超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其使用方法，该超临界二氧化碳布雷顿循环系统包括热源、sCO2布雷顿循环系统以及储热装置；其中，热源的工质侧出口连接sCO2布雷顿循环系统的工质输入端，热源的工质侧入口连接sCO2布雷顿循环系统的工质输出端；储热装置设置于热源的工质侧出口与sCO2布雷顿循环系统的工质输入端之间；储热装置用于储存热源流出的工质，并通过排放热源流出的工质到sCO2布雷顿循环系统中调节系统中负荷。本发明专利技术公开了快速调节负荷的超临界二氧化碳布雷顿循环系统，利用储热装置,负荷降低时存储高温高压工质，负荷升高时释放高温高压工质，可实现负荷快速调节的同时，保持较高的系统热效率。保持较高的系统热效率。保持较高的系统热效率。

【技术实现步骤摘要】
超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其使用方法


[0001]本专利技术涉及热力循环系统技术，具体涉及一种快速调节负荷的超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]由于能源匮乏及环境危机，提高能源利用率受到国内外学者的广泛关注。在众多的热力循环中，sCO2布雷顿循环由于其功率密度大，结构简单紧凑，效率高及工质安全无污染而脱颖而出。其应用研究已经拓展到了核能、太阳能、工业余热回收、地热、燃料电池等诸多领域。
[0003]超临界二氧化碳布雷顿循环是一种可实现高效热电转化的动力循环，以CO2为工质，利用布雷顿循环完成能量转化，在整个循环过程中始终保持CO2为超临界状态，该循环可利用的热源温度范围广(400℃
‑
700℃)、效率高(40％
‑
50％)，适用于太阳能、核能、分布式能源、船舶动力、燃料电池等多个领域，被认为是当前最具有发展前景的能量转换系统之一。
[0004]在系统运行过程中，经常需要运行于非设计工况，如何实现非设计工况下负荷的快速调节是研究过程中亟需解决的关键问题。目前的负荷调节主要包括两大类：阀门旁通或节流调节以及库存控制调节。阀门调节将具有高品位能量的工质旁通或节流，降低了能源利用率；而库存控制通过在冷端充入或排放工质实现负荷调节，具有系统响应慢的特点。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种通过调整蓄热罐的储存状态快速调节负荷的超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其使用方法，解决了系统响应缓慢的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，包括热源、sCO2布雷顿循环系统以及储热装置；
[0009]其中，热源的工质侧出口连接sCO2布雷顿循环系统的工质输入端，热源的工质侧入口连接sCO2布雷顿循环系统的工质输出端；
[0010]储热装置设置于热源的工质侧出口与sCO2布雷顿循环系统的工质输入端之间；
[0011]储热装置用于储存热源流出的工质，并通过排放热源流出的工质到sCO2布雷顿循环系统中调节系统中负荷。
[0012]sCO2布雷顿循环系统包括相连的第一透平和第二透平，第二透平与第一回热器的放热端入口相连，第一回热器的放热端出口与第二回热器的放热端入口相连。
[0013]其中，第二回热器放热端出口连接有两个回路，一个回路经过冷却器和主压缩机连接到第二回热器的吸热端入口；
[0014]另一个回路经过再压缩机，与第二回热器的吸热端出口一同连接到第一回热器的
吸热端入口。
[0015]储热装置包括热端库存罐和膨胀机；
[0016]热端库存罐连接于热源与第二透平的入口端之间；
[0017]膨胀机与第一透平装置同轴连接，且膨胀机的出口端与第一透平的出口端相连。
[0018]热端库存罐压力在主压缩机入口压力和再压缩机入口压力之间。
[0019]第一透平与主压缩机同轴设置。
[0020]第二透平与再压缩机同轴设置。
[0021]冷却器的冷源包括干空气或冷却水。
[0022]热源包括锅炉、核能、余热换热器或太阳能热源的一种或几种。
[0023]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统的使用方法，包括：
[0024]工质在热源中吸热，生成热源工质；
[0025]在系统降低负荷的情况下，热源工质侧与储热装置连通，储热装置与sCO2布雷顿循环系统中断，一部分热源工质进入储热装置中的热端库存罐，另一部分热源工质进入sCO2布雷顿循环系统中做功；
