[发明专利]基于二氧化碳发电系统的干气密封余热利用耦合换热器及方法

说明书

本发明公开了一种基于二氧化碳发电系统的干气密封余热利用耦合换热器及方法，该系统包括主回路系统与余热换热系统，主回路系统主要包括：压缩机、回热器、外部热源、二氧化碳透平及发电机、冷却器、气体储罐和相关阀门；余热系统主要包括：余热换热器、冷启动加热器、干气密封供气联箱和相关阀门；通过对回热器后尾部工质热量的再次利用，保证系统运行过程中干气密封供应量及温度。相较于传统的电加热方式，一定程度上削减了设备成本及后续运行成本，提高了整体运行效率。

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳循环发电技术领域，具体涉及一致基于二氧化碳发电系统的干气密封余热利用耦合换热器及方法。

背景技术

随着发电技术的发展，超临界二氧化碳作为代替水蒸气的优良工质，因其更高的循环效率、更紧凑的设备布置以及更经济的前期投入而进入许多研究者的视野。针对于超临界二氧化碳循环技术，使用干气密封技术对重要辅机进行密封，已成为以提升机组效率的重要环节。但是笔者在调查过程中发现，大多试验平台都是靠外源电加热装置，加热密封气源，无法避免地存在能源浪费、占地面积过大等问题。这与超临界二氧化碳发电系统，结构紧凑、成本低廉等特性相背离，有非常大的改进空间。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一致基于二氧化碳发电系统的干气密封余热利用耦合换热器及方法，本发明旨在不妨碍主循环系统的情况下，通过回热器将气源加热耦合进入主系统换热循环。从而实现提高效率、节省空间的最终目的。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于二氧化碳发电系统的干气密封余热利用耦合换热器，包括主回路系统与余热换热系统；

主回路系统包括：压缩机(1)、回热器(2)、外部热源(3)、二氧化碳机组(4)、冷却器(5)以及气体储罐(6)；压缩机(1)出口通过阀门管道与回热器(2)冷侧入口连接，回热器(2)冷侧出口通过管道与外部热源(3)连接，外部热源(3)通过阀门管道与二氧化碳机组(4)进气侧连接，二氧化碳机组(4)排气侧与回热器(2)热侧入口连接，回热器(2)热侧出口通过阀门管道与冷却器(5)入口连接，冷却器(5)出口通过阀门管道与气体储罐(6)相连接，气体储罐(6)与压缩机(1)入口连接。

具体运行方式为：二氧化碳工质由气体储罐(6)进入压缩机(1)，在压缩机(1)中加压后经由回热器(2)冷侧入口进入回热器换热，之后进入外部热源(3)加热升温之后进入二氧化碳机组(4)发电做功。做功后排气经过回热器(2)热侧入口进入回热器，并作为热源加热冷侧工质，换热后进入冷却器5，由冷却水带走热量，工质最终返回气体储罐6，完成做功循环。

余热换热系统包括：冷启动加热器(7)、余热换热器(8)、干气密封供气联箱(9)以及调节阀(10)、第一关断阀(11)、第二关断阀(12)、第三关断阀(13)、第一逆止阀(14)和第二逆止阀(15)；在主回路系统的回热器(2)热侧与冷却器(5)之间增加一组旁路管道，回热器(2)热侧出口通过旁路管道上设置的调节阀(10)与余热换热器(8)热侧入口连接，余热换热器(8)热侧出口通过旁路管道上设置的第一关断阀(11)与主回路系统管道连接；在压缩机(1)与回热器(2)管路之间引出一路管道通过第二逆止阀(15)和第三关断阀(13)与余热换热器(8)冷侧入口连接，余热换热器(8)冷侧出口直接通过管道与干气密封供气联箱(9)入口连接；另有一路管道通过第一逆止阀(14)和第二关断阀(12)与干气密封供气联箱(9)入口连接；干气密封供气联箱(9)出口通过管道布置有冷启动加热器(7)，最终通过管道分配给干气密封各个用户。