【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热能转换中多级热能回收转换与高效冷热电联产领域，涉及一种热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，尤其涉及一种改进型闭式超临界二氧化碳(sco2)布雷顿循环完全回收热源全梯度热量，以及利用氨水吸收式制冷循环与回热型sco2热泵循环，回收sco2布雷顿循环中的低温余热以实现高效冷热电联产的综合动力系统。
技术介绍
1、在工业生产中，利用各种物理与化学反应产生热能并转化为高品位能源的应用领域非常广泛，其中，可实现成熟应用的热源转换领域包括：1.太阳能、风能等利用自然能源产业；2.化石燃料等传统燃料行业；3.核能工业等。但上述领域中提供的热源形式的能级分布常不固定，而依靠单一热回收系统难以适应所有热源形式，并完全实现能量最大化高效回收。因此，设计新型热回收系统，充分挖掘梯级热能应用潜力，符合未来资源节约与能源减排的宗旨。以核能工业为例，自2002年第四届核能系统国际论坛召开后，各国对四代先进堆的研究迅速发展，而高温气冷快堆作为一种第四代闭式氦冷先进堆型，具有可持续性强、提供热源温度超高与清洁安全等优势，是未来堆型发展与设计的重要研究方向。特别的，allegro气冷快堆概念设计堆型是气冷快堆技术的第一项设计原型(doi：10.1016/j.nucengdes.2019.02.006)，其研究设计与测试越来趋向成熟。
2、常规核反应堆的热回收与功输出系统是基本型蒸汽动力系统，具有成本低且结构简单稳定的特点，在核动力领域广泛应用。但其配置大型蒸汽发生装置锅炉与冷凝器，不仅设备尺寸庞大，且热效率与输出功低。在
3、目前，对布雷顿循环优化的一种方案是改进循环结构，优化内部换热环境并提升热回收能力。在布雷顿循环与核反应堆循环的耦合中，在不影响循环内部换热效率与组件稳定换热环境下，sco2很难完全回收核反应堆的冷却热(doi：10.1016/j.enconman.2020.112649，doi：10.1002/er.8076)。对四代堆allegro而言，反应堆出口温度一般为500℃以上，而靠单级再压缩布雷顿循环仅能回收150℃范围左右的反应冷却热。这会使反应堆入口温度高于原本的设计温度(260℃)，大量冷却热将会被排至环境中，因而循环净输出功量会较低。优化布雷顿是充分回收l系统中内的梯级潜热，通过构建联合循环等形式高效合理回收排放到环境中的废热。由于sco2在临界点附近体现出的优秀热力学性能，可大大降低压缩过程中的能量损耗，通常需要使用预冷器在压缩机入口前将co2冷却至临界状态，大量sco2余热(60℃-90℃)通过预冷器排放到环境中并产生极高的循环热损失。若采用顶底循环的方式，通过回收sco2布雷顿循环中通过预冷器损耗的余热热能，可产生制冷、制热与发电的效果，可实现系统整体的热力学性能提升。由于多效能量输出的循环间耦合性能复杂且体积庞大，导致目前成熟的研究大多为两效产出循环的设计与优化。因此，改进循环布局，充分发挥废热与余热潜能，满足不同类型的能源需求，保持简单轻便的循环布局与优秀的循环性能是未来发展趋势。
技术实现思路
1、要解决的技术问题
2、为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，是一种氨水吸收式制冷循环与回热型sco2热泵循环耦合sco2布雷顿循环的可完全回收多种形式热源热量的高效冷热电联产系统，以解决现有余热回收系统利用热源热量与系统潜在能源不充分、能量输出形式单一与循环组件体积较大的问题。由sco2布雷顿循环、氨水吸收式制冷循环、回热型sco2热泵循环组成，可完全回收不同闭式热源的热量，回收布雷顿循环中预冷器处部分余热热量，根据需求调节产生所需的空调制冷效果与热水。通过在冷热电联产循环的关键换热部位应用印刷电路板式换热器以提升循环紧凑性与换热性能，提升新型布雷顿系统热能梯级回收转换效率，并满足不同工况下布雷顿系统的适应匹配能力与多种能效产出的需求。
3、技术方案
4、一种热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于包括sco2布雷顿循环、氨水吸收式制冷循环、回热型sco2热泵循环；热源系统的输出连接sco2布雷顿循环的高温加热器1和高温再热器2的输入，高温加热器1和高温再热器2的输出连接低温加热器3，低温加热器3的输出连接热源系统的输入；sco2布雷顿循环的二氧化碳储存罐16通过第一流量阀17连接氨水吸收式制冷循环的发生器22的输入，以及回热型sco2热泵循环的第二蒸发器36的输入；氨水吸收式制冷循环的发生器22的输出，以及回热型sco2热泵循环的第二蒸发器36的输出连接sco2布雷顿循环的预冷器4的输出；所述sco2布雷顿循环采用再压缩-再热型sco2布雷顿循环；所述连接均为管路连接。
