超临界流体与燃气轮机联合循环系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超临界流体与燃气轮机联合循环系统，包括燃气轮机子系统和超临界流体循环子系统，燃气轮机子系统和超临界流体循环子系统相互独立，所述燃气轮机子系统包括第一压气机、燃烧室、第一涡轮和第一发电机，所述超临界流体循环子系统包括转子系统、第一换热器和第二换热器。本发明专利技术可利用燃气轮机子系统的尾气余热给超临界流体加热，用以提高其膨胀做功效能，进而实现燃气轮机与超临界流体联合循环，提升燃气轮机系统热效率。从涡轮排出的高温超临界流体，通过导流罩引流至第二换热器换热，从而给超临界流体在进入压气机前降温，提高压气机的压气效果，提升系统整体的效率。提升系统整体的效率。提升系统整体的效率。

【技术实现步骤摘要】
超临界流体与燃气轮机联合循环系统


[0001]本专利技术涉及一种超临界流体与燃气轮机联合循环系统，属于超临界流体


技术介绍

[0002]超临界流体(例如超临界二氧化碳SCCO2)具有特殊的理化特性，适用于多种
，例如，可作为制备微米或纳米级粒子的干洗溶剂；另外，基于超临界流体非常高的热效率(约45％)，还可用于蒸汽轮机联合循环，或用于封闭式燃气轮机(例如布雷顿能量循环)，这种高效率不仅可以将每个发电单元的燃料利用率提高至40％或更高，而且相较于常规的兰金蒸汽循环，还可以将发电厂的成本降低约18％。
[0003]现有技术中已有文献披露了燃气轮机联合超临界流体循环的方案，例如：US9540999B2公开了一种超临界流体的双循环发电系统的方案，具体地，系统中包括两个循环系统，其中第一个循环系统属于基于燃气轮机的循环系统，第二个循环系统属于基于超临界流体的循环系统，两个系统通过换热器实现热交换，然后利用第二循环系统中的超临界流体作为工质推动涡轮旋转，进而带动同轴设置的发电机发电。但是现有技术的联合循环方案中，没有对燃气轮机的尾气进行利用和处理，而是直接排放到大气环境中，造成热量浪费。因此，如何在超临界流体与燃气轮机联合循环的方案中减少或避免燃机尾气热量浪费成为当前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术，本专利技术提供了一种超临界流体与燃气轮机联合循环系统。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种超临界流体与燃气轮机联合循环系统，包括燃气轮机子系统和超临界流体循环子系统，燃气轮机子系统和超临界流体循环子系统相互独立，所述燃气轮机子系统包括第一压气机、燃烧室、第一涡轮和第一发电机，所述超临界流体循环子系统包括转子系统、第一换热器和第二换热器；其中，
[0007]所述燃气轮机子系统中的第一压气机、第一涡轮和第一发电机同轴设置，第一压气机的排气端与燃烧室的进气端连通，燃烧室的出气端与第一涡轮的进气端连通，第一涡轮的出气端与第一换热器的第一通路的进口端连通(换热器具有两个通路，第一通路与第二通路中的流体可以换热，例如通过翅片换热，此为公知常识，不再赘述)；
[0008]所述超临界流体循环子系统中的转子系统包括同轴设置的第二压气机、第二涡轮和第二发电机，第二压气机的出口端与第一换热器的第二通路的进口端连通，第一换热器的第二通路的出口端与第二涡轮的进口端连通，第二涡轮的出口端与第二换热器的进口端连通。
[0009]进一步地，所述超临界流体循环子系统还包括超临界流体存储罐，用于初始阶段或需要增压时，提供超临界流体，超临界流体存储罐的出口端与第二压气机的进口端连通。
[0010]进一步地，所述超临界流体存储罐的出口端设置有电磁阀，以控制超临界流体存储罐的开闭。
[0011]进一步地，所述超临界流体循环子系统设置在密封箱体内，该密封箱体内充有超临界流体并具有7～10Mpa的压力；所述第二换热器的第二通路的出口端与第二压气机的进口端连通，或第二换热器的出口端直接与密封箱体内部连通(循环管路的超临界流体可直接排入到密封箱体内)；第二压气机的进口端同时也直接与密封箱体内部连通(即进入第二压气机的超临界流体，一部分来自于循环管路，一部分来自于密封箱体内部)。
[0012]进一步地，所述密封箱体内设置有增压泵，增压泵与超临界流体存储罐连通(可以位于超临界流体存储罐的出口处)，在需要的情况下，可利用增压泵，以超临界流体存储罐作为超临界流体源，向超临界流体循环流道管路提供增压超临界流体；或：增压泵与密封箱体外部管路可控联通，用于在需要时，从密封箱体外部环境补充气体，向密封箱体内部环境增压。
[0013]进一步地，所述超临界流体循环子系统的第二涡轮的出口端设有导流罩(目的是：保护发电机不被高温超临界流体吹到，避免被腐蚀或引起其他问题)，用于将第二涡轮的出口端排出的工质导流至第二换热器。
