本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，涉及一種超臨界二氧化碳循環(huán)與燃機(jī)結(jié)合的布局和啟動(dòng)運(yùn)行方式。

背景技術(shù)：

新能源、分布式能源的開(kāi)發(fā)日益受到關(guān)注，在中國(guó)燃?xì)獍l(fā)電是重要的分布式能源形式，在各種新能源中燃機(jī)效率相對(duì)較高，同時(shí)控制靈活方便，可以作為其它新能源的互補(bǔ)利用手段，也是電網(wǎng)調(diào)節(jié)的手段之一。作為地面發(fā)電系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)往往需要與余熱回收系統(tǒng)結(jié)合以提高其能源利用效率。目前的余熱利用主要采用傳統(tǒng)的蒸汽鍋爐和汽機(jī)，對(duì)于進(jìn)一步提高其熱效率的研究從未停止。其中超臨界布雷頓循環(huán)是一種最有優(yōu)勢(shì)的循環(huán)形式。新型超臨界工質(zhì)(二氧化碳、氦氣和氧化二氮等)具有能量密度大，傳熱效率高，系統(tǒng)簡(jiǎn)單等先天優(yōu)勢(shì)，可以大幅提高熱功轉(zhuǎn)換效率，減小設(shè)備體積，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。并且二氧化碳等工質(zhì)在目前余熱回收領(lǐng)域的溫度范圍內(nèi)熱物性十分穩(wěn)定，不存在熱分解問(wèn)題，完全可以用于高溫部分熱量回收。但超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的壓縮機(jī)耗功較大，若采用電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)則其自身需要耗費(fèi)巨大的電能，電機(jī)功率較大，增加了成本也增加了運(yùn)行調(diào)節(jié)難度；若采用類(lèi)似燃機(jī)的布置結(jié)構(gòu)，將CO₂壓縮機(jī)和CO₂透平同軸布置，由于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)為閉式循環(huán)，其熱源是通過(guò)換熱器換熱得到熱量，啟動(dòng)時(shí)間不可能太快，則啟動(dòng)時(shí)仍然需要較大功率電機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種超臨界二氧化碳循環(huán)與燃機(jī)結(jié)合的布局和啟動(dòng)運(yùn)行方式，該方式能夠?qū)崿F(xiàn)CO₂壓縮機(jī)的啟動(dòng)，同時(shí)避免使用大功率電機(jī)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的超臨界二氧化碳循環(huán)與燃機(jī)結(jié)合的布局和啟動(dòng)運(yùn)行方式包括燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)及CO₂壓縮機(jī)，其中，燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)及CO₂壓縮機(jī)同軸布置。

還包括CO₂透平、高溫余熱換熱器、低溫余熱換熱器及回?zé)崞鳎細(xì)廨啓C(jī)的煙氣出口與高溫余熱換熱器的放熱側(cè)入口相連通，高溫余熱換熱器的放熱側(cè)出口與低溫余熱換熱器的放熱側(cè)入口相連通，高溫余熱換熱器的吸熱側(cè)出口與CO₂透平的CO₂工質(zhì)入口相連通，CO₂透平的CO₂工質(zhì)出口與回?zé)崞鞯姆艧醾?cè)入口相連通，回?zé)崞鞯姆艧醾?cè)出口與CO₂壓縮機(jī)的CO₂工質(zhì)入口相連通，CO₂壓縮機(jī)的CO₂工質(zhì)出口與回?zé)崞鞯奈鼰醾?cè)入口及低溫余熱換熱器的吸熱側(cè)入口相連通，回?zé)崞鞯奈鼰醾?cè)出口及低溫余熱換熱器的吸熱側(cè)出口與高溫余熱換熱器的吸熱側(cè)入口相連通。

回?zé)崞鞯姆艧醾?cè)出口經(jīng)預(yù)冷器與CO₂壓縮機(jī)的CO₂工質(zhì)入口相連通。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的超臨界二氧化碳循環(huán)與燃機(jī)結(jié)合的布局和啟動(dòng)運(yùn)行方式包括同軸布置的燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)及CO₂壓縮機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)CO₂壓縮機(jī)壓縮CO₂工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)CO₂壓縮機(jī)的啟動(dòng)，同時(shí)避免在超臨界二氧化碳系統(tǒng)中使用大功率啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，避免CO₂壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)巨大的耗電量，縮短超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)由于燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活，從而使CO₂壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和調(diào)節(jié)靈活，進(jìn)而保證超臨界二氧化碳系統(tǒng)的流量和壓力的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)靈活。

