一种超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统与方法，工质置换与充压前，先将试验单元抽真空，开始置换与充压时，在启动低温液体泵同时控制背压调节阀开度，保证低温液体泵出口压力高于入口压力，待缓冲罐内的压力高于低温液体泵入口压力后，再慢慢增加背压调节阀开度，同时调节电加热器功率，准确控制进入缓冲罐的二氧化碳温度。在低温液体泵后依次设置有二氧化碳气化加热器、电加热器，经低温液体泵加压的液态二氧化碳，经过二氧化碳气化加热器加热，再通过电加热器，控制加热后的二氧化碳气体温度。系统设置有缓冲罐回路，如果缓冲罐内产生液态二氧化碳，可通过缓冲罐回路将液态二氧化碳加热气化，调节缓冲罐内二氧化碳温度。氧化碳温度。氧化碳温度。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统及方法


[0001]本专利技术属于超临界二氧化碳循环发电
，特别涉及一种超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统与方法，适用于超临界二氧化碳循环工质置换及充压。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展，对设备的体积、效率提出了越来越高的要求，各种动力装备向着高温、高压、高转速的方向发展，超临界二氧化碳发电系统属于动力系统的一种，是以超临界状态的二氧化碳作为工质，将热源的热量转化为机械能，其热源可来自核反应堆、太阳能、地热能、工业废热、化学染料燃烧等。超临界二氧化碳发电系统效率高、体积小、重量轻，具有良好的应用前景和研究价值。在超临界二氧化碳循环发电系统运行之前需要对循环系统进行工质置换及充压，并且将循环中的二氧化碳充压到临界点附近，二氧化碳在低压下易形成干冰、且减压易液化。由于超临界二氧化碳循环技术还处在试验研究阶段，当前能够稳定运行的超临界二氧化碳循环较少，目前尚没有成熟的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统与方法。因此，有必要研究合理、可行的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统与方法。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的上述缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统与方法，便于实现超临界二氧化碳循环发电系统工质的置换及充压，能有效地控制充装系统内二氧化碳的温度和压力。
[0004]为实现该目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统，包括液态二氧化碳储罐、低温液态泵、二氧化碳气化加热器、电加热器、缓冲罐、试验单元，其特征在于，
[0006]所述液态二氧化碳储罐的出口通过管路依次经所述低温液体泵、二氧化碳气化加热器、电加热器与所述缓冲罐的进口连通，所述缓冲罐通过管路与所述试验单元交互连通；
[0007]且所述电加热器与缓冲罐之间的连通管路包括相互并联的第一连通管路和第二连通管路，所述第一连通管路上设有一背压调节阀，所述第二连通管路上设有一开关阀；
[0008]在对所述试验单元进行超临界二氧化碳循环工质的置换与充压前，首先将所述试验单元进行抽真空处理；
[0009]在对所述试验单元进行超临界二氧化碳循环工质的置换与充压的过程中，首先启动所述低温液体泵的同时控制所述背压调节阀的开度，使得所述低温液体泵的出口压力高于其入口压力，待所述缓冲罐内的压力高于所述低温液体泵的入口压力后，缓慢增加所述背压调节阀的开度至最大开度，之后打开所述开关阀，以减小管路压力损失；在上述过程中，同时调节所述电加热器的功率，以控制进入所述缓冲罐内的二氧化碳温度高于其压力对应的蒸发温度。
[0010]在本专利技术优选的实例中，在对所述试验单元进行超临界二氧化碳循环工质置换与
充压前，首先将所述试验单元抽真空到绝对压力10kPa。
[0011]在本专利技术优选的实例中，在对所述试验单元进行超临界二氧化碳循环工质的置换与充压的过程中，启动所述低温液体泵的同时，应控制所述背压调节阀的开度，使得所述背压调节阀前的压力是所述缓冲罐内压力的3倍以上，同时保证所述低温液体泵的出口压力高于其入口压力。
[0012]在本专利技术优选的实例中，本专利技术的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统，还包括一缓冲罐循环泵，所述缓冲罐底部设有排液口，所述缓冲罐底部的排液口通过管路经所述缓冲罐循环泵与所述二氧化碳气化加热器的进口连通。
[0013]本专利技术的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统，包括液态二氧化碳储罐、低温液体泵、二氧化碳气化加热器、电加热器、缓冲罐、缓冲罐循环泵、背压调节阀和开关阀，工质置换与充压前，先将试验单元抽真空，然后启动低温液体泵，同时控制背压调节阀开度，使背压调节阀前压力为缓冲罐压力的3倍以上，且低温液体泵出口压力高于入口压力，使低温液体泵能正常运行，同时使缓冲罐在升压的过程中，阀门始终工作在阻塞状态，这样阀门前的压力就只跟阀门前的二氧化碳流量、温度有关，与阀门后的状态无关，不需要调节阀门的开度，而且阀门的选型也比较容易。待缓冲罐内的压力高于低温液体泵入口压力后，再慢慢增加背压调节阀至最大开度，然后打开开关阀。在上述过程中，同时根据加热后二氧化碳气体的温度，调节电加热器功率，使缓冲罐内的二氧化碳温度高于其压力对应的蒸发温度。通过上述技术方案，可以精确地控制缓冲罐内二氧化碳的温度和压力。
