一种降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构及应用，结构工质入口分别与压缩储存组的第1级A组压缩机和压缩机组的第1级B组压缩机的入口相连，压缩储存组的第n级A组压缩机和压缩机组的第n级B组压缩机的出口汇合至结构工质出口，压缩机组包括出口和入口逐级依次相连的n级B组压缩机；压缩储存组包括n级A组压缩机和n

【技术实现步骤摘要】
一种降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构及应用


[0001]本专利技术属于应用特殊工作流体的发动机
，具体为一种降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构。

技术介绍

[0002]各式的布雷顿循环以其优越性能及碳排放优势逐渐成为能源动力循环领域的热点研究方向。按照循环工质的不同，有发展较早的氦气布雷顿循环和近些年被广泛关注的二氧化碳布雷顿循环等，根据二氧化碳状态的不同又可分为亚临界二氧化碳布雷顿循环和超临界二氧化碳布雷顿循环。按照循环结构的不同，又可分为闭式布雷顿循环和半闭式布雷顿循环。
[0003]在工质选取方面，氦气和二氧化碳是被广泛讨论的两种。其中，氦气以其较好的稳定性和热传导性广泛应用于核电高温气冷堆中，但也存在一些不足，比如耐高温性差、压缩困难等。在此基础上，以二氧化碳为工质的布雷顿循环逐渐发展起来。一种是处于亚临界状态的二氧化碳循环，循环的最高压力大概在1
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2MPa，最高温度是1000℃。另一种是处于超临界状态的二氧化碳循环，循环最高压力大概30MPa，最高温度有1200℃，这种运行参数的不同也导致了循环效率和设备材料选取方面的差异。其中，超临界二氧化碳(S
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CO2)循环以其独特的应用前景逐渐成为研究热门方向。
[0004]S
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CO2是指温度和压力均在临界值以上的二氧化碳流体，将其用来做动力循环的工质，能在很小的体积内传递很大的能量。S
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CO2工质在临界点附近具有高密度、低可压缩性、物性变化剧烈等特点。此外，其无毒、无污染和价廉等优点又使得S
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CO2循环具备非常优越的环境和经济性能。S
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CO2循环，是指以S
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CO2为循环工质吸收热源热量并驱动透平做功，带动发电机发电的热力循环。其中应用和研究最广的就是S
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CO2布雷顿循环，它以S
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CO2为工质，利用布雷顿循环完成热电转换，该循环可利用的热源温度范围广(400℃～700℃)，适用于太阳能、核能等多个领域。
[0005]根据不同的循环结构，S
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CO2布雷顿循环又有闭式和半闭式两种形式。闭式S
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CO2布雷顿循环起步较早，在结构上类似最初的简单布雷顿循环，只是用回热器对透平出口高温工质与压缩机出口低温工质进行了热交换，整个循环完全封闭，采用的是外部热源加热的方式。自20世纪末开始，半闭式S
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CO2布雷顿循环逐渐发展起来。1992年，Bolland等人提出了一种类似常规燃气蒸汽联合循环的半闭式氧燃烧联合循环(SCOC
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CC)。2013年，美国8.River公司的R.J.Allam等人提出了一种结构简单、运行参数更高的直燃半闭式S
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CO2布雷顿循环，有关半闭式S
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CO2循环的研究再次掀起热潮。该循环是由燃料和氧化剂直接通入燃烧室，利用燃料反应热实现加热过程，且在后续过程中有水和碳捕集工质的分离，因此属于一种半封闭式循环。
[0006]无论是以氦气还是二氧化碳为循环工质，亦或是封闭式还是半封闭式的循环结构，不同布局的布雷顿循环均包含四个基本过程：加热器升温、透平膨胀做功、冷却器降温和压缩机压缩。其中，压缩机的压缩耗功是整个系统能耗的主要来源。基于此，学者们提出
了多级压缩、级间冷却结构，旨在通过降低平均放热温度来减少压缩机耗功。在普通间冷的结构中，由于所有的流量直接进入到冷却器，因此设计时需要在很短的时间内完成降温，然而，受限于系统复杂度和巨大的放热损失，压缩级数一般不超过三级(间冷结构不超过两级)，从而不利于循环效率的继续提升。
[0007]本专利技术主要针对压缩机的升压过程提出了一种多级压缩储质结构，对这一部分进行了结构上的优化；摆脱了压缩级数的限制，便于实现多级压缩过程，从而趋近极限的等温放热过程；同时进入储质罐内的工质储存在储质罐内在下一阶段的循环中释放，给储质罐内的冷却过程提供了足够的时间。

