[发明专利]一种混合物跨临界循环太阳能光热发电系统及方法

说明书

本发明公开了一种混合物跨临界循环太阳能光热发电系统及方法，该系统包括依次连通的透平、高温回热器、中温回热器、气液分离器、液体泵、低温回热器、预冷器、主压缩机、低温熔盐加热器、高温熔盐加热器。该系统中采用了Hsubgt;2/subgt;O与Csubgt;2/subgt;O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Hsubgt;2/subgt;O会与COsubgt;2/subgt;分离，COsubgt;2/subgt;采用压缩机进行压缩升压，Hsubgt;2/subgt;O采用水泵增压。该系统热效率比传统蒸汽循环效率高，同时，熔盐放热区间比经典超临界COsubgt;2/subgt;布雷顿循环放热区间大，熔盐需求量小。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

本发明涉及发电系统技术领域，特别涉及一种混合物跨临界循环太阳能光热发电系统及方法。

背景技术

太阳能热发电需要更为高效的热力循环进行热电转换，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。

但这类循环在应用于太阳能热发电时也存在一个明显的技术难点。经典的超临界CO2循环进入加热器的工质温度非常高大约400℃，而传统的H₂O蒸汽朗肯循环进入加热器的工质温度只有200多℃，太阳能热发电一般都配有储热系统，进入加热器的温度高意味着熔盐的放热温度区间缩小，那么要储存相同能量的热量时需要更大的熔盐储存量，同时熔盐泵的功耗也增加，而这部分成本在太阳能光热发电中所占比例比较高，因此，希望寻找一种可以兼顾热效率和储热工质温度的合适循环类型已经参数设置，但经典的超临界CO₂布雷顿循环很难做到。

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，其混合物物性介于两者之间，热力循环的特性也兼具两者的特点。通过合理的布局设计既可以保证熔盐的合理温度区间，又可以保证高热效率。

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。本发明正式为解决这一问题而提出的。

发明内容

为了克服超临界布雷顿循环应用于太阳能光热发电时与熔盐系统温度不匹配的问题，提出了一种混合物跨临界循环太阳能光热发电系统及方法，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。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种混合物跨临界循环太阳能光热发电系统，包括透平1，所述透平1的介质出口与高温回热器2的热侧入口相连接，高温回热器2的热侧出口与中温回热器3的热侧入口相连接，中温回热器3的热侧出口与气液分离器4的入口相连接，气液分离器4的底部排液口与液体泵5的入口相连接，气液分离器4的顶部排气口与低温回热器6的热侧入口相连接，低温回热器6的热侧出口与预冷器7的热侧入口相连接，预冷器7的热侧出口与主压缩机8的入口相连接，主压缩机8的出口与低温回热器6的冷侧入口相连接，低温回热器6的冷侧出口与液体泵5的出口汇合后与中温回热器3的冷侧入口相连接；