一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统技术方案

本发明专利技术公开了一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统，包括超临界二氧化碳布雷顿循环子系统，包括：加热器，用于为超临界二氧化碳布雷顿循环子系统提供热源；高温透平，用于利用加热器输出的热源发电；冷却器Ⅰ，用于冷却循环回流的二氧化碳介质；还包括：蒸汽朗肯循环子系统，用于利用高温透平的做功乏气作为热源，进行供电和用户制热；射流制冷循环子系统，用于设置在冷却器上游，对进入冷却器Ⅰ前的二氧化碳介质进行制冷。本发明专利技术联合循环系统利于实现能源的多层次、多品位利用，提高能源利用率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统


[0001]本专利技术涉及动力循环系统
，具体涉及一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统。

技术介绍

[0002]超临界二氧化碳动力转换技术具有系统简化、效率高、体积小、易于实现模块化建设等技术优势，应用超临界二氧化碳布雷顿循环实现发电是一种非常具有前景的发电技术。单独应用典型再压缩布雷顿循环除了实现热电转换，难以实现更多能量利用。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是：单独应用典型再压缩布雷顿循环除了实现热电转换，难以实现更多能量利用，本专利技术提供了解决上述问题的一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统，可实现制冷、供暖的自由切换，满足发电、制冷、供热场景的需求，实现能源的多层次、多品位利用，提高能源利用率，尤其是西部偏远地区对多种能源需求而又不方便运输的情况，本专利技术系统可实现一种循环结构三种能源利用形式。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0005]一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统，包括超临界二氧化碳布雷顿循环子系统，包括：加热器，用于为超临界二氧化碳布雷顿循环子系统提供热源；高温透平，用于利用加热器输出的热源发电；冷却器Ⅰ，用于冷却循环回流的二氧化碳介质；
[0006]还包括：蒸汽朗肯循环子系统，用于利用高温透平的做功乏气作为热源，进行供电和用户制热；射流制冷循环子系统，用于设置在冷却器上游，对进入冷却器Ⅰ前的二氧化碳介质进行制冷。
[0007]本专利技术针对目前能源利用率低、偏远地区能源多级利用困难的情况，本专利技术能够实现能源多层次、多品位、高效率利用，耦合蒸汽朗肯循环、射流制冷循环，实现发电、制冷、供热功能于一体的联合循环，底层布雷顿循环创造性采用多级回热、分流、分透平、再压缩的结构形式，在高温透平出口处引入蒸汽朗肯循环，在主冷却器入口前引入射流制冷循环，提高了热电转换效率及能量利用率、减小了主冷却器设备体积。
[0008]本专利技术可应用于超临界二氧化碳发电系统，可实现制冷、供暖的自由切换，满足发电、制冷、供热场景的需求，实现能源的多品位利用，提高能源利用率，尤其是西部偏远地区对多种能源需求而又不方便运输的情况，本专利技术系统可实现一种循环结构三种能源利用。
[0009]进一步可选地，所述超临界二氧化碳布雷顿循环子系统还包括低温透平、高温回热器和中温回热器；低温透平的输入端与高温回热器的冷侧输出端连接；低温透平的乏气输出端与中温回热器的热侧输入端连接；中温回热器的冷侧输出端连接加热器的输入端和高温回热器的冷侧输入端；加热器的输出端连接高温透平的输入端，高温透平的乏气输出端连接高温回热器的热侧输入端；高温透平与高温回热器的连接线路上接入蒸汽朗肯循环子系统；高温回热器的热侧输出端连接中温回热器的热侧输入端。
[0010]进一步可选地，所述超临界二氧化碳布雷顿循环子系统还包括低温回热器，低温回热器的热侧输入端与中温回热器的热侧输出端连接；低温回热器的冷侧输出端与中温回热器的冷侧输入端连接。
[0011]进一步可选地，所述超临界二氧化碳布雷顿循环子系统还包括再压气机和主压气机；所述低温回热器的热侧输出端连接冷却器Ⅰ的输入端和再压气机的输入端；低温回热器与冷却器Ⅰ的连接管线上接入射流制冷循环子系统；冷却器Ⅰ的输出端与主压气机的输入端连接，主压气机的输出端与低温回热器的冷侧输入端连接；再压气机的输出端连接中温回热器的冷侧输入端。
[0012]进一步可选地，所述再压气机与高温透平同轴设置；和/或所述主压气机与低温透平同轴设置。
[0013]进一步可选地，所述蒸汽朗肯循环子系统包括蒸汽发生器；蒸汽发生器的热侧输入端与高温透平的乏气输出端连接；蒸汽发生器用于实现超临界二氧化碳布雷顿循环子系统的二氧化碳介质与蒸汽朗肯循环子系统的水换热。
[0014]进一步可选地，所述蒸汽朗肯循环子系统还包括蒸汽透平、换热器Ⅱ和工质泵Ⅱ；蒸汽透平的输入端与蒸汽发生器的冷侧输出端连接，蒸汽透平的输出端与换热器Ⅱ的热侧输入端连接，换热器Ⅱ的热侧输出端与工质泵Ⅱ的输入端连接，工质泵Ⅱ的输出端与蒸汽发生器的冷侧输入端连接；换热器Ⅱ的冷侧用于连接热用户，为用于提供制热功能。
