一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法技术方案

本发明专利技术提供了一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法，属于发电技术领域，包括：将S

【技术实现步骤摘要】
一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法


[0001]本专利技术属于发电
，具体涉及一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法。

技术介绍

[0002]近年来，超临界二氧化碳布雷顿循环(SCBC)系统具有效率高、结构紧凑、热源适用范围广等优点，它被认为是最有前景的下一代动力转换系统之一。SCBC作为一种闭式循环，加上工质在近临界点处物性变化剧烈。启停过程作为一个重要的过渡阶段，需要设计相应的控制策略保证系统在启停过程中的安全性和快速性。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法，包括：
[0006]当超临界二氧化碳循环系统从100％负荷降低到10％负荷时：
[0007]若发电机转速大于3000rpm，减小透平进气阀V20朝向透平一侧的开度；若发电机转速小于3000rpm，增大透平进气阀V20朝向透平一侧的开度；当透平进气阀的开度小于80％时，打开CO2排出阀V17并关闭CO2充气阀V16，增大透平进气阀的开度；当透平进气阀的开度大于80％时，打开CO2充气阀V16并关闭CO2排出阀V17，减小透平进气阀开度；
[0008]当超临界二氧化碳循环系统从10％负荷降低到0的负荷时：
[0009]通过降低透平的入口温度调节超临界二氧化碳循环系统的变负荷；
[0010]当关闭超临界二氧化碳循环系统的设备时：
[0011]待透平的入口温度降至100℃以下，打开透平进气阀V20连接旁通阀V21一侧，关闭透平进气阀V20连接透平一侧；打开旁通阀V6，当流经锅炉工质流量小于额定流量的30％时关停锅炉，保证锅炉热负荷的降低速度大于流经锅炉工质流量的减小速度的前提下减小三通阀V4流经锅炉一股的开度；待锅炉完全停机后，将三通阀V4流经锅炉一股的开度降为0，调整旁通阀V6开度保证超临界二氧化碳循环系统的循环最低压力在8MPa；
[0012]关闭超临界二氧化碳循环系统中的再压缩机和主压缩机。
[0013]进一步，所述关闭再压缩机和主压缩机，包括：
[0014]降低再压缩机的转速；打开三通阀V1连接三通阀V2一侧，将再压缩机转速降低至0；
[0015]降低主压缩机的转速，打开CO2排出阀V17；当主压缩机转速降低至0时，从CO2排出阀V17抽空系统库存工质并从CO2充气阀V16充入保护气。
[0016]进一步，降低再压缩机的转速时，通过调整压缩机降速速率和回流阀V8的开度防止再压缩机发生喘振。
[0017]降低主压缩机的转速时，控制主压缩机降速速率、阀门V17开度和回流阀V13开度
防止主压缩机发生喘振。
[0018]进一步，还包括：当超临界二氧化碳循环系统变负荷时，如果超临界二氧化碳循环系统的循环分流系数小于0.318时，降低主压缩机的转速；
[0019]如果超临界二氧化碳循环系统的循环分流系数大于0.318时，升高主压缩机的转速。
[0020]进一步，当超临界二氧化碳循环系统变负荷时：
[0021]如果主压缩机入口实际压力值与主压缩机入口的设定压力值不等，将再压缩机入口压力偏差信号输入外环控制器PI2，利用外环控制器PI2得到再压缩机流量设定值；
[0022]测量再压缩机流量实际值，根据再压缩机流量实际值和再压缩机流量设定值得到再压缩机流量的偏差信号；
[0023]将再压缩机流量的偏差信号输入内环控制器PI3，利用内环控制器PI3控制再压缩机转速，通过内外环的串级控制系统将主压缩机入口压力控制在7.6MPa。
[0024]进一步，当超临界二氧化碳循环系统开启时：
[0025]从CO2排出阀V17抽空系统保护气，打开CO2充入阀V16；
[0026]启动主压缩机并提高主压缩机转速，启动低温回热器和预冷器；
[0027]待主压缩机、低温回热器和预冷器稳定运行后，启动再压缩机，逐步提高再压缩机的转速；
[0028]当再压缩机出口压力比主压缩机出口压力高时，改变三通阀V1的开度将再压缩机出口的CO2由三通阀V2转入三通阀V3，调整旁通阀V6开度保证压缩机入口状态为8MPa；
[0029]提高主压缩机、再压缩机转速，当超临界二氧化碳循环系统的循环流量大于额定流量的30％时，打开三通阀V4，提高锅炉的热负荷；
[0030]当透平入口工质温度达到100℃以上时，关闭旁通阀V21。
[0031]进一步，当超临界二氧化碳循环系统从0负荷升高到10％负荷时：
