阅读说明：本技术 一种液态金属磁流体超临界co2联合循环发电系统及方法 (Liquid metal magnetofluid supercritical CO2Combined cycle power generation system and method ) 是由 张旭伟 顾正萌 杨玉 乔永强 张天宇 白文刚 李红智 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统及方法,该系统包括超临界CO2循环发电系统和液态金属磁流体发电系统；本发明采用的液态金属磁流体发电系统,能够适用于低温热源,旋转部件较少,具有效率高、系统简单以及成本低等优点；本发明液态金属磁流体发电系统通过液态金属-CO2换热器回收超临界CO2循环发电系统冷端余热发电,可以减少冷源损失,大幅提高能量利用效率。本发明实现能量分质梯级利用。(A liquid metal magnetofluid supercritical CO2 combined cycle power generation system and a method thereof are provided, wherein the system comprises a supercritical CO2 cycle power generation system and a liquid metal magnetofluid power generation system; the liquid metal magnetohydrodynamic power generation system adopted by the invention can be suitable for a low-temperature heat source, has fewer rotating parts, and has the advantages of high efficiency, simple system, low cost and the like; according to the liquid metal magnetohydrodynamic power generation system, the liquid metal-CO 2 heat exchanger is used for recovering the cold end waste heat of the supercritical CO2 circulating power generation system for power generation, so that the cold source loss can be reduced, and the energy utilization efficiency is greatly improved. The invention realizes the graded utilization of energy according to quality.)

一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统及方法

技术领域

本发明涉及发电

技术领域

，特别涉及一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统及方法。

背景技术

超临界CO2布雷顿循环具有热效率高、系统简单、结构紧凑、灵活性高以及成本低等优势，在煤电、核电、光热发电以及余热发电等领域具有广阔的应用前景。但是，超临界CO2工质在循环冷端放热温度较高，预冷器入口温度高达100℃以上，工质携带的大量余热被循环水带走，造成较大的能量损失。

液态金属磁流体发电系统能够充分利用低品位热源，减少能量损失。该发电装置利用液态金属导电工质通过磁场，在电磁感应的作用下，产生电场，在发电通道电极上接上负载对外输出电流。液态金属作为导电工质，具有导电率高、比热大以及热源温度要求不高等优点。该发电系统旋转部件较少，发电效率高，能够利用超临界CO2动力循环冷端余热发电，减少冷源损失，进一步提高能量利用效率。调研发现，超临界CO2动力循环与液态金属磁流体发电系统耦合发电的研究较少，有必要进一步研究。

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液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统及方法，利用液态磁流体发电系统有效回收超临界CO2动力循环冷端余热，大幅提高能量利用效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统，包括超临界CO2循环发电系统和液态金属磁流体发电系统，其中

所述超临界CO2循环发电系统包括压缩机1、回热器2、加热器3、透平4、液态金属-CO2换热器5和预冷器6，所述压缩机1出口、回热器2高压侧进口和出口、加热器3进口和出口、透平4进口和出口、回热器2低压侧进口和出口、液态金属-CO2换热器5CO2侧进口和出口、预冷器6进口和出口以及压缩机1进口依次相连通构成闭式系统；

所述液态金属磁流体发电系统包括电磁泵8、液态金属-CO2换热器5、低沸点工质透平9、冷凝器10、低沸点工质泵11、混合室12、磁流体发电机13和分离器7，所述分离器7液态金属出口、电磁泵8进口和出口和液态金属-CO2换热器5液态金属侧进口和出口以及混合室12液态金属进口相连通，所述分离器7低沸点工质出口、低沸点工质透平9进口和出口、冷凝器10进口和出口、低沸点工质泵11进口和出口以及混合室12低沸点工质进口相连通，所述混合室12混合工质出口、磁流体发电机13进口和出口以及分离器7混合工质进口相连通。

所述电磁泵8、液态金属-CO2换热器5及其进出口管路流通液态金属。

所述低沸点工质透平9、冷凝器10、低沸点工质泵11及其进出口管路流通低沸点有机工质。

所述分离器7分离出的气态低沸点工质进入低沸点工质透平9膨胀做功，能够减少能量损失，增加系统做功能力。

所述电磁泵8驱动液态金属流动。

一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统的运行方法，其超临界CO2工质经压缩机1升压，并依次被回热器2和加热器3加热后，进入透平4膨胀做功，排气进入回热器2加热冷侧低温超临界CO2工质，然后进入液态金属-CO2换热器5放热，并进入一步被预冷器6冷却后进入压缩机1，完成超临界CO2闭式循环。

