一种混合物跨临界循环余热回收系统的制作方法

1.本实用新型涉及发电系统技术领域，具体涉及一种混合物跨临界循环余热回收系统。


背景技术：

2.目前在众多热力循环当中，超临界布雷顿循环是一种最有优势的循环形式。新型超临界工质二氧化碳、氦气和氧化二氮等具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。
3.但这传统的超临界co2布雷顿循环对于余热回收来说有一定困难，余热热源的温度是逐步降低的，余热回收更加关注能够从固定的余热热源中最终获取多少电能，而不单单关注热效率。一般来说余热热源的烟温降得更低则从余热热源中回收的热量越多，则有可能输出的电能也更多，而传统的超临界co2布雷顿循环通过回热后进入热源加热器的co2工质温度非常高，这意味着低温部分的热量无法回收。相反，此时朗肯循环则可以从低温热源中回收大部分热量。若能够将两者结合起来则可以更好的发挥余热热源的作用。因此对于余热回收来说更为合适的循环形式是跨临界混合工质循环。co2中混合h2o后，可以更好的吸收低温烟气部分的热量，余热热源的作用可以得到更好的发挥。
4.但co2混合物也会遇到一些问题。例如向co2中掺入h2o后可以很好的调整混合物物性，但是由于两种物质物性本身相差较大，混合物比较容易出现分离现象，尤其是在系统中出现节流或者突变的部位，例如过滤器、阀门、储罐进出口等部位。并且，若要保持超临界混合态，两种物质的配比要求比较精确，且对系统参数设置有很大限制，否则会影响混合状态以及物性。这样对于混合物循环的实际应用限制较大。
5.若有一个系统可以实现部分部位是混合物状态，部分部位是两种单相工质状态，并且保证压缩机和泵等重要设备正常运行，不出现汽蚀、液击等现象，则可以大大提高系统的应用范围。本实用新型正式为解决这一问题而提出的。


