系统的冷端温度在夏季高温时也可以冷却到较低,保持系统稳定可靠运行。并且最大限度的利用了系统中现有设备,节约了成本。(The invention discloses a supercritical Brayton cycle power generation system with flow-dividing, throttling and cooling functions and a method thereof, wherein the system comprises a heat source, a supercritical Brayton cycle system, a cooling tower and a CO2 compressor intermediate-stage flow-dividing, throttling and refrigerating system which are sequentially communicated; the temperature of the working medium entering the CO2 compressor is effectively controlled by the refrigerating system, so that the temperature of the cold end of the supercritical Brayton cycle power generation system can be cooled to be lower at high temperature in summer, and the system can be kept to operate stably and reliably. And the existing equipment in the system is utilized to the maximum extent, so that the cost is saved.)

一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法

技术领域

本发明涉及发电系统技术领域，特别涉及一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法。

背景技术

在能源匮乏及环境危机的大背景下，提高能源利用率日益受到人们的重视。目前在众多热力循环当中，超临界布雷顿循环是一种最有优势的循环形式。新型超临界工质(二氧化碳、氦气和氧化二氮等)具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。

但这类循环也存在一个明显的技术难点，即冷却问题。超临界循环，尤其是像二氧化碳这样的超临界循环，其临界温度接近环境温度(31℃)，当冷端温度较低时其压缩功耗较小，热效率很高。但是它对冷端温度十分敏感，稍稍超过设计冷端温度后其热效率将大幅下降。因此，其冷端温度，即压缩机入口温度必须十分精确的控制。但是当来到夏季，在中国相当大的地区很难冷却到其所需的冷端温度，这将大大影响其效率，进而影响这项技术的推广。

这个问题可以通过进一步制冷冷却解决。一般来说，中国多数地区夏季平均平均气温仍然在40℃以下，若需要将其进一步冷却至设计冷却温度以下所需要降低的温度并不大，制冷量也不会太大。

而高压CO2节流也是一种常见的制冷方式，利用系统自身的CO2压缩机，从压缩机中间级抽取一部分CO2气体进行制冷，并冷却主流CO2工质在最大限度上利用了系统本身设备，同时也可以很好起到控制系统冷端温度的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法，采用了技术难度相对较低，可行性较高的方法，提高系统热效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电系统，包括透平2，透平2的入口与热源1工质侧出口相连通，透平2的出口与高温回热器3的放热侧入口相连通，高温回热器3的放热侧出口与低温回热器4放热侧入口相连通，低温回热器4的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器6工质侧入口相连通，预冷器6的工质侧出口与混合器7的一个入口相连通，混合器7的出口与主压缩机8的入口相连通，主压缩机8的分为末级出口和中间级出口两路，末级与低温回热器4吸热侧入口相连通，低温回热器4放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机5入口相连通，再压缩机5出口与低温回热器4吸热侧出口工质汇合后与高温回热器3吸热侧入口相连通，高温回热器3吸热侧出口与热源1入口相连通，主压缩机8中间级出口与分流冷却器9工质侧的入口相连通，分流冷却器9工质侧出口与节流喷嘴10入口相连通，节流喷嘴10出口与混合器7的另一个入口相连通。

所述热源1为锅炉、余热换热器或太阳能。

一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电方法，在环境温度不是很高，(水资源丰富地区小于等于30摄氏度；缺水地区小于等于24摄氏度)通过冷却塔直接冷却塔即可将工质冷却至所要求温度时，被热源1加热后的超临界工质进入透平系统2做功，做功后的高温低压乏汽依次进入高温回热器3、低温回热器4的放热侧放热，放热后的低温低压工质分为两路，一路进入预冷器6工质侧被冷却，一路进入再压缩机5，被增压后的高压工质进入高温回热器3吸热侧吸热，从低温回热器4放热侧出口分流出来的第二路工质直接进入预冷器6，被冷却后进入混合器7后在进入主压缩机8，被压缩之后与进入低温回热器4吸热侧吸热后，在于被再压缩机压缩过的第一路工质汇合，再进入高温回热器3吸热侧，在高温回热器3中吸热后再进入热源1中被加热，完成整个工质循环流程；

