[发明专利]一种功热互补型超临界CO2

说明书

本发明公开了一种功热互补型超临界CO₂动力循环发电系统，包括动力循环子系统和热泵子系统。本发明中，在超临界CO₂动力循环低温回热区耦合一个压缩式热泵循环，热泵循环的蒸发过程自动力循环的低温乏汽取热、冷凝过程向高压侧超临界CO₂放热；热泵采用非共沸混合工质，与动力循环具有相匹配的温度滑移；通过热泵补热改善低温回热区的换热匹配特性，从而有效提高循环的热效率。

技术领域

本发明属于高效动力循环发电技术领域，特别涉及一种功热互补型超临界CO₂动力循环发电系统。

背景技术

超临界CO₂动力循环具有高效、紧凑、灵活、经济等多种优势，是极具发展前景的新型动力循环。但是，超临界CO₂循环高、低压侧工质比热容差异大，导致回热过程不可逆损失大。现行解决方案主要采用分流回热的方法改善换热的匹配性，再压缩循环为该方案的代表性构型。但是再压缩过程受循环高、低压的限制，压差大、能耗高，压缩起始位置的选择对压缩排温影响明显，进而引起汇流不可逆损失大。超临界CO₂动力循环与其它低温循环构建的复合循环，通过余热梯级利用的方案，可提高系统整体效率。新型超临界CO₂热力循环仍待完善和发展，以进一步提升循环的热力性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种功热互补型超临界CO₂动力循环发电系统，利用热泵向超临界CO₂循环低温回热区补热，解决动力循环内部回热匹配性差的问题，有效提高循环整体热效率。

为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案。

一种功热互补型超临界CO₂动力循环发电系统，包动力循环子系统和热泵子系统；所述动力循环子系统与热泵子系统为各自封闭的独立循环系统，通过间壁式换热器耦合实现热量交换。

所述动力循环子系统包括：压缩机、预热器、低温回热器、高温回热器、加热器、透平膨胀机、发电机、预冷器、冷却器，所述压缩机出口分为两路，一路与预冷器入口相连，一路与低温回热器低温侧入口相连，预冷器出口与低温回热器低温侧出口汇流、随后与高温回热器的低温侧入口相连，高温回热器的低温侧出口与加热器入口相连，加热器出口与透平膨胀机入口相连，透平膨胀机出口与高温回热器的高温侧入口相连，高温回热器高温侧出口与低温回热器的高温侧入口相连，低温回热器的高温侧出口与预冷器入口相连，预冷器出口与冷却器入口相连，冷却器出口与压缩机入口相连；所述热泵子系统包括：热泵压缩机、热泵冷凝器、节流阀、热泵蒸发器；所述热泵压缩机出口与热泵冷凝器入口相连，热泵冷凝器出口与节流阀入口相连，节流阀出口与热泵蒸发器入口相连，热泵蒸发器出口与热泵压缩机入口相连；其中：预热器与热泵冷凝器为同一部件，预冷器与热泵蒸发器为同一部件。

所述热泵子系统采用非共沸混合工质，热泵的蒸发及冷凝过程存在温度滑移、与动力循环实现换热匹配。

所述动力循环子系统的热能来自于核能、太阳能等高温热源。

一种基于上述任一权利要求所述基于热泵补热的正逆耦合循环方法，其特征在于，包括超临界CO₂动力循环（正循环）和热泵循环（逆循环）：

1）热泵循环：节流后的低温低压工质流入热泵蒸发器由超临界CO₂动力循环的低温低压乏汽吸热、实现热量回收，吸热后的气相工质随后由热泵压缩机增压至高温高压状态、实现热能升温提质，然后工质流入热泵冷凝器向动力循环中的低温高压工质补热，放热后的工质经节流阀节流后再次变为低温低压状态，完成一个热泵循环过程；