[发明专利]布雷顿循环系统

说明书

本发明公开了一种布雷顿循环系统，包括布雷顿循环模块、碳粉储罐以及氧气储罐。布雷顿循环模块包括热源、燃烧腔、透平、发电机、回热器、预冷器以及压缩机，碳粉储罐、氧气储罐所提供的碳粉、氧气在燃烧腔内燃烧并生成循环工质，循环工质经加热后依次进入透平膨胀做功、经热侧进口进入回热器放热，然后循环工质在回热器热测出口进行分流，一部分通过射流放气口离开系统；一部分依次进入预冷器预冷、经压缩机压缩，然后经冷侧进口进入回热器，离开回热器的循环工质回到燃烧腔，形成一个循环的热回路。本发明的布雷顿循环系统结合聚光加热和化石燃烧技术，强化循环工质的吸热能力以使其达到更高的温度，布雷顿循环模块的系统效率得到提高。

技术领域

本发明涉及光热发电技术领域，特别涉及一种布雷顿循环系统。

背景技术

我国的能源结构长期维持以煤炭为主的状态，这导致能源短缺和环境污染等问题日渐突出，已经成为制约我国社会经济可持续发展的两大问题，因此提倡优化能源结构，大力发展太阳能等可再生能源是目前最具潜力的选择。相对于其他可再生能源，太阳能具有丰富、便捷、安全、持续等较为突出的优点。对太阳能的利用，目前主要有光伏发电和光热发电两种技术。相比于光伏发电，太阳能热发电技术用物理的方式进行光电转换，具有更节能、环保、可控、长利用周期等优点，拥有良好的应用前景。当前太阳能热发电技术，其原理为将太阳辐射聚集在点或线上获得大量高温热能，再通过热功转换装置，最终对外输出电能。布雷顿循环(Brayton Cycle)，亦称焦耳循环或气体制冷机循环，是以气体为工质的制冷循环。其中，利用处于超临界状态的气体作为工质的布雷顿循环在效率方面有着明显的优势，其利用超临界工质在拟临界区物性突变的现象，将压缩机运行点设置在拟临界温度附近的大密度区域，将换热器的运行点设置在拟临界温度之后的低密度区，可以在保证工质冷却的前提下，降低压缩耗功，实现较高的系统效率。

目前，布雷顿循环的运行温度可以达到1350℃以上，通过现有技术可以将透平中叶片的温度冷却到950℃以下。布雷顿循环的系统效率与循环的热端温度(也即工质进入透平的入口温度)呈正相关，因此提高布雷顿循环的热端温度是提高系统效率的主要方式之一。因此，提高布雷顿循环的工质，有利于提高布雷顿的系统效率。

发明内容

本发明针对上述技术问题而提出，目的在于提供一种布雷顿循环系统。本发明的布雷顿循环系统采用了聚光加热与化石燃烧相结合的方式强化了循环工质的吸热能力，循环工质能够达到更高的温度，进入布雷顿循环模块并在透平中膨胀做功的循环工质的温度升高，也即布雷顿循环模块的热端温度升高，相应地，布雷顿循环模块的系统效率得到提高。

具体来说，本发明提供了一种布雷顿循环系统，包括：

布雷顿循环模块，包括热源、燃烧腔、透平、发电机、回热器、预冷器以及压缩机，透平、发电机以及压缩机由同一根轴联接，燃烧腔、透平、回热器的热侧进口和热侧出口、预冷器、压缩机以及回热器的冷侧进口和冷侧出口通过管道依次相连并形成循环，管道内循环流通有循环工质；

碳粉储罐，用于向燃烧腔提供碳粉；

氧气储罐，用于向燃烧腔提供氧气；

在预冷器和回热器之间的管道上还设置有射流放气口；

碳粉储罐、氧气储罐所提供的碳粉、氧气能够在燃烧腔内燃烧并生成循环工质，循环工质经热源加热后依次进入透平膨胀做功、经热侧进口进入回热器放热，循环工质在射流放气口进行分流：一部分的循环工质依次进入预冷器预冷、经压缩机压缩，然后经冷侧进口进入回热器；一部分的循环工质自射流放气口进入预冷器然后离开以排出系统，该部分的循环工质利用射流冷却技术降低预冷器出口的循环工质的温度，离开回热器的所述循环工质回到燃烧腔，从而形成一个循环的热回路；

循环工质进入透平膨胀做功，透平通过轴带动发电机发电，压缩机工作所需动力由透平提供，从而形成一个发电循环。