技术实现思路

[0008]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种通过汇流冷却降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构，其特征在于，包括：压缩机组和压缩储存组，结构工质入口分别与压缩储存组的第1级A组压缩机和压缩机组的第1级B组压缩机的入口相连，压缩储存组的第n级A组压缩机和压缩机组的第n级B组压缩机的出口汇合至结构工质出口，其中2≤n；
[0009]压缩机组包括出口和入口逐级依次相连的n级B组压缩机，工质依次加压；
[0010]压缩储存组包括n级A组压缩机和n
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1级储质罐，其中n
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1级A组压缩机和n
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1级储质罐以依次交替的顺序逐级设置于第n级A组压缩机的入口之前，工质依次加压并储存；各级储质罐的临组出口与同级B组压缩机的出口管路相连，各级储质罐入口和出口之间的压降均为同样的压降值。
[0011]除最后一级汇合至结构工质出口的两压缩机出口外，同一级中A组压缩机出口压力值比B组压缩机出口压力值高一个压降值，以保证两股混合流体压力相同。
[0012]所述压降值≤0.2MPa。
[0013]所述压降值＞0。
[0014]所述结构工质出口、第二冷却器、泵、回热器的冷侧、燃烧器、透平、回热器的热侧、水分离器、碳捕集支路接口、第一冷却器和所述结构工质入口顺序相连。
[0015]所述结构工质出口、回热器的冷侧、燃烧器、透平、回热器的热侧、水分离器、碳捕集支路接口、第一冷却器和所述结构工质入口顺序相连。
[0016]所述支路接口与碳捕集相连。
[0017]所述结构工质出口、回热器、加热器、透平、第一冷却器和所述结构工质入口顺序相连。
[0018]n≤20。
[0019]还公开了一种如所述降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构的应用，其特征在于，所述多级压缩储质结构用于布雷顿循环需要降低放热温度的变温放热过程中。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]1.本专利技术所提供的结构借助更多级的压缩和级间汇流冷却降低平均放热温度，摆脱了压缩级数的限制，便于实现多级压缩过程，从而在形式上趋近极限的等温放热过程，在结果上趋近卡诺效率，从而有效降低压缩耗功量，提高循环净效率。
[0022]2.在本专利技术的多级压缩储质结构中，工质并非一次性全部进入冷却器向环境放热，而是通过高低温工质的混合来实现一部分降温，储质罐的出口一路直接冷却一路与临
组汇流冷却(高低温流体混合)，且直接冷却的部分可以在较长时间内完成，有了缓冲；在一定程度上减小了压力损失。由于在储质过程使得工质的“储”和“放”产生了时间差，进入储质罐内的工质不用立刻流出与热流股混合，而是储存在储质罐内在下一阶段的循环中释放，即“放”明显滞后于“储”，这就给储质罐内的冷却过程提供了足够的时间，工质并不需要在极短的时间内将热量释放从而得到了缓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构，其特征在于，包括：压缩机组和压缩储存组，结构工质入口分别与压缩储存组的第1级A组压缩机和压缩机组的第1级B组压缩机的入口相连，压缩储存组的第n级A组压缩机和压缩机组的第n级B组压缩机的出口汇合至结构工质出口，其中2≤n；压缩机组包括出口和入口逐级依次相连的n级B组压缩机，工质依次加压；压缩储存组包括n级A组压缩机和n
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1级储质罐，其中n
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1级A组压缩机和n
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1级储质罐以依次交替的顺序逐级设置于第n级A组压缩机的入口之前，工质依次加压并储存；各级储质罐的临组出口与同级B组压缩机的出口管路相连，各级储质罐入口和出口之间的压降均为同样的压降值。2.根据权利要求1所述的一种降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构，其特征在于，除最后一级汇合至结构工质出口的两压缩机出口外，同一级中A组压缩机出口压力值比B组压缩机出口压力值高一个压降值，以保证两股混合流体压力相同。3.根据权利要求1或2之一所述的一种降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构，其特征在于，所述压降值≤0.2MPa。4.根据权利要求1或2之一所述的一种降低布雷顿循环放热温度的多级压缩储质结构，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙恩慧，纪洪福，石嘉豪，马文静，张磊，
申请(专利权)人：朴能保定新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：