一种双工质联合循环发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种发电系统，具体涉及一种双工质联合循环发电系统。


背景技术：

2.在能源匮乏及环境危机的大背景下，提高能源利用率日益受到人们的重视。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.但这类循环也存在一个明显的技术难点，即冷却问题。超临界循环，尤其是像二氧化碳这样的超临界循环，其临界温度接近环境温度(31℃)，当冷端温度较低时其压缩功耗较小，热效率很高。但是它对冷端温度十分敏感，稍稍超过设计冷端温度后其热效率将大幅下降。因此，其冷端温度，即压缩机入口温度必须十分精确的控制。但是当夏季来临，在中国相当大的地区很难冷却到其所需的冷端温度，这将大大影响其效率，进而影响这项技术的推广。
4.这个问题可以通过混合工质来解决。当向co2中掺入其他工质，例如h2o后，其混合物临界点会变化，一些工质，例如h2o的掺入会提高混合物的临界点，这意味着在高压31℃的温度时，混合物即可被冷却为液态，这样一来，即便在夏季环境温度较高时，也可以保证混合物被冷却为液态，压缩功耗可以被控制到较小的量级。
5.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。
6.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。本实用新型正是为解决这一问题而提出的。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于解决超临界布雷顿循环发电系统在夏季时的冷端散热问题，提出了一种双工质联合循环发电系统，采用了技术难度相对较低，可行性较高的方法，提高系统热效率。
8.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
9.一种双工质联合循环发电系统，包括热源1，所述热源1的出口与透平2的入口相连通，透平2的出口与高温回热器3的热侧入口相连通，高温回热器3的热侧出口与中温回热器4的热侧入口相连通，中温回热器4的热侧出口与中温气液分离器5的中部入口相连通，中温气液分离器5的顶部出口与再压缩机6的入口相连通，中温气液分离器5的底部出口与低温
回热器7的热侧入口相连通，低温回热器7的热侧出口与低温气液分离器8的中部入口相连通，低温气液分离器8的顶部出口与预冷器9的热侧入口相连通，预冷器9的热侧出口与主压缩机10的入口相连通，主压缩机10的出口与低温回热器7的冷侧入口相连通，低温气液分离器8的底部出口与液体泵11的入口相连通，液体泵11的出口与低温回热器7的冷侧出口汇合后与中温回热器4的冷侧入口相连通，中温回热器4的冷侧出口与再压缩机6的出口汇合后与高温回热器3的冷侧入口相连通，高温回热器3的冷侧出口与热源1的入口相连通。
10.所述中温气液分离器5和低温气液分离器8中的压力为7.2mpa～7.6mpa，中温气液分离器5的温度为130℃～170℃，低温气液分离器8的温度为65℃～85℃。
11.所述中温气液分离器5和低温气液分离器8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。
12.所述的一种双工质联合循环发电系统的工作方法，处于混合状态的co2和h2o超临界混合工质在热源1中被加热，然后进入透平2做功，压力降低后仍然处于超临界状态，然后依次进入高温回热器3的热侧以及中温回热器4的热侧放热，随着工质温度降低，混合物中部分h2o可以被分离出来，混合工质在中温气液分离器5中被分离，co2从顶部出口流出，进入再压缩机6被增压，气液混合物从中温气液分离器5的底部流出，进入低温回热器7的热侧继续放热，在低温回热器7中大部分h2o被冷却为液态，进入低温气液分离器8中再次被分离，co2从低温气液分离器8的顶部流出，进入预冷器9被进一步冷却，然后在主压缩机10中被增压，随后进入低温回热器7的冷侧吸热，而低温气液分离器8的底部流出的h2o进入液体泵11，被液体泵11增压后与低温回热器7的冷侧出口的co2混合进入中温回热器4的冷侧继续吸热，两种工质在中温回热器4吸热并混合为超临界混合工质，然后与再压缩机6的出口工质汇合依次进入高温回热器3和热源1继续吸热，完成整个循环。
13.和现有技术相比较，本实用新型具有以下有益效果：
14.所述的一种双工质联合循环发电系统，该系统中采用了h2o与co2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。该系统由于将co2与h2o在低温端分开，避免了超临界混合物参数的限制，温度和压力应用范围大大增加。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
15.图1为本实用新型系统的结构示意图。
16.其中，热源1、透平2、高温回热器3、中温回热器4、中温气液分离器5、再压缩机6、低温回热器7、低温气液分离器8、预冷器9、主压缩机10、液体泵11。
具体实施方式
17.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
18.如图1所示，本实用新型所述一种双工质联合循环发电系统，包括热源1、透平2、高温回热器3、中温回热器4、中温气液分离器5、再压缩机6、低温回热器7、低温气液分离器8、预冷器9、主压缩机10和液体泵11。
19.所述热源1的出口与透平2的入口相连通，透平2的出口与高温回热器3的热侧入口
相连通，高温回热器3的热侧出口与中温回热器4的热侧入口相连通，中温回热器4的热侧出口与中温气液分离器5的中部入口相连通，中温气液分离器5的顶部出口与再压缩机6的入口相连通，中温气液分离器5的底部出口与低温回热器7的热侧入口相连通，低温回热器7的热侧出口与低温气液分离器8的中部入口相连通，低温气液分离器8的顶部出口与预冷器9的热侧入口相连通，预冷器9的热侧出口与主压缩机10的入口相连通，主压缩机10的出口与低温回热器7的冷侧入口相连通，低温气液分离器8的底部出口与液体泵11的入口相连通，液体泵11的出口与低温回热器7的冷侧出口汇合后与中温回热器4的冷侧入口相连通，中温回热器4的冷侧出口与再压缩机6的出口汇合后与高温回热器3的冷侧入口相连通，高温回热器3的冷侧出口与热源1的入口相连通。
20.作为本实用新型的优选实施方式，所述中温气液分离器5和低温气液分离器8中的压力为7.2mpa～7.6mpa，在此压力范围内可保持低温液体保持液体，低温co2接近临界点，压缩功最小；中温气液分离器5的温度为130℃～170℃，低温气液分离器8的温度为65℃～85℃，在此温度范围内可保证液体泵(11)的出口温度与低温回热器(7)出口温度匹配，系统效率最优。
21.作为本实用新型的优选实施方式，所述中温气液分离器5和低温气液分离器8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，混合物可在罐体入口处产生明显的突扩效应，有利于气液分离。
22.本实用新型系统的具体工作过程为：
23.处于混合状态的co2和h2o超临界混合工质在热源1中被加热，然后进入透平2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，然后依次进入高温回热器3的热侧以及中温回热器4的热侧放热，随着工质温度降低，混合物中部分h2o可以被分离出来，混合工质在中温气液分离器5中被分离，co2从顶部出口流出，进入再压缩机6被增压，气液混合物从中温气液分离器5的底部流出，进入低温回热器7的热侧继续放热，在低温回热器7中大部分h2o被冷却为液态，进入低温气液分离器8中再次被分离，co2从低温气液分离器8的顶部流出，进入预冷器9被进一步冷却，然后在主压缩机10中被增压，随后进入低温回热器7的冷侧吸热，而低温气液分离器8的底部流出的h2o进入液体泵11，被液体泵11增压后与低温回热器7的冷侧出口的co2混合进入中温回热器4的冷侧继续吸热，两种工质在中温回热器4吸热并混合为超临界混合工质，然后与再压缩机6的出口工质汇合依次进入高温回热器3和热源1继续吸热，完成整个循环。
24.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。