[实用新型]回收废热的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统

说明书

本实用新型涉及一种发电系统，具体为回收废热的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。本实用新型包括热源系统、超临界二氧化碳布雷顿循环系统、活塞膨胀直线发电机余热发电系统和二氧化碳预冷器；所述热源系统的工质侧出口连接超临界二氧化碳布雷顿循环系统的工质输入端；热源系统的工质侧入口连接超临界二氧化碳布雷顿循环系统的工质输出端；所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统的工质循环回路上连接二氧化碳预冷器；所述的活塞膨胀直线发电机余热发电系统包括至少一个单级活塞膨胀‑直线发电机余热回收发电子系统。本实用新型采用若干级活塞膨胀‑直线发电机余热回收发电子系统形成梯级余热回收，使整个系统兼具高效、廉价、工作范围广的优点。

技术领域

本实用新型涉及一种发电系统，具体为回收废热的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。

背景技术

不断提高发电机组效率是电力行业研究的永恒主题和目标。传统以蒸汽朗肯循环为主流的能量转换系统需要提高蒸汽参数到700℃，效率才能达到50％左右，因此需要花费高昂的经济和时间成本开发新型镍基高温合金。为了突破传统路线的瓶颈，一些新概念先进动力系统受到越来越多的关注，超临界工质具有能量密度大，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。

二氧化碳以其合适的临界压力、稳定的特性、成熟的物性研究、无毒以及低成本等诸多优势被认为是一个很有前途的替代工质，可以应用在很多先进的热量传输和能量转换系统中，包括直接或间接利用超临界二氧化碳布雷顿循环的新一代核反应堆；利用超临界二氧化碳循环的太阳能供热、供电和制冷的联合分布式供能系统，新型的基于二氧化碳跨临界压缩循环的空调和热泵等等。特别是近年来许多学者广泛关注的超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，可以在620℃温度范围内达到常规蒸汽朗肯循环700℃的效率，不需要再开发新型的高温合金，应用前景非常好。

超临界CO₂布雷顿循环还被太阳能光热发电、核电、船舶动力等领域所广泛关注，成为最有可能代替现有蒸汽机组的热力循环发电系统。但超临界CO₂布雷顿循环仍有可以优化改进之处，由于布雷顿循环的特点，超临界CO₂布雷顿循环的放热过程不是等温过程而是降温过程，放热的理论最高温度为80-90℃，若由于设计的需要，放热最高温度可能更高，若全部采用冷却介质直接冷却无疑会造成浪费，完全可以将其作为余热进行回收发电。

目前也有一些低温余热回收发电装置，最常见有有机朗肯循环(ORC)余热回收发电系统，这目前来说这些系统都存在一些问题，使其难以大幅推广应用。存在的主要问题是，由于热源温度低，限制了ORC系统的效率，较低的效率下使ORC系统的成本显得很高，系统的投资回收期很长，很多企业不愿意采用。主要原因在于，一方面，余热热源规模往往不大，常常遇到几百kW或几十kW这个量级的热源，针对这个量级的热源，ORC系统中的透平尺寸将变的比较小，否则必须采用效率较低且成本较高的高速电机，在这种条件下，ORC透平的效率往往不高，这进一步限制了余热回收发电的利润空间。同时，即便透平设计在3000rpm转速下，旋转机械的动密封是ORC系统面临的一个难题，常规的轴封系统无法避免0泄漏，一旦有泄漏就意味着有机工质的经济损失，若更采用高级的密封系统，例如干气密封等则成本的增加将使系统面临更大的挑战。另一方面，目前的ORC系统多采用向心式或轴流式透平，无论哪种透平的加工成本都很高。同时，为了保证透平正常工作，透平进出口需要保证相对较高的压差，压差越大则透平的膨胀比越大，透平的做功能力越强，系统热效率越高，则系统必须采用泵等设备进行增压。

同时，目前在低温余热发电领域采用的发电设备大都存在成本较高，系统复杂；在新能源开发和利用时，旋转发电机显然在高速运动情况下更加适用，而且由于旋转发电机所无法在相对较低频率的运动条件下保持较高的效率，普通的透平及普通发电机又无法在很低压差和很低温差的气流进行发电，存在低温余热发电领域不适用的问题。因此，余热回收发电领域亟待出现更加物美价廉的新技术打破目前ORC系统面临的困境。

实用新型内容