[0014]本专利技术的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统中，在电加热器后设置有背压调节阀，在工质置换及充压的过程中，通过背压调节阀控制低温液体泵出口压力。通过上述技术方案，可以保证低温液体泵出口压力高于入口压力，使低温液体泵能够正常、稳定地工作。
[0015]本专利技术的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统中，在低温液体泵后依次设置有二氧化碳气化加热器、电加热器，二氧化碳气化加热器采用水浴式加热，经低温液体泵加压的液态二氧化碳，经过二氧化碳气化加热器加热(一次通过性气化)，再通过电加热器，通过调节电加热器功率控制二氧化碳气体温度。通过上述技术方案，可以使二氧化碳通过二氧化碳气化加热器之后升温变成气态，再通过后面的电加热器，进一步加热二氧化碳，通过调节电加热器功率，精确控制二氧化碳温度。
[0016]本专利技术的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统中，设置有缓冲罐回路，缓冲罐回路设置有缓冲罐循环泵。通过上述技术方案，可以在缓冲罐内产生液态二氧化碳时，通过循环泵实现对二氧化碳再次循环加热，调节缓冲罐内二氧化碳的温度和压力。
[0017]本专利技术的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统中，二氧化碳储罐压力为2MPa
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3MPa，开始置换及充压时，电加热器后背压调节阀前的压力控制在储罐压力3倍以上。通过上述技术方案，既能保证低温液体泵能正常运行，同时使缓冲罐在从10kPa升压至2MPa的过程中，阀门始终工作在阻塞状态，这样阀门前的压力就只跟阀门前的二氧化碳流量、温度有关，与阀门后的状态无关，不需要调节阀门的开度，而且阀门的选型也比较容易。
[0018]本专利技术的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统中，设置一个开关阀，与电加热器后的背压调节阀并联。通过上述技术方案，能够在背压调节阀开度最大后，打开开关阀，减小压力损失。
[0019]在本专利技术优选的实例中，二氧化碳气化加热器可以是二氧化碳气化器、电加热器或其他型式的加热器。
[0020]在本专利技术优选的实例中，二氧化碳气化加热器和电加热器为串联设置或并联设置。
[0021]本专利技术的另一个专利技术目的还在于提供一种基于上述系统进行超临界二氧化碳循环工质置换及充压的方法，其特征在于，
[0022]在对所述试验单元进行超临界二氧化碳循环工质的置换与充压前，首先将所述试验单元进行抽真空处理；
[0023]在对所述试验单元进行超临界二氧化碳循环工质的置换与充压的过程中，首先启动所述低温液体泵的同时控制所述背压调节阀的开度，使得所述低温液体泵的出口压力高于其入口压力，待所述缓冲罐内的压力高于所述低温液体泵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统，包括液态二氧化碳储罐、低温液态泵、二氧化碳气化加热器、电加热器、缓冲罐、试验单元，其特征在于，所述液态二氧化碳储罐的出口通过管路依次经所述低温液体泵、二氧化碳气化加热器、电加热器与所述缓冲罐的进口连通，所述缓冲罐通过管路与所述试验单元交互连通；且所述电加热器与缓冲罐之间的连通管路包括相互并联的第一连通管路和第二连通管路，所述第一连通管路上设有一背压调节阀，所述第二连通管路上设有一开关阀；在对所述试验单元进行超临界二氧化碳循环工质的置换与充压前，首先将所述试验单元进行抽真空处理；在对所述试验单元进行超临界二氧化碳循环工质的置换与充压的过程中，首先启动所述低温液体泵的同时控制所述背压调节阀的开度，使得所述低温液体泵的出口压力高于其入口压力，待所述缓冲罐内的压力高于所述低温液体泵的入口压力后，缓慢增加所述背压调节阀的开度至最大开度，之后打开所述开关阀，以减小管路压力损失；在上述过程中，同时调节所述电加热器的功率，以控制进入所述缓冲罐内的二氧化碳温度高于其压力对应的蒸发温度。2.根据上述权利要求所述的超临界二氧化碳循环工质置换及充压系统，其特征在于，在对所述试验单元进行超临界二氧化碳循环工质置换与充压前，首先将所述试验单元抽真空到绝对压力10kPa。3.根据上述权利要求所述的超临界二氧化碳循...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，姜鹏，梁世强，田勇，张楠楠，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：