5、所述sco2布雷顿循环采用再压缩-再热型sco2布雷顿循环，包括高温加热器1、高温再热器2、低温加热器3、预冷器4、压缩机5、再压缩机6、第一回热器7、再热器8、第一涡轮9、第二涡轮10、第三涡轮11、第四涡轮12、第二回热器13、第一发电机14、第一电机15、二氧化碳储存罐16、第一流量阀17和第二流量阀18；通过第一流量阀17通过氨水吸收式制冷循环提供热量后，经预冷器4冷却与压缩机5压缩，通过分流为一部分sco2流入第二回热器13提升过热度后，通过低温加热器3回收剩余热源热量，之后进入第三涡轮11膨胀做功，流入第二回热器13对来自压缩机5的sco2预热后，再次流入第四涡轮12膨胀做功，最后流入二氧化碳储存罐16；第二流量阀18的控制将二氧化碳储存罐16中的部分sco2作为热源为制冷与热泵循环提供热量，另一部分sco2送入再压缩机6压缩升温；流出压缩机5的另一部分sco2经第一回热器7提升过热度后，与来自第二流量阀18控制、经再压缩机6压缩后的sco2汇合，经回热器8进一步提升过热度后，先吸收高温加热器1的热源热量并流入第一涡轮9膨胀做功，再次流入高温加热器2的热源热量并流入第二涡轮10膨胀做功，最后经再热器8与第一回热器7向冷侧sco2传递热量后，流入二氧化碳储存罐16，以此循环。
6、所述sco2布雷顿循环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于包括SCO2布雷顿循环、氨水吸收式制冷循环、回热型SCO2热泵循环；热源系统的输出连接SCO2布雷顿循环的高温加热器(1)和高温再热器(2)的输入，高温加热器(1)和高温再热器(2)的输出连接低温加热器(3)，低温加热器(3)的输出连接热源系统的输入；SCO2布雷顿循环的二氧化碳储存罐(16)通过第一流量阀(17)连接氨水吸收式制冷循环的发生器(22)的输入，以及回热型SCO2热泵循环的第二蒸发器(36)的输入；氨水吸收式制冷循环的发生器(22)的输出，以及回热型SCO2热泵循环的第二蒸发器(36)的输出连接SCO2布雷顿循环的预冷器(4)的输出；所述SCO2布雷顿循环采用再压缩-再热型SCO2布雷顿循环；所述连接均为管路连接。
2.根据权利要求1所述热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于：所述SCO2布雷顿循环采用再压缩-再热型SCO2布雷顿循环，包括高温加热器(1)、高温再热器(2)、低温加热器(3)、预冷器(4)、压缩机(5)、再压缩机(6)、第一回热器(7)、再热器(8)
3.根据权利要求1所述热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于：所述SCO2布雷顿循环还包括回热型、再热型、再压缩型、级间冷却型或预压缩型多种SCO2布雷顿循环布局。
4.根据权利要求1所述热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于：所述的氨水吸收式制冷循环包括：精馏塔(19)、第一冷凝器(20)、第一节流阀(21)、发生器(22)、溶液热交换器(23)、第二节流阀(24)、吸收器(25)、第一蒸发器(26)、第二电机(27)和溶液泵(28)；发生器(22)中氨水溶液吸收来自S-CO2布雷顿循环的预冷器(4)中SCO2的热量后，进入精馏塔精馏(19)，通过冷却水的冷凝回流后在顶部产生氨气，而在底部产生低浓度的氨水溶液；精馏塔(19)顶部流出的氨气经第一冷凝器(20)冷凝成液态后，经第一节流阀(21)等焓膨胀至两相氨，第一蒸发器(26)中吸收环境热量实现制冷效果；从精馏塔(19)底部流出的氨水溶液经溶液热交换器(23)传递热量后，通过第二节流阀(24)降压至饱和状态，喷射进入吸收器(25)与来自第一蒸发器(26)的氨气充分混合，经冷却水的带走部分吸收热后，流入溶液泵(28)加压至发生器压力，经溶液热交换器(23)加热提升过热度后，流入发生器(22)，以此循环。
5.根据权利要求1所述热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于：所述的氨水吸收式制冷循环还包括单效型、多效型、压缩-吸收混合型多种氨水制冷循环布局。
6.根据权利要求1所述热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于：所述的回热型SCO2热泵循环包括：第三节流阀(29)、第五涡轮(30)、第三回热器(31)、第二压缩机(32)、第二冷凝器(33)、第二发电机(34)、第三电机(35)和第二蒸发器(36)；SCO2通过吸收来自S-CO2布雷顿循环的预冷器(4)中SCO2的热量后，经第三回热器(31)加热与第二压缩机(32)压缩后，在第二冷凝器(33)中加热冷侧工质以输出制热效果；流出第二冷凝器(33)的SCO2在第三回热器(31)向来自第二蒸发器(36)的SCO2传递热量后，经过第五涡轮(30)的膨胀做功与第三...
