CN108661731B - 一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***及方法，该***包括依次连通的热源、超临界布雷顿循环***、蓄冷***和冷却***；本发明通过蓄冷***及调节方法可以有效的解决热力***夏季白天环境温度较高时的散热问题，保证***冷端温度，保障***热效率。

Description

一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***及方法
技术领域
本发明涉及一种发电***，具体涉及一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***及方法。
背景技术
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，***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。
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，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。但是当来到夏季，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。
但是这个问题并非没有简单的解决方法。中国中西部相当大的地区是属于地广人稀，能源丰富地区，无论是化石能源，或太阳能都十分丰富，也是能源东输的主要地区。这些地区虽然夏季白天气温可以十分高，但是温差普遍很大，即便在夏季，夜间气温也很低。因此可以在夜间将所需排出的热量冷却下来，并将这部分冷量储存，等到白天再去冷却超临界接循环冷端工质。
储冷也属于储能的一种，热力***储能在光热太阳能中已经普遍应用，其可行性早已得到充分验证。而超临界循环储冷的技术要求远低于光热太阳能储热，其所需介质即为廉价的水等介质(是闭式循环水，不需要消耗)；储存温度很低，并且是欲对其散热，故无需考虑保温；蓄冷量必然小于同等规模发电***的蓄热量，因为热力***的热力平衡大致为：高温热源输入热量＝发电量+低温热源散热量，故为低温热源散热而储存的蓄冷量必然小于对高温热源输入而储存的蓄热量，并且由于布雷顿循环冷端散热时是变温散热，而非朗肯循环的恒温散热，故蓄冷介质有一定的温升空间，储存量可以接受。故本技术的可行性无需质疑。
发明内容
本发明的目的在于解决超临界布雷顿循环发电***夏季的冷端散热问题，提出了一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***及方法，采用了技术难度相对较低，可行性较高的方法，提高***热效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***，包括依次连通的热源 1、超临界布雷顿循环***4、蓄冷***2和冷却***3。
所述超临界布雷顿循环***4包括透平4-1、高温回热器4-2、低温回热器4-3、预冷器4-4、主压缩机4-5和再压缩机4-6；透平4-1的入口与热源1工质侧出口相连通，透平4-1的出口与高温回热器4-2的放热侧入口相连通，高温回热器4-2的放热侧出口与低温回热器4-3放热侧入口相连通，低温回热器4-3的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器4-4工质侧入口相连通，预冷器4-4的工质侧出口与主压缩机4-5的入口相连通，主压缩机4-5的出口与低温回热器 4-3吸热侧入口相连通，低温回热器4-3放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机4-6入口相连通，再压缩机4-6出口与低温回热器4-3 吸热侧出口工质汇合后与高温回热器4-2吸热侧入口相连通，高温回热器4-2吸热侧出口与热源1入口相连通。
所述冷却***3为冷却塔；所述蓄冷***包括高温储罐2-1和低温储罐2-2，高温储罐2-1的入口与预冷器4-4冷侧出口相连通，高温储罐2-1的出口与冷却塔入口相连通，低温储罐2-2的出口与预冷器4-4冷侧入口相连通，低温储罐2-2的入口与冷却塔出口相连通。
所述热源1为锅炉、余热换热器或太阳能。
