[发明专利]一种双工质联合循环发电系统及方法

说明书

本发明公开了一种双工质联合循环发电系统及方法，该系统包括热源、透平、高温回热器、中温回热器、中温气液分离器、再压缩机、低温回热器、低温气液分离器、预冷器、主压缩机和液体泵。该系统中采用了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采用再压缩机和主压缩机进行压缩升压，H₂O采用液体泵增压。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。

技术领域

本发明涉及一种发电系统，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，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。

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。

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。

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。

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。本发明正是为解决这一问题而提出的。

发明内容

本发明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及方法，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。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：