[0015]进一步可选地，所述蒸汽朗肯循环子系统还包括冷凝器Ⅱ和分离器；所述换热器Ⅱ的热侧输出端还连接至冷凝器Ⅱ的输入端，冷凝器Ⅱ的输出端与分离器的输入端连接，分离器的输出端与工质泵Ⅱ的输入端连接。
[0016]进一步可选地，所述射流制冷循环子系统包括换热器Ⅰ；换热器Ⅰ设置在冷却器Ⅰ输入端的上游，用于实现超临界二氧化碳布雷顿循环子系统的二氧化碳介质与射流制冷循环子系统的制冷剂的换热。
[0017]进一步可选地，所述射流制冷循环子系统还包括喷射器、冷凝器Ⅰ、蒸发器和工质泵Ⅰ；所述喷射器的输入端与换热器Ⅰ的冷侧输出端和蒸发器的输出端连接，喷射器的输出端与冷凝器Ⅰ的输入端连接；冷凝器Ⅰ的输出端与工质泵Ⅰ的输入端和蒸发器的输出端连接，工质泵Ⅰ的输出端与换热器Ⅰ的冷侧输入端连接。
[0018]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0019]本专利技术针对现在能源多样化的利用，将超碳布雷顿发电循环与供热、制冷相结合，构成能源多形式利用的联合循环，能解决一些偏远地区能源单一、能源利用率低等问题，且还能缓解偏远地区交通运输压力。
[0020]本专利技术将透平做功高温乏气再次利用，实现低品位能源的二次发电和用户取暖，符合“碳综合”的发展理念，在主冷却器前增设制冷子循环，可充分降低冷却器的换热负荷，降低成本和设备体积，循环同时实现制冷功能。总之，本专利技术提出以超临界二氧化碳多级回热布雷顿循环为底层循环，耦合蒸汽朗肯循环和制冷循环实现发电、供热、制冷于一体的联合循环，能够实现能源多品位利用，最大化能源利用效率，在军工及民用场景应用前景广泛。
附图说明
[0021]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0022]图1为本专利技术的联合循环系统整体结构示意图。
[0023]附图中标记及对应的零部件名称：
[0024]1‑
加热器，2
‑
高温透平，3
‑
低温透平，4
‑
发电机，5
‑
蒸汽发生器，6
‑
高温回热器，7
‑
中温回热器，8
‑
低温回热器，9
‑
再压气机，10
‑
主压气机，11
‑
冷却器Ⅰ，12
‑
换热器Ⅰ，13
‑
喷射器，14
‑
冷凝器Ⅰ，15
‑
蒸发器，16
‑
工质泵Ⅰ，17
‑
蒸汽透平，18
‑
换热器Ⅱ，19
‑
热用户，20
‑
冷凝器Ⅱ，21
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统，包括超临界二氧化碳布雷顿循环子系统，包括：加热器(1)，用于为超临界二氧化碳布雷顿循环子系统提供热源；高温透平(2)，用于利用加热器(1)输出的热源发电；冷却器Ⅰ(11)，用于冷却循环回流的二氧化碳介质；其特征在于，还包括：蒸汽朗肯循环子系统，用于利用高温透平(2)的做功乏气作为热源，进行供电和用户制热；射流制冷循环子系统，用于设置在冷却器(11)上游，对进入冷却器Ⅰ(11)前的二氧化碳介质进行制冷。2.根据权利要求1所述的一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳布雷顿循环子系统还包括低温透平(3)、高温回热器(6)和中温回热器(7)；低温透平(3)的输入端与高温回热器(6)的冷侧输出端连接；低温透平(3)的乏气输出端与中温回热器(7)的热侧输入端连接；中温回热器(7)的冷侧输出端连接加热器(1)的输入端和高温回热器(6)的冷侧输入端；加热器(1)的输出端连接高温透平(2)的输入端，高温透平(2)的乏气输出端连接高温回热器(6)的热侧输入端；高温透平(2)与高温回热器(6)的连接线路上接入蒸汽朗肯循环子系统；高温回热器(6)的热侧输出端连接中温回热器(7)的热侧输入端。3.根据权利要求2所述的一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳布雷顿循环子系统还包括低温回热器(8)，低温回热器(8)的热侧输入端与中温回热器(7)的热侧输出端连接；低温回热器(8)的冷侧输出端与中温回热器(7)的冷侧输入端连接。4.根据权利要求3所述的一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳布雷顿循环子系统还包括再压气机(9)和主压气机(10)；所述低温回热器(8)的热侧输出端连接冷却器Ⅰ(11)的输入端和再压气机(9)的输入端；低温回热器(8)与冷却器Ⅰ(11)的连接管线上接入射流制冷循环子系统；冷却器Ⅰ(11)的输出端与主压气机(10)的输入端连接，主压气机(10)的输出端与低温回热器(8)的冷侧输入端连接；再压气机(9)的输出端连接中温回热器(7)的冷侧输入端。5.根据权利要求4所述的一种集供热、发电、制冷于一体的联合循环系统，其特征在于，所述再压气机(9)与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀婷，黄彦平，刘光旭，昝元锋，卓文彬，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：