技术实现要素：

6.为了克服超临界布雷顿循环发电系统应用于余热回收时遇到的问题，提出了一种混合物跨临界循环余热回收系统，采用了技术难度相对较低，可行性较高的方法，回收了更多热量，输出更多功率。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
8.一种混合物跨临界循环余热回收系统，包括高温透平1，所述高温透平1的介质出口与高温回热器2的热侧入口相连接，高温回热器2的热侧出口与中温回热器3的热侧入口相连接，中温回热器3的热侧出口与气液分离器4的入口相连接，气液分离器4的液体侧出口与液体泵5的入口相连接，气液分离器4的气体侧出口与低温回热器6的热侧入口相连接，低温回热器6的热侧出口与预冷器7的热侧入口相连接，预冷器7的热侧出口与主压缩机8的入口相连接，主压缩机8的出口分为两路，一路与低温烟气加热器9的低温侧入口相连通，另一
路与低温回热器6的低温侧入口相连通，低温回热器6的低温侧出口与液体泵5的出口相汇合后与中温回热器3的冷侧入口相连通，中温回热器3的冷侧出口分为两路，一路与中温烟气加热器10的冷侧入口相连通，另一路与高温回热器2的低温侧入口相连通，高温回热器2的低温侧出口与高温烟气加热器12的低温侧入口相连通，高温烟气加热器12的低温出口与高温透平1的入口相连通，低温烟气加热器9的低温侧出口与中温回热器3的冷侧出口汇合后与中温烟气加热器10的冷侧入口相连通，中温烟气加热器10的冷侧出口分为两路，一路与低温透平11的入口相连通，另一路与高温烟气加热器12的低温出口汇合后与高温烟气加热器12的低温侧入口相连通，低温透平11的出口与高温回热器2的热侧出口汇合后与中温回热器3的热侧入口相连接，高温烟气加热器12的低温侧出口与高温透平1的入口相连通，高温烟气加热器12的高温侧出口与中温烟气加热器10的高温侧入口相连通，中温烟气加热器10的高温侧出口与低温烟气加热器9的高温侧入口相连通。
9.所述气液分离器4中的压力在7.2mpa到7.6mpa之间，温度在130℃到170℃之间。在此温度和压力下，保证co2处于超临界态并且密度更接近气体，而水处于液体。
10.所述气液分离器4的罐体直径与入口管道管径之比大于10，罐体有效容积高度与罐体直径之比大于1。在此尺寸比例下流通面积突扩明显，更有利于气液分离。
11.一种混合物跨临界循环余热回收系统的运行方法，包括以下步骤；
12.处于混合状态的超临界混合工质在高温烟气加热器12中被加热到最高参数，然后进入高温透平1做功，压力降低后的混合工质温度仍然较高，仍然处于超临界状态，依次进入高温回热器2的热侧以及中温回热器3的热侧放热，随着工质温度降低，混合物中的h2o和co2在气液分离器4中被分离，c2o从顶部出口流出，进入低温回热器6、预冷器7的热侧继续放热，液态h2o从气液分离器4的底部流出进入液体泵5被增压，被冷却后的co2进入主压缩机8被增压，然后分为两路，一路进入低温烟气加热器9的低温侧吸热，另一路进入低温回热器6的冷侧吸热，然后与液体泵5出口的高压h2o汇合后进入中温回热器3的冷侧吸收热量，此时co2与h2o又处于超临界混合状态，中温回热器3的冷侧出口的超临界混合物分为两路，分别进入中温烟气加热器10低温侧和高温回热器2的冷侧吸收热量，中温烟气加热器10低温侧出口的部分超临界混合工质直接进入低温透平11做功，然后与高温回热器2热侧出的工质汇合后进入中温回热器3的热侧入口，另一部分工质与高温回热器2的冷侧出口的工质汇合后进入高温烟气加热器12继续被加热，完成整个循环。
13.所述高温烟气从高温烟气加热器12的高温侧入口进入，依次通过高温烟气加热器12、中温烟气加热器10、低温烟气加热器9的高温侧放热，之后从低温烟气加热器9的高温侧出口排出外界中。
14.本实用新型的有益效果：
15.本实用新型中采用了h2o与c2o的混合物作为工质，工质在高温部位处于超临界混合状态，而在低温部位部分h2o会与co2分离，co2采用压缩机进行压缩升压，h2o采用水泵增压。该系统用水泵代替传统co2布雷顿循环中的再压缩机，压缩液体消耗的功耗比再压缩机功耗小很多，并且同样提高了高压水的温度，这样一来，压缩机出口的低温工质可以吸收更多低温热源的热量，解决了低温工质吸热量与热源放热量不匹配的问题。同时避免了气体压缩过程中带液，液体压缩过程中汽化的现象。提高了设备安全稳定性。
附图说明
16.图1为本实用新型系统的结构示意图。
17.其中，高温透平1、高温回热器2、中温回热器3、气液分离器4、液体泵5、低温回热器6、预冷器7、主压缩机8、低温烟气加热器9、中温烟气加热器10、低温透平11、高温烟气加热器12。
具体实施方式
18.下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
19.如图1所示，本实用新型所述一种混合物跨临界循环余热回收系统，包括依次连通的高温透平1、高温回热器2、中温回热器3、气液分离器4、液体泵5、低温回热器6、预冷器7、主压缩机8、低温烟气加热器9、中温烟气加热器10、低温透平11、高温烟气加热器12。
20.所述高温透平1的出口与高温回热器2的热侧入口相连接，高温回热器2的热侧出口与中温回热器3的热侧入口相连接，中温回热器3的热侧出口与气液分离器4的入口相连接，气液分离器4的液体侧出口与液体泵5的入口相连接，气液分离器4的气体侧出口与低温回热器6的热侧入口相连接，低温回热器6的热侧出口与预冷器7的热侧入口相连接，预冷器7的热侧出口与主压缩机8的入口相连接，主压缩机8的出口分为两路，一路与低温烟气加热器9的低温侧入口相连通，另一路与低温回热器6的低温侧入口相连通，低温回热器6的低温侧出口与液体泵5的出口相汇合后与中温回热器3的冷侧入口相连通，中温回热器3的冷侧出口分为两路，一路与中温烟气加热器10的冷侧入口相连通，另一路与高温回热器2的低温侧入口相连通，高温回热器2的低温侧出口与高温烟气加热器12的低温侧入口相连通，高温烟气加热器12的低温出口与高温透平1的入口相连通，低温烟气加热器9的低温侧出口与中温回热器3的冷侧出口汇合后与中温烟气加热器10的冷侧入口相连通，中温烟气加热器10的冷侧出口分为两路，一路与低温透平11的入口相连通，另一路与高温烟气加热器12的低温出口汇合后与高温烟气加热器12的低温侧入口相连通，低温透平11的出口与高温回热器2的热侧出口汇合后与中温回热器3的热侧入口相连接，高温烟气加热器12的低温侧出口与高温透平1的入口相连通，高温烟气加热器12的高温侧出口与中温烟气加热器10的高温侧入口相连通，中温烟气加热器10的高温侧出口与低温烟气加热器9的高温侧入口相连通。
21.本实用新型系统的具体工作过程为：
22.处于混合状态的超临界混合工质在高温烟气加热器12中被加热到最高参数，然后进入高温透平1做功，压力降低后的混合工质温度仍然较高，仍然处于超临界状态，依次进入高温回热器2的热侧以及中温回热器3的热侧放热，随着工质温度降低，混合物中的h2o和co2在气液分离器4中被分离，c2o从顶部出口流出，进入低温回热器6、预冷器7的热侧继续放热，液态h2o从气液分离器4的底部流出进入液体泵5被增压，被冷却后的co2进入主压缩机8被增压，然后分为两路，一路进入低温烟气加热器9的低温侧吸热，另一路进入低温回热器6的冷侧吸热，然后与液体泵5出口的高压h2o汇合后进入中温回热器3的冷侧吸收热量，此时co2与h2o又处于超临界混合状态，中温回热器3的冷侧出口的超临界混合物分为两路，分别进入中温烟气加热器10低温侧和高温回热器2的冷侧吸收热量，中温烟气加热器10低温侧出口的部分超临界混合工质直接进入低温透平11做功，然后与高温回热器2热侧出的工质汇合后进入中温回热器3的热侧入口，另一部分工质与高温回热器2的冷侧出口的工质汇合
后进入高温烟气加热器12继续被加热，完成整个循环。在本系统中，高温烟气从高温烟气加热器12的高温侧入口进入，依次通过高温烟气加热器12、中温烟气加热器10、低温烟气加热器9的高温侧放热，之后从低温烟气加热器9的高温侧出口排出外界中。
23.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。