一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统，CO

【技术实现步骤摘要】
一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统
本专利技术属于低温发电
，具体涉及一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统。
技术介绍
近年来，为了缓解能源问题，降低环境污染，低温可再生能源与工业余热发电技术收到广泛关注。跨临界CO2发电技术是一种高效利用低温可再生能源与工业余热发电的技术，具有结构紧凑，热源温度范围广等特点。然而，CO2临界温度较低(只有31℃)，在高温环境下难以被冷凝。因此，跨临界CO2发电系统高温环境下工质难以被冷凝的问题急需被解决。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统，在高温环境下将CO2流体冷凝。本专利技术采用以下技术方案：一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统，包括CO2透平，CO2透平的出口分两路，一路与发电机连接，另一路经冷却器连接涡流管顶部的入口，涡流管的出口分三路，用于将中压CO2流体分为三股低压流体，一路依次经CO2工质泵和加热器后与CO2透平的入口连接；剩余两路经CO2压缩机与冷却器的入口连接。具体的，涡流管底部的出口与CO2工质泵的入口连接，用于排出涡流管内的饱和液态CO2流体；CO2工质泵的出口与加热器的工质侧入口连接；加热器的工质侧出口与CO2透平的入口连接。具体的，涡流管左侧及右侧的出口分别与CO2压缩机的入口连接，涡流管内的饱和气态CO2流体从涡流管右侧的冷端管流出，过热气态CO2流体从涡流管左侧的冷端管流出。具体的，冷却器分别经进水管和出水管连接外部冷却水，进水管和出水管中冷却水的流动方向与冷却器中CO2的流动方向相反。具体的，加热器连接有外部热源流体或导热油，热源流体或导热油的流动方向与加热器中CO2的流动方向相反。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统，结构设计科学，通过在传统跨临界二氧化碳发电系统中配置涡流管，利用涡流管将CO2流体冷凝至饱和液态，解决了高温环境下CO2难以冷凝的难题，同时涡流管结构简单，损失较小，提高了系统发电效率，降低了系统成本。进一步的，涡流管底部的出口与CO2工质泵相连，使得被冷凝至饱和液态的CO2工质经CO2工质泵加压至超临界后，重新进入加热器中吸热，完成整个发电循环。进一步的，涡流管左侧及右侧出口的饱和气态CO2流体和过热气态CO2流体汇合后进入CO2压缩机被压缩后重新进入循环。进一步的，进水管和出水管中冷却水的流动方向与冷却器中CO2的流动方向相反设置，可以降低冷却器中的CO2与冷却水换热的不可逆损失，提高系统发电效率。进一步的，热源流体或导热油的流动方向与加热器中CO2的流动方向相反设置，可以降低换热器中CO2与热源流体或导热油换热的不可逆损失，提高系统发电效率。综上所述，本专利技术解决了高温环境下CO2难以冷凝的难题，降低了系统不可逆损失，提高了系统发电效率。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术结构原理图。其中：1.CO2透平；2.CO2压缩机；3.冷却器；4.涡流管；5.CO2工质泵；6.加热器；7.发电机。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在附图中示出了根据本专利技术公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。本专利技术提供了一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统，利用涡流管的能量分离作用将CO2在常温下冷凝成液态，解决了跨临界CO2发电系统在高温环境下工质难以被冷凝的问题。请参阅图1，本专利技术一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统，包括CO2透平1、CO2压缩机2、冷却器3、涡流管4、CO2工质泵5、加热器6和发电机7。CO2透平1的出口分两路，一路连接发电机7，另一路经冷却器3与涡流管4连接，涡流管4的出口分两路，一路依次经CO2工质泵5和加热器6后与CO2透平1的入口连接；另一路经CO2压缩机2与冷却器3的入口连接。CO2透平1的出口与冷却器3的入口相连接；冷却器3的出口与涡流管4顶部的入口相连接。涡流管4底部的出口与CO2工质泵5的入口相连接；CO2工质泵5的出口与加热器6的工质侧入口相连接；加热器6的工质侧出口与CO2透平1的入口相连接。涡流管4左侧及右侧的出口分别与CO2压缩机2的入口相连接；CO2压缩机2的出口与冷却器3的入口相连接；CO2透平1与发电机7连接。冷却器3还与外部冷却水通过进水管与出水管相连接，进水管和出水管中水的流动方向与冷却器3中CO2的流动方向相反。加热器6还与外部热源流体或导热油相连接，热源流体或导热油的流动方向与加热器6中CO2的流动方向相反。对于本专利技术，CO2透平1、冷却器3、涡流管4、CO2工质泵5、加热器6依次串联，涡流管4左侧和底部出口与CO2压缩机2入口连接，CO2压缩机2出口再与冷却器3入口连接。需要说明的是，涡流管4利用流体的涡流作用实现能量分离，将一股中压CO2流体分为三股低压流体，分别是饱和气态CO2、饱和液态CO2与过热气态CO2流体；饱和气态CO2流体从涡流管4右侧的冷端管流出，过热气态CO2流体从涡流管4左侧的热端管流出，而饱和液态CO2流体因离心力作用被甩至壁面，经壁面处的排液结构从涡流管底部出口流出。本专利技术一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统的工作过程如下：CO2透平出口的中压CO2流体与来自压缩机出口的中压CO2流体汇合后，经冷却器向外部冷却水放热降温至较低温度，中压所指压力为CO2临界压力(7.18MPa)以上，通常为10MPa以下。降温后的中压CO2流体从涡流管顶部入口流入涡流管，在涡流管中通过涡流效应分离为三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统，其特征在于，包括CO

【技术特征摘要】
1.一种基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统，其特征在于，包括CO2透平(1)，CO2透平(1)的出口分两路，一路与发电机(7)连接，另一路经冷却器(3)连接涡流管(4)顶部的入口，涡流管(4)的出口分三路，用于将中压CO2流体分为三股低压流体，一路依次经CO2工质泵(5)和加热器(6)后与CO2透平(1)的入口连接；剩余两路经CO2压缩机(2)与冷却器(3)的入口连接。


2.根据权利要求1所述的基于涡流管的跨临界二氧化碳发电系统，其特征在于，涡流管(4)底部的出口与CO2工质泵(5)的入口连接，用于排出涡流管(4)内的饱和液态CO2流体；CO2工质泵(5)的出口与加热器(6)的工质侧入口连接；加热器(6)的工质侧出口与CO2透平(1)的入口连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：王江峰，廖广临，左启尧，赵攀，吴伟烽，何志龙，戴义平，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61