【技术特征摘要】
1.一种热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于包括sco2布雷顿循环、氨水吸收式制冷循环、回热型sco2热泵循环；热源系统的输出连接sco2布雷顿循环的高温加热器(1)和高温再热器(2)的输入，高温加热器(1)和高温再热器(2)的输出连接低温加热器(3)，低温加热器(3)的输出连接热源系统的输入；sco2布雷顿循环的二氧化碳储存罐(16)通过第一流量阀(17)连接氨水吸收式制冷循环的发生器(22)的输入，以及回热型sco2热泵循环的第二蒸发器(36)的输入；氨水吸收式制冷循环的发生器(22)的输出，以及回热型sco2热泵循环的第二蒸发器(36)的输出连接sco2布雷顿循环的预冷器(4)的输出；所述sco2布雷顿循环采用再压缩-再热型sco2布雷顿循环；所述连接均为管路连接。
2.根据权利要求1所述热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于：所述sco2布雷顿循环采用再压缩-再热型sco2布雷顿循环，包括高温加热器(1)、高温再热器(2)、低温加热器(3)、预冷器(4)、压缩机(5)、再压缩机(6)、第一回热器(7)、再热器(8)、第一涡轮(9)、第二涡轮(10)、第三涡轮(11)、第四涡轮(12)、第二回热器(13)、第一发电机(14)、第一电机(15)、二氧化碳储存罐(16)、第一流量阀(17)和第二流量阀(18)；通过第一流量阀(17)通过氨水吸收式制冷循环提供热量后，经预冷器(4)冷却与压缩机(5)压缩，通过分流为一部分sco2流入第二回热器(13)提升过热度后，通过低温加热器(3)回收剩余热源热量，之后进入第三涡轮(11)膨胀做功，流入第二回热器(13)对来自压缩机(5)的sco2预热后，再次流入第四涡轮(12)膨胀做功，最后流入二氧化碳储存罐(16)；第二流量阀(18)的控制将二氧化碳储存罐(16)中的部分sco2作为热源为制冷与热泵循环提供热量，另一部分sco2送入再压缩机(6)压缩升温；流出压缩机(5)的另一部分sco2经第一回热器(7)提升过热度后，与来自第二流量阀(18)控制、经再压缩机(6)压缩后的sco2汇合，经回热器(8)进一步提升过热度后，先吸收高温加热器(1)的热源热量并流入第一涡轮(9)膨胀做功，再次流入高温加热器(2)的热源热量并流入第二涡轮(10)膨胀做功，最后经再热器(8)与第一回热器(7)向冷侧sco2传递热量后，流入二氧化碳储存罐(16)，以此循环。
3.根据权利要求1所述热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于：所述sco2布雷顿循环还包括回热型、再热型、再压缩型、级间冷却型或预压缩型多种sco2布雷顿循环布局。
4.根据权利要求1所述热源适用广且热量全回收的高效冷热电联产布雷顿系统，其特征在于：所述的氨水吸收式制冷循环包括：精馏塔(19)、第一冷凝器(20)、第一节流阀(21)、发生器(22)、溶液热交换器(23)、第二节流阀(24)、吸收器...
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