液态金属由电磁泵8驱动流经液态金属-CO2换热器5，回收超临界CO2动力循环冷端工质携带的余热后，进入混合室12与低沸点工质混合，并将其加热汽化，汽化后的低沸点工质携带液态金属进入磁流体发电机13切割磁感线发电，排出的混合工质在分离器7中重新分离出气态低沸点工质和液态金属，液态金属再次进入电磁泵8完成液态金属闭式循环，气态低沸点工质仍具有一定的做功能力，进入低沸点工质透平9膨胀做功，排气在冷凝器10中冷凝为液态后，由低沸点工质泵11驱动进入混合室12，再次与液态金属混合，完成低沸点工质闭式循环。

本发明的有益效果：

1.本发明采用的液态金属磁流体发电系统，能够适用于低温热源，旋转部件较少，具有效率高、系统简单以及成本低等优点。

2.本发明利用液态金属磁流体发电系统回收超临界CO2动力循环冷端余热，能够减少能量损失，大幅提高能量利用效率，实现能量分质梯级利用。

附图说明

图1为本发明一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统，包括超临界CO2循环发电系统和液态金属磁流体发电系统，其中

所述超临界CO2循环发电系统包括压缩机1、回热器2、加热器3、透平4、液态金属-CO2换热器5和预冷器6，所述压缩机1出口、回热器2高压侧进口和出口、加热器3进口和出口、透平4进口和出口、回热器2低压侧进口和出口、液态金属-CO2换热器5CO2侧进口和出口、预冷器6进口和出口以及压缩机1进口依次相连通构成闭式系统；

所述液态金属磁流体发电系统包括电磁泵8、液态金属-CO2换热器5、低沸点工质透平9、冷凝器10、低沸点工质泵11、混合室12、磁流体发电机13和分离器7，所述分离器7液态金属出口、电磁泵8进口和出口和液态金属-CO2换热器5液态金属侧进口和出口以及混合室12液态金属进口相连通，所述分离器7低沸点工质出口、低沸点工质透平9进口和出口、冷凝器10进口和出口、低沸点工质泵11进口和出口以及混合室12低沸点工质进口相连通，所述混合室12混合工质出口、磁流体发电机13进口和出口以及分离器7混合工质进口相连通。

作为本发明的优选实施方式，所述电磁泵8、液态金属-CO2换热器5及其进出口管路流通液态金属。

作为本发明的优选实施方式，所述低沸点工质透平9、冷凝器10、低沸点工质泵11及其进出口管路流通低沸点有机工质。

作为本发明的优选实施方式，所述分离器7分离出的气态低沸点工质进入低沸点工质透平9膨胀做功，能够减少能量损失，增加系统做功能力。

作为本发明的优选实施方式，所述电磁泵8用于驱动液态金属流动，具有效率高、结构紧凑、运转可靠、密封性好等优点。

如图1所示，一种液态金属磁流体超临界CO2联合循环发电系统的运行方法，其特征在于，超临界CO2工质经压缩机1升压，并依次被回热器2和加热器3加热后，进入透平4膨胀做功，排气进入回热器2加热冷侧低温超临界CO2工质，然后进入液态金属-CO2换热器5放热，并进入一步被预冷器6冷却后进入压缩机1，完成超临界CO2闭式循环。

液态金属由电磁泵8驱动流经液态金属-CO2换热器5，回收超临界CO2动力循环冷端工质携带的余热后，进入混合室12与低沸点工质混合，并将其加热汽化，汽化后的低沸点工质携带液态金属进入磁流体发电机13切割磁感线发电，排出的混合工质在分离器7中重新分离出气态低沸点工质和液态金属，液态金属再次进入电磁泵8完成液态金属闭式循环，气态低沸点工质仍具有一定的做功能力，进入低沸点工质透平9膨胀做功，排气在冷凝器10中冷凝为液态后，由低沸点工质泵11驱动进入混合室12，再次与液态金属混合，完成低沸点工质闭式循环。