[0014]进一步地，所述超临界流体循环子系统的转子系统可设置为发电机对拖结构，以提高发电效率(超临界流体循环驱动的转子系统转速可高达10w～20w RPM)。
[0015]进一步地，所述超临界流体循环子系统的转子系统的第二发电机的数量为两个以上。第二发电机的位置可以在转轴的两端(每一端可以设置两个以上的第二发电机)，也可以在第二压气机和第二涡轮之间，这样设置的目的是：1、如果两端电机数量功率一致，有助于力和负载的平衡；2、电机可以采用市购的常规电机，通过设置多个来达到合适的发电功率，节约成本。
[0016]进一步地，所述超临界流体循环子系统还包括流体轴承(其结构类似于空气轴承，但是其支撑气膜为超临界流体)，所述流体轴承的支撑介质为密封箱体内的超临界流体。
[0017]进一步地，所述流体轴承为动压流体轴承或动静压一体轴承。当选择动压轴承(即通过旋转自行悬浮)时，能够通过超临界流体来形成膜层，并且超临界流体的密度比空气大且相比液体具有更佳的流动性，因此能够提供更好的膜层刚度，提高转子系统转动稳定性，利于转子转速的提高(超临界流体循环的转子系统的转速要求比燃机转速更高)。
[0018]进一步地，所述流体轴承包括至少一个径向轴承和至少一个推力轴承。
[0019]进一步地，所述临界流体循环子系统的转子系统的结构为：包括转轴，转轴上依次设有发电机A、第二压气机、第二涡轮和发电机B，即发电机A和发电机B分别设置在转轴的两端或两侧，形成发电机对拖结构。
[0020]进一步地，所述径向轴承和/或推力轴承，可以设在转轴的端部、发电机A的外侧、发电机A和第二压气机之间、第二压气机和第二涡轮之间、第二涡轮和发电机B之间和/或发电机B外侧。
[0021]优选的，所述临界流体循环子系统的转子系统的结构为以下之一：
[0022]①
包括转轴，转轴上依次设有第一径向轴承、第一推力轴承、发电机A、第二压气机、第二径向轴承、第二涡轮、发电机B、第二推力轴承和第三径向轴承；
[0023]②
包括转轴，转轴上依次设有第一径向轴承、发电机A、第一推力轴承、第二压气
机、第二径向轴承、第二涡轮、第二推力轴承、发电机B和第三径向轴承；
[0024]③
包括转轴，转轴上依次设有第一推力轴承、第一径向轴承、发电机A、第二压气机、第二径向轴承、第二涡轮、发电机B、第三径向轴承和第二推力轴承；
[0025]④
包括转轴，转轴上依次设有第一径向轴承、第一推力轴承、发电机A、第四径向轴承、第二压气机、第二径向轴承、第二涡轮、第五径向轴承、发电机B、第二推力轴承和第三径向轴承；
[0026]⑤
包括转轴，转轴上依次设有第一推力轴承、第一径向轴承、发电机A、第四径向轴承、第二压气机、第二径向轴承、第二涡轮、第五径向轴承、发电机B、第三径向轴承和第二推力轴承；
[0027]⑥
包括转轴，转轴上依次设有第一径向轴承、发电机A、第一推力轴承、第四径向轴承、第二压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界流体与燃气轮机联合循环系统，其特征在于：包括燃气轮机子系统和超临界流体循环子系统，燃气轮机子系统和超临界流体循环子系统相互独立，所述燃气轮机子系统包括第一压气机、燃烧室、第一涡轮和第一发电机，所述超临界流体循环子系统包括转子系统、第一换热器和第二换热器；其中，所述燃气轮机子系统中的第一压气机、第一涡轮和第一发电机同轴设置，第一压气机的排气端与燃烧室的进气端连通，燃烧室的出气端与第一涡轮的进气端连通，第一涡轮的出气端与第一换热器的第一通路的进口端连通；所述超临界流体循环子系统中的转子系统包括同轴设置的第二压气机、第二涡轮和第二发电机，第二压气机的出口端与第一换热器的第二通路的进口端连通，第一换热器的第二通路的出口端与第二涡轮的进口端连通，第二涡轮的出口端与第二换热器的进口端连通。2.根据权利要求1所述的超临界流体与燃气轮机联合循环系统，其特征在于：所述超临界流体循环子系统还包括超临界流体存储罐，超临界流体存储罐的出口端与第二压气机的进口端连通。3.根据权利要求1所述的超临界流体与燃气轮机联合循环系统，其特征在于：所述超临界流体循环子系统设置在密封箱体内，该密封箱体内充有超临界流体并具有7～10Mpa的压力；所述第二换热器的第二通路的出口端与第二压气机的进口端连通，或第二换热器的出口端直接与密封箱体内部连通。4.根据权利要求3所述的超临界流体与燃气轮机联合循环系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳普，
申请(专利权)人：靳普科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：