[0026]在系统升高负荷的情况下，热源工质侧与储热装置中断，储热装置与sCO2布雷顿循环系统连通，储热装置中的热源工质经膨胀后进入sCO2布雷顿循环系统与热源工质侧流入的工质汇合做功；
[0027]工质做功后流回热源中循环加热。
[0028](三)有益效果
[0029]从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其使用方法具有以下有益效果：
[0030]本专利技术公开了快速调节负荷的超临界二氧化碳布雷顿循环系统，利用储热装置，负荷降低时将热端具有高温高压能量的工质储存至可蓄热的储热装置中，负荷升高时将储热装置中储存的高温高压工质释放到sCO2布雷顿循环系统中做功，可实现负荷快速调节的同时，保持较高的系统热效率。
[0031]由于参与做功的工质为储热装置中的高温高压工质，因此相比于阀门旁通或节流调节以及库存控制调节可提高系统效率。
附图说明
[0032]图1是专利技术超临界二氧化碳布雷顿循环系统的结构示意图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0034]图1是专利技术超临界二氧化碳布雷顿循环系统的结构示意图。
[0035]如图1所示，根据本专利技术的一个方面，该超临界二氧化碳布雷顿循环系统，包括热源1、sCO2布雷顿循环系统2以及储热装置3。
[0036]热源1能够对工质进行加热升温，高压的工质在经过热源1后，吸收热量变为具有
高温高压的工质，然后将具有高温高压的工质排入进sCO2布雷顿循环系统2中做功，做功后的工质再返回热源1当中加热循环使用。
[0037]其中，热源1的工质侧出口连接sCO2布雷顿循环系统2的工质输入端，热源1的工质侧入口连接sCO2布雷顿循环系统2的工质输出端；
[0038]储热装置3设置于热源1的工质侧出口与sCO2布雷顿循环系统2的工质输入端之间；
[0039]储热装置3用于储存热源1流出的工质，并通过排放热源1流出的工质到sCO2布雷顿循环系统2中调节系统中负荷。
[0040]通过储热装置3的设置，能够在需要降低负荷的情况下将热端具有高温高压能量的工质储存至可蓄热的储热装置3中，在需要升高负荷的情况下，将储热装置3中储存的高温高压工质释放到sCO2布雷顿循环系统2中做功，可实现负荷快速调节的同时，保持较高的系统热效率。
[0041]根据本专利技术的实施例，sCO2布雷顿循环系统2包括相连的第一透平2
‑
1和第二透平2
‑
2，第二透平2
‑
2与第一回热器2
‑
3的放热端入口相连，第一回热器2
‑
3的放热端出口与第二回热器2
‑
4的放热端入口相连。
[0042]从热源1中排出的具有高温和高压的工质，一依次进入第一透平2
‑
1和第二透平2
‑
2中，工质做为流体所具有的能量在流动中，经过第一透平2
‑
1和第二透平2
‑
2的喷管时转换成动能，流过转子时流体冲击叶片，推动转子转动，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，包括热源、sCO2布雷顿循环系统以及储热装置；其中，所述热源的工质侧出口连接所述sCO2布雷顿循环系统的工质输入端，所述热源的工质侧入口连接所述sCO2布雷顿循环系统的工质输出端；所述储热装置设置于所述热源的工质侧出口与所述sCO2布雷顿循环系统的工质输入端之间；所述储热装置用于储存所述热源流出的工质，并通过排放所述热源流出的工质到所述sCO2布雷顿循环系统中调节系统中负荷。2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统，所述sCO2布雷顿循环系统包括相连的第一透平和第二透平，所述第二透平与第一回热器的放热端入口相连，所述第一回热器的放热端出口与第二回热器的放热端入口相连。3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统，其中，所述第二回热器放热端出口连接有两个回路，一个回路经过冷却器和主压缩机连接到所述第二回热器的吸热端入口；另一个回路经过再压缩机，与所述第二回热器的吸热端出口一同连接到所述第一回热器的吸热端入口。4.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统，所述储热装置包括热端库存罐和膨胀机；所述热端库存罐连接于所述热源与所述第二透平的入口端之间；所述膨胀机与所述第一透平装置同轴连接，且所述膨胀机的出口端与所述第一透...

【专利技术属性】
技术研发人员：田华，王瑞，舒歌群，王轩，李新宇，秦政，虞翔宇，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：