所述的带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***的工作方法，在夏季环境温度达到较高温度时，白天先采用蓄冷***2中储存的冷却介质冷却超临界布雷顿循环***中的预冷器的工质，将温度升高后的冷却介质储存在高温储罐2-1当中；到夜间时，将温度升高后的冷却介质从高温储罐2-1中通入冷却***3冷却，夜间温度较低，已经有能力将这些冷却介质冷却至所需要的冷端温度，若超临界布雷顿循环发电***在夜间仍然持续发电，冷却***3也能够将热力循环新产生的高温冷却介质冷却下来，并且将大量冷却后的低温冷却介质储存在低温储罐2-2当中，以供第二天白天使用；在超临界布雷顿循环***4中，被热源1加热后的超临界工质进入透平***4-1做功，做功后的高温低压乏汽依次进入高温回热器4-2、低温回热器4-3的放热侧放热，放热后的低温低压超临界工质再进入预冷器4-4工质侧被冷却，被冷却后的超临界工质分为两路，一路进入压缩机4-5，在压缩机4-5中被增压后的高压超临界工质进入低温回热器4-3吸热侧吸热，从低温回热器4-3放热侧出口分流出来的第二路超临界工质直接进入再压缩机4-6被压缩，之后与从低温回热器4-3吸热后的第一路超临界工质汇合后进入高温回热器4-2吸热侧，在高温回热器4-2中吸热后再进入热源1中被加热，完成整个超临界工质循环流程。用于冷却预冷器 4-4中工质的冷却介质，即来自低温储罐中2-2中的低温冷却介质，升温之后的冷却介质进入高温储罐2-1之中。
和现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
所述的一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***及方法，可以有效的解决热力***夏季白天环境温度较高时的散热问题，保证***冷端温度，保障***热效率。
现有的热电厂都不带有蓄冷装置，其中一个重要原因是现有热电厂以水作为循环介质，水在冷端冷却时存在凝结过程，在凝结过程中水的温度是恒定的，也即是说若想采用类似的蓄冷技术，其温差必须很大，否则无法实现换热。而超临界布雷顿循环的冷却温度是变化的，所以蓄冷介质只需要比预冷中工质温度稍低即可，使得这项技术的推广有了更大的可行性。
采用了蓄冷技术之后，超临界布雷顿循环冷端温度可以得到有效的维护，可以稳定的保持在临界点附近，将压缩机功耗降到最小，同时保证压缩机稳定的运行，并且提供***所需的流量和压力。
采用了蓄冷技术之后，超临界布雷顿循环发电***具有了更强的环境适应能力，尤其是在昼夜温差较大且缺水的地区，只需要增加不大的投资即可保持全天都达到较低的冷端温度，保持较高的***热效率，提高***经济性。
附图说明
图1为本发明***的结构示意图。
其中，1为热源，2为蓄冷***，3为冷却***，4为超临界布雷顿循环***。超临界布雷顿循环***包括：透平4-1、高温回热器4-2、低温回热器4-3、预冷器4-4、主压缩机4-5、再压缩机4-6。蓄冷***包括：高温储罐2-1和低温储罐2-2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明所述一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***，包括依次连通的热源1、超临界布雷顿循环***4、蓄冷***2 和冷却***3。其中的超临界布雷顿循环***4包括透平4-1、高温回热器4-2、低温回热器4-3、预冷器4-4、主压缩机4-5和再压缩机4-6；透平4-1的入口与热源1工质侧出口相连通，透平4-1的出口与高温回热器4-2的放热侧入口相连通，高温回热器4-2的放热侧出口与低温回热器4-3放热侧入口相连通，低温回热器4-3的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器4-4工质侧入口相连通，预冷器4-4 的工质侧出口与主压缩机4-5的入口相连通，主压缩机4-5的出口与低温回热器4-3吸热侧入口相连通，低温回热器4-3放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机4-6入口相连通，再压缩机4-6出口与低温回热器4-3吸热侧出口工质汇合后与高温回热器4-2吸热侧入口相连通，高温回热器4-2吸热侧出口与热源1入口相连通。
蓄冷***2包括高温储罐2-1和低温储罐2-2，高温储罐2-1的入口与预冷器4-4冷侧出口相连通，高温储罐2-1的出口与冷却塔3 入口相连通，低温储罐2-2的出口与预冷器4-4冷侧入口相连通，低温储罐2-2的入口与及冷却塔3出口相连通。
本发明***的具体工作过程为：
在夏季环境温度达到较高温度时，白天先采用蓄冷***2中储存的冷却介质冷却超临界布雷顿循环***中的预冷器的工质，将温度升高后的冷却介质储存在高温储罐2-1当中；到夜间时，将温度升高后的冷却介质从高温储罐2-1中通入冷却塔冷却，夜间温度较低，已经有能力将这些冷却介质冷却至所需要的冷端温度，若超临界布雷顿循环发电***在夜间仍然持续发电，冷却塔也可以将热力循环新产生的高温冷却介质冷却下来，并且将大量冷却后的低温冷却介质储存在低温储罐2-2当中，以供第二天白天使用；在超临界布雷顿循环***4 中，被热源1加热后的超临界工质进入透平***4-1做功，做功后的高温低压乏汽依次进入高温回热器4-2、低温回热器4-3的放热侧放热，放热后的低温低压超临界工质再进入预冷器4-4工质侧被冷却，被冷却后的超临界工质分为两路，一路进入压缩机4-5，在压缩机4-5 中被增压后的高压超临界工质进入低温回热器4-3吸热侧吸热，从低温回热器4-3放热侧出口分流出来的第二路超临界工质直接进入再压缩机4-6被压缩，之后与从低温回热器4-3吸热后的第一路超临界工质汇合后进入高温回热器4-2吸热侧，在高温回热器4-2中吸热后再进入热源1中被加热，完成整个超临界工质循环流程。用于冷却预冷器4-4中工质的冷却介质，即来自低温储罐中2-2中的低温冷却介质，升温之后的冷却介质进入高温储罐2-1之中。
