一种超临界二氧化碳发电系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种超临界二氧化碳发电系统，所述系统包括发电机、透平、再压缩机、预冷器、主压缩机和回热器，所述发电机连接透平进口，透平的出口连接再压缩机的进口，再压缩机的出口一路连接主压缩机的进口，另一路连接预冷器的进口，预冷器的出口连接主压缩机的进口，主压缩机的出口连接回热器的进口，回热器的出口连接反应堆，低温低压的二氧化碳工质经过主压缩机升压后，然后通过回热器和透平排出的乏气进行换热预热后，被反应堆进一步加热，再进入透平膨胀做功带动发电机发电。本实用新型专利技术超临界二氧化碳发电系统结构紧凑、发电效率高。效率高。效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界二氧化碳发电系统


[0001]本技术涉及核能发电
，具体地，涉及一种超临界二氧化碳发电系统。

技术介绍

[0002]自第一次工业革命以来，人类的生产生活一直面临两大难题，即能源和环境问题，为了应对日益增长的能源需求和减少环境污染的诉求，电力转换系统需要不断改进，而实现可持续发展、解决能源紧缺问题的关键途径是开发新型清洁能源以及提高非可再生能源的转化效率。其中，能源转化效率的提高主要依靠热力循环系统的改进，因此对热力循环系统的优化研究始终是国内外的重点研究项目。
[0003]为克服上述问题，我们研制了一种超临界二氧化碳发电系统来解决传统发电循环系统占用空间过大、发电效率较低的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本技术的目的在于提供一种结构紧凑、发电效率高的超临界二氧化碳发电系统。
[0005]为解决上述问题，本技术的技术方案为：
[0006]一种超临界二氧化碳发电系统，包括发电机、透平、再压缩机、预冷器、主压缩机和回热器，所述发电机连接透平进口，透平的出口连接再压缩机的进口，再压缩机的出口一路连接主压缩机的进口，另一路连接预冷器的进口，预冷器的出口连接主压缩机的进口，主压缩机的出口连接回热器的进口，回热器的出口连接反应堆，低温低压的二氧化碳工质经过主压缩机升压后，然后通过回热器和透平排出的乏气进行换热预热后，被反应堆进一步加热，再进入透平膨胀做功带动发电机发电。
[0007]可选地，所述做完功的乏气由气缸排出，进入回热器与压缩机排出的低温高压工质换热，达到预冷的目的，冷却后的工质进入预冷器进一步冷却，最后进入压缩机压缩完成了整个循环。
[0008]可选地，所述回热器包括高温回热器和低温回热器，所述主压缩机的出口连接低温回热器的进口，低温回热器的出口连接高温回热器的进口，高温回热器的出口连接反应堆，工质在透平出口分流，一部分流经再压缩机后，与低温回热器低温出口混合进入高温回热器回热，另一部分工质进入预冷器中预冷，后经由主压缩机加压，进入低温回热器。
[0009]可选地，所述回热器可以采用印刷电路板式换热器，印刷电路板式换热器是由多层金属板叠加而成，其中冷、热流板交替叠加，每层金属板上经过蚀刻出多条紧密排列的约2mm的半圆槽形通道，最后给金属板施加一定的温度与压力使其熔合为整体。
[0010]可选地，所述印刷电路板式换热器金属板的材质为不锈钢，最高温度不超过900℃。
[0011]可选地，所述超临界二氧化碳发电系统中透平选用具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的镍基高温合金。
[0012]可选地，所述透平与所述发电机通过齿轮减速箱连接。
[0013]可选地，所述主压缩机选择离心式压缩机，压缩机叶轮选用TC4钛合金。
[0014]与现有技术相比，本技术超临界二氧化碳发电系统选择的是目前效率最高的超临界二氧化碳循环布局，即为闭式再压缩布局，使用超临界流体二氧化碳，通过增加循环内的温差，可以进一步改善循环效率；工质密度与液体接近，压缩性能好，并且系统设备尺寸小、结构紧凑，发电效率高。
附图说明
[0015]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0016]图1为本技术实施例提供的超临界二氧化碳发电系统结构框图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例对本技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本技术，但不以任何形式限制本技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本技术的保护范围。
