[实用新型]超临界二氧化碳布雷顿循环系统

说明书

本实用新型涉及换热设备技术领域，公开了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，包括发电机以及依次序且循环连接的热源换热器、透平、冷却器以及压缩机，发电机与透平的输出端连接，在透平与冷却器之间还设置有多个回热器，多个回热器的个数不低于三个，每一回热器的热侧进出口均与透平和冷却器连接，每一回热器的冷测进出口均与压缩机和热源换热器连接。与现有循环系统的结构相比，本实用新型所述多个回热器之间可构成多种连接形式，进而能够满足不同量级的大型布雷顿循环系统的回热需求，便于形成基于回热器设备的系统调控策略，增加了闭式布雷顿循环系统的调控方式，提高了系统的灵活性。

技术领域

本实用新型涉及换热设备技术领域，特别涉及一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统。

背景技术

超临界二氧化碳(S-CO₂)动力循环在中高温热源系统中具有更好的特性，近年来受到普遍的关注，其应用研究已经扩展到了化石燃料发电、船舶推进系统、聚光太阳能、燃料电池、工业余热回收等诸多领域。相比于现有的蒸汽发电朗肯循环，超临界二氧化碳布雷顿循环有如下优势： (1)在中高温条件下，循环效率更高；(2)临界点附近二氧化碳的密度大，所需压缩功小，可提高效率；(3)透平设备和换热器的尺寸小，材料成本降低，占地面积减小；(4)对材料腐蚀性较弱，可进一步提高工作温度；(5)可直接空冷，避免水资源的浪费和限制。

在这样的循环中，由于高低温范围超临界二氧化碳的热物性差异较大，使得系统的换热量巨大，回热器设备成为了这一循环系统中的重要部件。通常超临界二氧化碳布雷顿循环系统中回热器的回热量级能够达到系统输出功的4-5倍。例如，在最基础的简单超临界二氧化碳布雷顿循环系统中，对于200KW等级循环系统，其回热量大于1MW；对于50MW 等级的循环系统，其回热量大于240MW，等等。

为满足超临界二氧化碳系统回热量大，结构紧凑，温度压力较高等要求，需要新型的高效紧凑式回热器。但受到加工技术条件限制，单一回热器所能达到的换热量有限，难以满足大型的布雷顿循环系统的回热需求。

实用新型内容

本实用新型针对上述技术问题而提出，目的在于提供一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，本实用新型的超临界二氧化碳布雷顿循环系统，通过设置多个回热器，多个回热器之间可构成多种连接形式，进而能够满足不同量级的大型布雷顿循环系统的回热需求，便于形成基于回热器设备的系统调控策略，从而能够增加闭式布雷顿循环系统的调控方式，提高系统的灵活性。

具体来说，本实用新型提供了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，包括依次序且循环连接的热源换热器、透平、冷却器以及压缩机，发电机与透平的输出端连接，在透平与冷却器之间还设置有多个回热器，多个回热器的个数不低于三个，每一回热器的热侧进出口均与透平和冷却器连接，每一回热器的冷侧进出口均与压缩机和热源换热器连接。

相较于现有技术而言，本实用新型提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统，通过设置多个回热器，多个回热器通过不同的组合排布，能够解决目前受加工制造工艺限制、单个回热器换热量有限的问题，满足大型超临界二氧化碳布雷顿循环的回热需求。设置多个回热器通过不同的组合排布，便于形成基于回热器设备的系统调控策略，从而增加闭式布雷顿循环系统的调控方式，提高系统的灵活性。

另外，作为优选，多个回热器的排布方式为串联排布、并联排布或者混联排布。

根据该优选方案，通过多个回热器的串联叠加，能够满足不同的换热量需求，串联的多个回热器的排布方式简单，也便于回热器的安装。在多个回热器的串联排布方式下，变工况时多个回热器依次响应，后一级对比前一级存在响应滞后现象，不易受负荷波动影响，因而超临界二氧化碳布雷顿循环系统整体稳定特性较好。

通过多个回热器的并联叠加，则能够实现工质在并联回热器间的流量等分，进而实现各个并联回热器的回热量均等。在多个回热器的并联排布方式下，由于流量均等分配到各回热器，变工况时多个回热器几乎同时产生变化，各回热器独立响应，因而超临界二氧化碳布雷顿循环系统整体响应速度较快。