当夏季环境温度较高时(水资源丰富地区高于30摄氏度，缺水地区高于24摄氏度)，常规的冷却方式无法将工质冷却至要求的温度时，工质从主压缩机8中间级出口抽出一路进入分流冷却器9被冷却，然后再进入节流喷嘴10降低压力并且进一步减低温度，低温工质进入混合器7的另一个进口，与主流混合并降低主流温度后进入主压缩机8，起到了控制主流冷却温度的作用。

本发明的有益效果：

所述的一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法，可以有效的解决热力系统环境温度较高时的散热问题，保证系统冷端温度，保障系统热效率。

采用了制冷冷却技术之后，超临界布雷顿循环冷端温度可以得到有效的维护，可以稳定的保持在临界点附近，保持系统稳定性。采用了制冷冷却技术之后，超临界布雷顿循环发电系统具有了更强的环境适应能力，尤其是夏季温度较高的地区。采用了CO2压缩机中间级分流节流制冷技术，最大程度上利用了系统现有设备，不增加任何新的工质，是最为简单的制冷方式。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

其中，热源1、透平2、高温回热器3、低温回热器4、再压缩机5、预冷器6、混合器7、主压缩机8、分流冷却器9、节流喷嘴10

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电系统及方法，包括依次连通的热源1、透平2、高温回热器3、低温回热器4、再压缩机5、预冷器6、混合器7、主压缩机8、分流冷却器9和节流喷嘴10。

透平2的入口与热源1工质侧出口相连通，透平2的出口与高温回热器3的放热侧入口相连通，高温回热器3的放热侧出口与低温回热器4放热侧入口相连通，低温回热器4的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器6工质侧入口相连通，预冷器6的工质侧出口与混合器7的一个入口相连通，混合器7的出口与主压缩机8的入口相连通，主压缩机8的分为末级出口和中间级出口两路，末级与低温回热器4吸热侧入口相连通，低温回热器4放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机5入口相连通，再压缩机5出口与低温回热器4吸热侧出口工质汇合后与高温回热器3吸热侧入口相连通，高温回热器3吸热侧出口与热源1入口相连通，主压缩机8中间级出口与分流冷却器9工质侧的入口相连通，分流冷却器9工质侧出口与节流喷嘴10入口相连通，节流喷嘴10出口与混合器7的另一个入口相连通。

所述热源1为锅炉、余热换热器或太阳能。

本发明的工作原理：

一种带分流节流冷却的超临界布雷顿循环发电方法，在环境温度不是很高，通过冷却塔直接冷却塔即可将工质冷却至所要求温度时，被热源1加热后的超临界工质进入透平系统2做功，做功后的高温低压乏汽依次进入高温回热器3、低温回热器4的放热侧放热，放热后的低温低压工质分为两路，一路进入预冷器6工质侧被冷却，一路进入再压缩机5，被增压后的高压工质进入高温回热器3吸热侧吸热，从低温回热器4放热侧出口分流出来的第二路工质直接进入预冷器6，被冷却后进入混合器7后在进入主压缩机8，被压缩之后与进入低温回热器4吸热侧吸热后，在于被再压缩机压缩过的第一路工质汇合，再进入高温回热器3吸热侧，在高温回热器3中吸热后再进入热源1中被加热，完成整个工质循环流程；

当夏季环境温度较高时，常规的冷却方式无法将工质冷却至要求的温度时，工质从主压缩机8中间级出口抽出一路进入分流冷却器9被冷却，然后再进入节流喷嘴10降低压力并且进一步减低温度，低温工质进入混合器7的另一个进口，与主流混合并降低主流温度后进入主压缩机8，起到了控制主流冷却温度的作用。

但图1所示超临界布雷顿循环系统的其它布局不影响本发明的应用，本发明的内容对于超临界循环系统的其它布局也适用，因此本发明中的超临界布雷顿循环系统是广泛意义上的超临界布雷顿循环系统，而非局限于图示布局。例如其它超临界布雷顿循环系统可采用多级透平系统，或带再热的透平系统，也可不采用分流再压缩系统，即只采用一个主压缩机，没有图中再压缩机，并将图中两个回热器合并为一个回热器，等等。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。