[发明专利]一种混合物跨临界循环余热回收系统及方法

说明书

本发明公开了一种混合物跨临界循环余热回收系统及方法，该系统包括依次连通的高温透平、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、低温烟气加热器、中温烟气加热器、低温透平、高温烟气加热器。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采用压缩机进行压缩升压，H₂O采用水泵增压。该系统用水泵代替传统CO₂布雷顿循环中的再压缩机，压缩液体消耗的功耗比再压缩机功耗小很多，并且同样提高了高压水的温度，解决了低温工质吸热量与热源放热量不匹配的问题。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，具体涉及一种混合物跨临界循环余热回收系统及方法。

背景技术

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。

但这传统的超临界CO2布雷顿循环对于余热回收来说有一定困难，余热热源的温度是逐步降低的，余热回收更加关注能够从固定的余热热源中最终获取多少电能，而不单单关注热效率。一般来说余热热源的烟温降得更低则从余热热源中回收的热量越多，则有可能输出的电能也更多，而传统的超临界CO₂布雷顿循环通过回热后进入热源加热器的CO₂工质温度非常高，这意味着低温部分的热量无法回收。相反，此时朗肯循环则可以从低温热源中回收大部分热量。若能够将两者结合起来则可以更好的发挥余热热源的作用。因此对于余热回收来说更为合适的循环形式是跨临界混合工质循环。CO₂中混合H₂O后，可以更好的吸收低温烟气部分的热量，余热热源的作用可以得到更好的发挥。

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发电系统应用于余热回收时遇到的问题，提出了一种混合物跨临界循环余热回收系统及方法，采用了技术难度相对较低，可行性较高的方法，回收了更多热量，输出更多功率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：