但图1所示超临界布雷顿循环***4的其它布局不影响本发明的应用，本发明的内容对于超临界循环***的其它布局也适用，因此本发明中的超临界布雷顿循环***4是广泛意义上的超临界布雷顿循环***，而非局限于图示布局。例如其它超临界布雷顿循环***可采用多级透平***，或带再热的透平***，也可不采用分流再压缩***，即只采用一个主压缩机，没有图中再压缩机，并将图中两个回热器合并为一个回热器，等等。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、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，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***的工作方法，该***包括依次连通的热源(1)、超临界布雷顿循环***(4)、蓄冷***(2)和冷却***(3)；
所述超临界布雷顿循环***(4)包括透平(4-1)、高温回热器(4-2)、低温回热器(4-3)、预冷器(4-4)、主压缩机(4-5)和再压缩机(4-6)；透平(4-1)的入口与热源(1)工质侧出口相连通，透平(4-1)的出口与高温回热器(4-2)的放热侧入口相连通，高温回热器(4-2)的放热侧出口与低温回热器(4-3)放热侧入口相连通，低温回热器(4-3)的放热侧出口分流为两路，一路与预冷器(4-4)工质侧入口相连通，预冷器(4-4)的工质侧出口与主压缩机(4-5)的入口相连通，主压缩机(4-5)的出口与低温回热器(4-3)吸热侧入口相连通，低温回热器(4-3)放热侧出口分流出来的另一路与再压缩机(4-6)入口相连通，再压缩机(4-6)出口与低温回热器(4-3)吸热侧出口工质汇合后与高温回热器(4-2)吸热侧入口相连通，高温回热器(4-2)吸热侧出口与热源(1)入口相连通；所述蓄冷***包括高温储罐(2-1)和低温储罐(2-2)，高温储罐(2-1)的入口与预冷器(4-4)冷侧出口相连通，高温储罐(2-1)的出口与冷却塔入口相连通，低温储罐(2-2)的出口与预冷器(4-4)冷侧入口相连通，低温储罐(2-2)的入口与冷却塔出口相连通；
其特征在于，所述工作方法为：在夏季环境温度达到较高温度时，白天先采用蓄冷***(2)中储存的冷却介质冷却超临界布雷顿循环***中的预冷器的工质，将温度升高后的冷却介质储存在高温储罐(2-1)当中；到夜间时，将温度升高后的冷却介质从高温储罐(2-1)中通入冷却***(3)冷却，夜间温度较低，已经有能力将这些冷却介质冷却至所需要的冷端温度，若超临界布雷顿循环发电***在夜间仍然持续发电，冷却***(3)也能够将热力循环新产生的高温冷却介质冷却下来，并且将大量冷却后的低温冷却介质储存在低温储罐(2-2)当中，以供第二天白天使用；在超临界布雷顿循环***(4)中，被热源(1)加热后的超临界工质进入透平***(4-1)做功，做功后的高温低压乏汽依次进入高温回热器(4-2)、低温回热器(4-3)的放热侧放热，放热后的低温低压超临界工质再进入预冷器(4-4)工质侧被冷却，被冷却后的超临界工质分为两路，一路进入压缩机(4-5)，被增压后的高压超临界工质进入低温回热器(4-3)吸热侧吸热，从低温回热器(4-3)放热侧出口分流出来的第二路超临界工质直接进入再压缩机(4-6)，被压缩之后与从低温回热器(4-3)吸热侧吸热后的第一路超临界工质汇合，再进入高温回热器(4-2)吸热侧，在高温回热器(4-2)中吸热后再进入热源(1)中被加热，完成整个超临界工质循环流程；用于冷却预冷器(4-4)中工质的冷却介质来自低温储罐中(2-2)中的低温冷却介质，升温之后的冷却介质进入高温储罐(2-1)之中。
2.根据权利要求1所述的一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***的工作方法，其特征在于，所述冷却***(3)为冷却塔；
3.根据权利要求1所述的一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***的工作方法，其特征在于，所述热源(1)为锅炉、余热换热器或太阳能。
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