阅读说明：本技术 一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统 (Non-compression distributed carbon dioxide power generation system ) 是由 张荻 王雨琦 谢永慧 于 2020-11-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统,其中,使用二氧化碳钢瓶直接获取常温高压的二氧化碳工质,进入透平中膨胀做功,做功完成后采用有机胺溶液吸收池回收。吸收池中的二氧化碳工质通过加热解吸,进入储气罐中。再生的吸收剂有机胺溶液,重新进入吸收池中吸收二氧化碳。这一发电系统无压缩过程,同时采用分布式的布置方法,根据后端用户需求便捷地调节功率。本发明的优势在于：系统部件较少,成本低,便于设计、控制及运行维护,可靠性高,能够有效减少排放,满足环保需要。(The invention discloses a distributed carbon dioxide power generation system without a compression process, wherein a carbon dioxide steel cylinder is used for directly obtaining a carbon dioxide working medium with normal temperature and high pressure, the carbon dioxide working medium enters a turbine to expand to do work, and an organic amine solution absorption tank is used for recovering after the work is finished. And the carbon dioxide working medium in the absorption tank enters a gas storage tank through heating desorption. And the regenerated absorbent organic amine solution enters the absorption pool again to absorb the carbon dioxide. The power generation system has no compression process, and simultaneously adopts a distributed arrangement method to conveniently adjust the power according to the requirements of back-end users. The invention has the advantages that: the system has the advantages of fewer components, low cost, convenience in design, control, operation and maintenance, high reliability, capability of effectively reducing emission and meeting the requirement of environmental protection.)

一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统

技术领域

本发明属于二氧化碳发电领域，具体涉及一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统。

背景技术

近年来，超临界二氧化碳工质广泛应用于各类发电系统中，在核能、太阳能、地热能、余热利用等背景下采用的布雷顿循环受到广泛关注。超临界二氧化碳布雷顿循环的优良特性主要表现在：功率密度高，系统体积小；相较燃气轮机而言温度低，不需耐高温材料；压缩因子小，能够减少压缩功耗；属于单相循环，没有相变过程，不需使用冷凝器。而在其研发过程中，实现超临界二氧化碳布雷顿循环受到的限制有以下几点：系统中的工质难以始终维持在超临界状态，一旦发生跨临界物性变化，其密度、比热变化较大，难以控制；压缩机单级压比难以提高；压缩机、透平等关键设备的冷却、密封可靠性不足；压缩机、透平等设备造价高，经济性差。

综上所述，由于超临界二氧化碳布雷顿循环系统中关键部件较多，在运行时确保各个部件的可靠性，达到所需的系统效率十分困难。因此，考虑简化现有的布雷顿循环发电系统，尤其是气动设计难度较大的压缩机部件，进一步提高二氧化碳发电的实用性、可靠性和经济性是必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统，通过从二氧化碳钢瓶中提取工质至透平中发电并回收，提供一种低成本、便捷的能源形式，具有重要的工程意义及广阔的应用前景。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统，包括二氧化碳发电系统和二氧化碳回收系统，二氧化碳发电系统中包括钢瓶、二氧化碳透平、发电机和二氧化碳吸收池；其中，从二氧化碳钢瓶中提取常温高压的液态二氧化碳工质，压力为7MPa，温度为25℃，并进入二氧化碳透平中膨胀做功；二氧化碳透平与发电机同轴连接，二氧化碳工质在膨胀过程中带动二氧化碳透平和发电机旋转，从而产生电能；二氧化碳透平的出口压力为0.6MPa，出口温度取决于透平的等熵效率，出口的二氧化碳工质为气液混合态，进入二氧化碳吸收池中；通过二氧化碳回收系统回收并重复利用二氧化碳工质。

本发明进一步的改进在于，二氧化碳回收系统中包括二氧化碳吸收池、混合液泵、混合液加热器和二氧化碳储气罐，由混合液泵将二氧化碳吸收池中吸收了二氧化碳工质的有机胺溶液泵入混合液加热器中，通过加热将二氧化碳气体解吸并得到再生的吸收剂有机胺溶液，解吸后的二氧化碳进入二氧化碳储气罐中回收，再生的吸收剂有机胺溶液重新进入二氧化碳吸收池中吸收二氧化碳发电系统排出的工质。