[0018]图1为本技术实施例提供的超临界二氧化碳发电系统结构框图，如图1所示，所述超临界二氧化碳发电系统包括发电机1、透平2、再压缩机3、预冷器4、主压缩机5、和回热器，所述发电机1连接透平2进口，透平2的出口连接再压缩机3的进口，再压缩机3的出口分两路：一路连接主压缩机5的进口，另一路连接预冷器4的进口，预冷器4出口连接主压缩机5的进口，主压缩机5的出口连接回热器的进口，回热器的出口连接反应堆8。所述回热器包括低温回热器6和高温回热器7，所述主压缩机5的出口连接低温回热器6的进口，低温回热器6的出口连接高温回热器7的进口，高温回热器7的出口连接反应堆8。
[0019]所述超临界二氧化碳发电系统选择的是目前效率最高的超临界二氧化碳循环布局，即为闭式再压缩布局，由于超临界二氧化碳相比氢气易于压缩且压比比较低，一般为3左右。低温低压的二氧化碳工质经过主压缩机5升压后，然后通过低温回热器6、高温回热器7和透平2排出的乏气进行换热，预热到一定温度后，随后被反应堆8被进一步加热，再进入透平2膨胀做功带动发电机发电；做完功乏气由气缸排出，进入回热器6、7与发电机1排出的低温高压工质换热，达到预冷的目的，冷却后的工质进入预冷器4进一步冷却，最后进入发电机1压缩完成了整个循环。
[0020]回热器分为低温回热器6和高温回热器7，工质在透平2出口分流，与低温回热器6低温出口混合进入高温回热器7回热；另一部分工质进入预冷器4中预冷，后经由主压缩机5加压，进入低温回热器6。
[0021]在一个可选的实施例中，本技术的超临界二氧化碳发电系统为了减少占地面积，需要选用紧凑性的耐高温高压的回热器，印刷电路板式换热器能够满足上述要求，在同等功率的条件下，印刷电路板式换热器体积和重量是管壳式换热器的五分之一，印刷电路板式换热器是由多层金属板叠加而成，其中冷、热流板交替叠加，每层金属板上经过蚀刻出多条紧密排列的约2mm的半圆槽形通道，最后给金属板施加一定的温度与压力，使其熔合为
整体。印刷电路板式换热器具有很大的换热面积，金属板的材质为不锈钢，其能够承受的最大压力为60MPa，最高温度不超过900℃，效率超过90％，最高可达98％，回热器设计温差实际可以按照5～10℃设计。
[0022]在一个可选的实施例中，所述主压缩机5选择离心式压缩机，减小设备体积，压缩机叶轮选用TC4钛合金，应力在材料需要范围内。
[0023]在一个可选的实施例中，所述超临界二氧化碳发电系统中透平2的初温较高，因此透平2选用镍基高温合金，其在650
‑
1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力，所述透平2与所述发电机1通过齿轮减速箱连接。
[0024]与现有技术相比，本技术超临界二氧化碳发电系统选择的是目前效率最高的超临界二氧化碳循环布局，即为闭式再压缩布局，使用超临界流体二氧化碳，通过增加循环内的温差，可以进一步改善循环效率；工质密度与液体接近，压缩性能好，并且系统设备尺寸小、结构紧凑，发电效率高。
[0025]以上对本技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，所述系统包括发电机、透平、再压缩机、预冷器、主压缩机和回热器，所述发电机连接透平进口，透平的出口连接再压缩机的进口，再压缩机的出口一路连接主压缩机的进口，另一路连接预冷器的进口，预冷器的出口连接主压缩机的进口，主压缩机的出口连接回热器的进口，回热器的出口连接反应堆，低温低压的二氧化碳工质经过主压缩机升压后，然后通过回热器和透平排出的乏气进行换热预热后，被反应堆进一步加热，再进入透平膨胀做功带动发电机发电。2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，所述做完功的乏气由气缸排出，进入回热器与压缩机排出的低温高压工质换热，达到预冷的目的，冷却后的工质进入预冷器进一步冷却，最后进入压缩机压缩完成了整个循环。3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，所述回热器包括高温回热器和低温回热器，所述主压缩机的出口连接低温回热器的进口，低温回热器的出口连接高温回热器的进口，高温回热器的出口连接反应堆，工质在透平出口分流，一部分流经再压...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢应明，段汉坤，王宝林，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：新型
国别省市：