同時(shí)CO₂透平與CO₂壓縮機(jī)分開(kāi)布置，兩者不互相干擾，從而使整個(gè)二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)的工況調(diào)節(jié)自由度大大增加。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為CO₂壓縮機(jī)、2為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、3為燃?xì)廨啓C(jī)、4為CO₂透平、5為低溫余熱換熱器、6為高溫余熱換熱器、7為回?zé)崞鳌?為預(yù)冷器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的超臨界二氧化碳循環(huán)與燃機(jī)結(jié)合的布局和啟動(dòng)運(yùn)行方式包括燃?xì)廨啓C(jī)3、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)2及CO₂壓縮機(jī)1，其中，燃?xì)廨啓C(jī)3、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)2及CO₂壓縮機(jī)1同軸布置。

本發(fā)明還包括CO₂透平4、高溫余熱換熱器6、低溫余熱換熱器5及回?zé)崞?，燃?xì)廨啓C(jī)3的煙氣出口與高溫余熱換熱器6的放熱側(cè)入口相連通，高溫余熱換熱器6的放熱側(cè)出口與低溫余熱換熱器5的放熱側(cè)入口相連通，高溫余熱換熱器6的吸熱側(cè)出口與CO₂透平4的CO₂工質(zhì)入口相連通，CO₂透平4的CO₂工質(zhì)出口與回?zé)崞?的放熱側(cè)入口相連通，回?zé)崞?的放熱側(cè)出口與CO₂壓縮機(jī)1的CO₂工質(zhì)入口相連通，CO₂壓縮機(jī)1的CO₂工質(zhì)出口與回?zé)崞?的吸熱側(cè)入口及低溫余熱換熱器5的吸熱側(cè)入口相連通，回?zé)崞?的吸熱側(cè)出口及低溫余熱換熱器5的吸熱側(cè)出口與高溫余熱換熱器6的吸熱側(cè)入口相連通。其中，回?zé)崞?的放熱側(cè)出口經(jīng)預(yù)冷器8與CO₂壓縮機(jī)1的CO₂工質(zhì)入口相連通。

本發(fā)明的具體工作過(guò)程為：

CO₂壓縮機(jī)1由燃?xì)廨啓C(jī)3帶動(dòng)，CO₂壓縮機(jī)1啟動(dòng)過(guò)程與燃?xì)廨啓C(jī)3啟動(dòng)過(guò)程相同，在燃?xì)廨啓C(jī)3啟動(dòng)運(yùn)行后CO₂壓縮機(jī)1同時(shí)運(yùn)行，帶動(dòng)CO₂工質(zhì)流動(dòng)，快速實(shí)現(xiàn)CO₂工質(zhì)在余熱換熱器中的換熱，之后可啟動(dòng)CO₂透平4發(fā)電；由于CO₂透平4與CO₂壓縮機(jī)1分開(kāi)布置，兩者不互相干擾，其功率、轉(zhuǎn)速、流量都可各自調(diào)節(jié)，變工況時(shí)，CO₂壓縮機(jī)1由燃?xì)廨啓C(jī)3系統(tǒng)控制，而CO₂透平4則可通過(guò)旁路單獨(dú)控制；

燃?xì)廨啓C(jī)3輸出的煙氣進(jìn)入高溫余熱換熱器6的放熱側(cè)放熱后再進(jìn)入到低溫余熱換熱器5中換熱，然后再排出，高溫余熱換熱器6吸熱側(cè)輸出的CO₂工質(zhì)進(jìn)入CO₂透平4中發(fā)電，CO₂透平4輸出的CO₂工質(zhì)依次經(jīng)在回?zé)崞?的放熱側(cè)放熱及在預(yù)冷器8中預(yù)冷后再進(jìn)入到CO₂壓縮機(jī)1中進(jìn)行壓縮，經(jīng)CO₂壓縮機(jī)1壓縮后的CO₂工質(zhì)分為兩路，其中，一路進(jìn)入到回?zé)崞?的吸熱側(cè)中吸熱，另一路進(jìn)入到低溫余熱換熱器5的吸熱側(cè)中吸熱，低溫余熱換熱器5吸熱側(cè)輸出的CO₂工質(zhì)及回?zé)崞?吸熱側(cè)輸出的CO₂工質(zhì)進(jìn)入到高溫余熱換熱器6吸熱側(cè)中進(jìn)行吸熱。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。