本发明进一步的改进在于，二氧化碳吸收池中的有机胺溶液为甘氨酸钠。

本发明进一步的改进在于，二氧化碳吸收池中的有机胺溶液为烯胺。

本发明进一步的改进在于，二氧化碳吸收池中的有机胺溶液为乙醇胺。

本发明进一步的改进在于，二氧化碳透平的进出口工质状态对应的等熵焓降为33.77kJ/kg，对应出口等熵温度为-53.11℃；则分布式二氧化碳发电系统中所需二氧化碳透平的个数Z计算如下：

其中P为后端用户需求的功率，单位为kW，为单个二氧化碳透平的质量流量，Δh_is为二氧化碳透平的等熵焓降，单位为kJ/kg，η为二氧化碳透平的等熵效率。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明针对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统难以实现高效运行的问题，提供了一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统。在传统的超临界二氧化碳布雷顿循环中，具有透平、压缩机、加热器、冷却器、回热器等关键部件，想要保证所有关键部件的正常高效运行十分困难。因此，本发明通过使用二氧化碳钢瓶，简化了压缩过程，直接获取高压工质膨胀做功，并采用吸收池回收的方式减少二氧化碳排放。这一发电系统部件较少，成本低，便于设计、控制及运行维护，可靠性高，可用于用电功率需求较小的小型电力设备中，如农耕、小型工厂等场景。采用分布式的布置方法，能够根据后端用户需求便捷地调节功率。同时，采用二氧化碳吸收池进行回收，有效减少排放，满足环保需要。综上所述，本发明具有重要的工程意义及广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统的二氧化碳发电系统图。

图2为本发明一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统的二氧化碳回收系统图。

附图标记说明：

1-二氧化碳钢瓶，2-二氧化碳透平，3-发电机，4-二氧化碳吸收池，4-二氧化碳吸收池，5-混合液泵，6-混合液加热器，7-二氧化碳储气罐。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提供的一种无压缩过程的分布式二氧化碳发电系统，包括二氧化碳发电系统和二氧化碳回收系统。

参照图1，二氧化碳发电系统中包含的部件有二氧化碳钢瓶1、二氧化碳透平2、发电机3和二氧化碳吸收池4。其中，二氧化碳吸收池4中的工质为甘氨酸钠或烯胺、乙醇胺等有机胺溶液。

分布式二氧化碳发电系统工作过程如下：从二氧化碳钢瓶1中提取常温高压的液态二氧化碳工质，压力为7MPa，温度为25℃，并进入二氧化碳透平2中膨胀。数个二氧化碳透平2与发电机3同轴连接，二氧化碳工质在膨胀过程中带动二氧化碳透平2和发电机3旋转做功产生电能。分布式的二氧化碳透平2的出口压力为0.6MPa，出口温度取决于透平的等熵效率，出口的二氧化碳工质为气液混合态，进入二氧化碳吸收池4中回收并重复利用。

查取二氧化碳物性可知，二氧化碳透平2的进出口工质状态对应的等熵焓降为33.77kJ/kg，对应出口等熵温度为-53.11℃。则分布式二氧化碳发电系统中所需二氧化碳透平2的个数Z计算如下：

其中P为后端用户需求的功率，单位为kW，为单个二氧化碳透平2的质量流量，Δh_is为二氧化碳透平2的等熵焓降，单位为kJ/kg，η为二氧化碳透平2的等熵效率。

参照图2，二氧化碳回收系统包含的部件有二氧化碳吸收池4、混合液泵5、混合液加热器6和二氧化碳储气罐7。

二氧化碳工质的回收流程如下：由混合液泵5将二氧化碳吸收池4中吸收了二氧化碳工质的有机胺溶液泵入混合液加热器6中，通过加热的方法将二氧化碳气体解吸，同时得到再生的吸收剂有机胺溶液。解吸后的二氧化碳气体进入二氧化碳储气罐7中回收，而再生的吸收剂有机胺溶液重新进入二氧化碳吸收池4中进行重复利用，吸收二氧化碳发电系统排出的工质。