[0032]若发电机转速大于3000rpm，减小透平进气阀V20的开度；
[0033]若发电机转速小于3000rpm，增大透平进气阀V20的开度；
[0034]当透平进气阀的开度小于80％时，打开CO2排气阀并关闭CO2充气阀，增大透平进气阀的开度；
[0035]当透平进气阀的开度大于80％时，打开CO2充气阀并关闭CO2排气阀，减小透平进气阀开度；
[0036]当超临界二氧化碳循环系统的负荷为满负荷时，将透平的入口温度控制目标设置为600℃；其中，控制管壁的升温速率为每分钟10℃。
[0037]本专利技术提供的一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法具有以下有益效果：
[0038]本专利技术将S
‑
CO2布雷顿循环发电系统停机过程主要分为三个阶段：第一阶段为系统从100％负荷降低到10％负荷的负荷跟随过程，利用阀门库存耦合控制系统的降负荷，保证系统在宽负荷范围内热效率维持在较高值；第二阶段为系统从10％负荷降低到0的降负荷过程，该过程通过降低透平的入口温度来实现，这样既可以保证在降负荷过程循环流量不降低，又可避免系统低负荷运行时锅炉可能的爆管事故发生；第三个阶段为各设备停机的过程，该过程考虑了锅炉内工质流量过低时潜在的气冷壁超温爆管风险和循环最低压力低于临界压力时对压缩机的气蚀风险。解决了现有技术中，S
‑
CO2布雷顿循环系统的启停过
程控制不能兼顾安全性和快速性的问题。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本专利技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]图1为本专利技术的一种超临界二氧化碳循环系统示意图；
[0041]图2为本专利技术的一种超临界二氧化碳循环系统分阶段启动过程示意图；
[0042]图3为本专利技术的系统分流系数及最低压力控制策略示意图；
[0043]图4为本专利技术的阀门库存耦合变负荷控制策略示意图；
[0044]图5为本专利技术的S
‑
CO2布雷顿循环系统停机控制策略示意图；
[0045]图6为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法，其特征在于，包括：当超临界二氧化碳循环系统从100％负荷降低到10％负荷时：若发电机转速大于3000rpm，减小透平进气阀V20朝向透平一侧的开度；若发电机转速小于3000rpm，增大透平进气阀V20朝向透平一侧的开度；当透平进气阀的开度小于80％时，打开CO2排出阀V17并关闭CO2充气阀V16，增大透平进气阀的开度；当透平进气阀的开度大于80％时，打开CO2充气阀V16并关闭CO2排出阀V17，减小透平进气阀开度；当超临界二氧化碳循环系统从10％负荷降低到0的负荷时：通过降低透平的入口温度调节超临界二氧化碳循环系统的变负荷；当关闭超临界二氧化碳循环系统的设备时：待透平的入口温度降至100℃以下，打开透平进气阀V20连接旁通阀V21一侧，关闭透平进气阀V20连接透平一侧；打开旁通阀V6，当流经锅炉工质流量小于额定流量的30％时关停锅炉，保证锅炉热负荷的降低速度大于流经锅炉工质流量的减小速度的前提下减小三通阀V4流经锅炉一股的开度；待锅炉完全停机后，将三通阀V4流经锅炉一股的开度降为0，调整旁通阀V6开度保证超临界二氧化碳循环系统的循环最低压力在8MPa；关闭超临界二氧化碳循环系统中的再压缩机和主压缩机。2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法，其特征在于，所述关闭再压缩机和主压缩机，包括：降低再压缩机的转速；打开三通阀V1连接三通阀V2一侧，将再压缩机转速降低至0；降低主压缩机的转速，打开CO2排出阀V17；当主压缩机转速降低至0时，从CO2排出阀V17抽空系统库存工质并从CO2充气阀V16充入保护气。3.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法，其特征在于，降低再压缩机的转速时，通过调整压缩机降速速率和回流阀V8的开度防止再压缩机发生喘振。降低主压缩机的转速时，控制主压缩机降速速率、阀门V17开度和回流阀V13开度防止主压缩机发生喘振。4.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳循环系统的启停方法，其特征在于，还包括：当超临界二氧化碳循环系统变负荷时，如果超临界二氧化碳循环系统的循环分流系数小于0.31...

【专利技术属性】
技术研发人员：全向，孙兴业，高军，王研凯，杜荣华，郭洋，郭亚龙，刘铠瑞，刘斌，叶茂菁，陈相如，王利民，车得福，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：