一种具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组的制作方法

1.本发明涉及一种超临界二氧化碳发电机组，具体涉及一种具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组。


背景技术：

2.超临界二氧化碳(s
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co2)发电系统是一种以超临界状态的co2为工质的布雷顿循环系统，其循环过程是：首先，s
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co2经过压缩机升压；然后，利用外源加热器(锅炉)将s
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co2工质等压加热；其次，工质进入涡轮机，推动涡轮做功，涡轮带动电机发电；最后，s
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co2工质进入冷却器，恢复到初始状态。再进入压缩机，就形成一个闭式循环。
3.二氧化碳有一个很独特的物理性质：当温度达到30.98℃，压力达到7.38mpa时(即co2的临界点)，其物理状态介于液体和气体之间，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍。这种状态，称为“超临界”状态。处于超临界状态下的二氧化碳，密度比气体大，粘性比液体小，具有流动性强、传热效率高、可压缩性小等特点。相比于水373.95℃/22.04mpa的临界值，较低的能耗就能使co2达到临界态，利用它作为循环工质，火电机组的发电效率有望突破50％，该发电技术有着非常光明的应用前景。
4.当前超临界二氧化碳循环发电技术已经在kw级小型试验台上得到了理论验证并开展了优化提升工作，而更大规模的mw级实用机组则已进入实际建设阶段。一些在小型试验台未出现的问题，在mw级试验机组上开始暴露，管材的金属腐蚀即是其中一个较为重要的问题。部分研究者通过对比试验，得出高温下的co2气体对金属管材的氧化腐蚀程度，要低于水蒸气。而实际上，现场机组受到水压试验、化学清洗以及潮湿雨季影响，内部管道不可避免地会存留水分，而二氧化碳锅炉通常又不设置疏水门，这便会导致充入的co2气体，在高温下将会跟水蒸气混合，形成“碳酸蒸汽”。碳酸虽为弱酸，但在500℃以上的高温下，“酸腐蚀”反应的速率大大加快，依然会对金属材料的安全带来巨大威胁。在某施工现场，超临界二氧化碳机组在锅炉点火升温升压后，短时间内发生了多个法兰连接处，金属缠绕垫失效、泄漏的问题，造成了极大的人员、设备安全风险。由此可知，超临界二氧化碳机组的“碳酸腐蚀”问题必须得到足够重视。
5.若能在该闭式循环的低温低压处，设置一个除水装置，在机组运行过程中，定时开启以去除工质的水分，则可大大减轻管材、金属密封垫等面临的“碳酸腐蚀”风险。超临界二氧化碳机组系统组成如图2所示。系统温度与压力最低处为稳压罐。稳压罐的是一个具有较大容量的储气罐，为下游的压缩机提供气源。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组，该机组能够解决高温下二氧化碳与水蒸气混合后对金属材料产生碳酸腐蚀的问题。
7.为达到上述目的，本发明所述的具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组
包括稳压罐、压缩机、回热器、锅炉、透平发电机组、预冷器、冷却风扇、粗管冷却器、细管制冷器及排空管；
8.稳压罐的出口经压缩机后分为两路，其中一路经回热器的吸热侧与锅炉的入口相连通，锅炉的出口与透平发电机组的入口相连通，透平发电机组的排气口经回热器的放热侧与预冷器的入口相连通，预冷器的出口与稳压罐的入口相连通，另一路经粗管冷却器及细管制冷器与排空管相连通，细管制冷器位于稳压罐内，稳压罐的底部设置有排液口，冷却风扇正对粗管冷却器。
9.粗管冷却器经节流阀及细管制冷器与排空管相连通。
10.所述排液口处设置有排水阀。
11.压缩机为离心式压缩机。
12.回热器为印刷电路板式换热器。
13.预冷器为印刷电路板式换热器。
14.节流阀为电动调节阀。
15.细管制冷器及粗管冷却器均通过钢管缠绕而成。
16.本发明具有以下有益效果：
17.本发明所述的具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组在具体操作时，稳压罐输出的低温二氧化碳气体经压缩机增压后进入到回热器中，并在回热器中，与透平发电机组输出的较高温度乏气进行换热升温，然后再进入到锅炉中吸热升温至额定参数，锅炉输出的二氧化碳进入到透平发电机组中膨胀做功，透平发电机组排出的乏气进入到回热器中换热降温，然后进入到预冷器中冷却，再进入到稳压罐中，与细管制冷器中的低温介质换热降温，使得稳压罐中气体的温度降低，使得气体中的水蒸气凝结成液滴，并逐步滴落到稳压罐底部，以降低气体中的湿度，解决高温下二氧化碳与水蒸气混合后对金属材料产生碳酸腐蚀的问题。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；
19.图2为现有技术的结构示意图。
20.其中，1为稳压罐、2为压缩机、3为回热器、4为锅炉、5为透平发电机组、6为预冷器、7为冷却风扇、8为粗管冷却器、9为节流阀、10为细管制冷器、11为排水阀、12为排空管。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
22.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的
各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
23.参考图1，本发明所述的具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组包括稳压罐1、压缩机2、回热器3、锅炉4、透平发电机组5、预冷器6、冷却风扇7、粗管冷却器8、节流阀9、细管制冷器10、排水阀11及排空管12；
24.稳压罐1的出口经压缩机2后分为两路，其中一路经回热器3的吸热侧与锅炉4的入口相连通，锅炉4的出口与透平发电机组5的入口相连通，透平发电机组5的排气口经回热器3的放热侧与预冷器6的入口相连通，预冷器6的出口与稳压罐1的入口相连通，另一路经粗管冷却器8、节流阀9及细管制冷器10与排空管12相连通，细管制冷器10位于稳压罐1内，稳压罐1的底部设置有排液口，所述排液口处设置有排水阀11，冷却风扇7正对粗管冷却器8。
25.压缩机2为离心式压缩机；回热器3为印刷电路板式换热器；预冷器6为印刷电路板式换热器；节流阀9为电动调节阀。
26.本发明的工作过程为：
27.稳压罐1输出的低温二氧化碳气体经压缩机2增压后进入到回热器3中，并在回热器3中，与透平发电机组5输出的较高温度乏气进行换热升温，然后再进入到锅炉4中吸热升温至额定参数，锅炉4输出的二氧化碳进入到透平发电机组5中膨胀做功，以带动发电机发电，透平发电机组5排出的乏气进入到回热器3中换热降温，然后进入到预冷器6中冷却，再进入到稳压罐1中，完成下一次循环。
28.稳压罐1内的工质经压缩机2压缩后，压力升高，温度升高，再经粗管冷却器8在冷却风扇7的作用下与外界环境进行换热降温，然后经节流阀9进入到细管制冷器10中进一步降温，最后经排空管12排出。
29.稳压罐1底部的排水口处设置有排水阀11，细管制冷器10内低温工质与管外的气体进行换热，稳压罐1中的气体在遇到细管制冷器10时，水蒸气凝结成液滴，并逐步滴落到稳压罐1底部，并最终通过排水阀11排出。
30.机组在启动初期，本发明连续运行，机组带一定负荷后，除水装置可设置为定时运行，若连续两次稳压罐1底部无水排出，则说明工质内已无水分，除水装置可停用。