[发明专利]超临界二氧化碳闭式布莱顿循环动力系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳闭式布莱顿循环动力系统及超临界二氧化碳闭式布莱顿循环动力控制方法，包括压气机、工质加工引流组件、分流组件、燃气涡轮、动力涡轮发电组件以及工质回收加工组件，分流组件的输出端上设有用于与燃气涡轮连通的第一流路、用于与动力涡轮发电组件连通的第二流路以及用于与工质回收加工组件连通的第三流路，通过分流组件分流并控制进入第一流路的中介工质的流量、控制进入第二流路的中介工质的流量，并将剩余的中介工质通过第三流路导入至工质回收加工组件内。本发明的超临界二氧化碳闭式布莱顿循环动力系统对负载的适应性高。

技术领域

本发明涉及热能动力系统技术领域。特别地，涉及一种超临界二氧化碳闭式布莱顿循环动力系统，本发明还涉及一种超临界二氧化碳闭式布莱顿循环动力控制方法。

背景技术

超临界二氧化碳(S-CO2)闭式布莱顿循环系统，由于采用具有高功率密度的S-CO2作为循环工质，具有机组结构简单，叶轮机械体积小，中等循环温度下的热效率高，功率范围大，环境友好性好等特点，可广泛应用于如核能、太阳能、余热回收等各种功率等级的热能动力系统中。

目前，超临界二氧化碳向心涡轮主要采用单转子方案及双转子方案。单转子方案即整个系统只有一个涡轮，涡轮做功在带转压气机的同时，还通过输出轴输出轴功率以供外部负载使用，这种结构布局转子的结构较为简单，由于只有一个轴，相应的密封设计可以大大简化，但存在转子轴向力平衡困难，导致轴承系统设计难度大、且单转子方案，使得涡轮改进设计空间小，系统适应性差；双转子方案采用燃气涡轮及动力涡轮分开设计的方案，采用动力涡轮与燃气涡轮同轴布设且动力涡轮处于燃气涡轮的下游的结构，燃气涡轮带转压气机，动力涡轮带转电机对外做功，此种布置方式，燃气涡轮与压气机轴向力基本可相互抵消，核心机转子轴向力调整较单转子方案简单，对轴承的设计难度减小，但双转子方案，由于只有单一的功率输出，对负载的适应性低，无法根据负载灵活调整，循环经济性差。

发明内容

本发明提供的超临界二氧化碳闭式布莱顿循环动力系统，以解决现有的超临界二氧化碳闭式布莱顿循环动力系统对负载的适应性低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种超临界二氧化碳闭式布莱顿循环动力系统，包括压气机、工质加工引流组件、分流组件、燃气涡轮、动力涡轮发电组件以及工质回收加工组件，通过燃气涡轮做功驱动压气机运转，工质加工引流组件用于将压气机输出的中介工质进行处理以使中介工质升温并引导中介工质流入分流组件的输入端，分流组件的输出端上设有用于与燃气涡轮连通的第一流路、用于与动力涡轮发电组件连通的第二流路以及用于与工质回收加工组件连通的第三流路，通过分流组件分流并控制进入第一流路的中介工质的流量、控制进入第二流路的中介工质的流量，并将剩余的中介工质通过第三流路导入至工质回收加工组件内，工质回收加工组件用于回收第三流路输出的余量工质，和/或用于回收经过燃气涡轮的余热尾气，和/或用于回收经过动力涡轮发电组件的余热尾气，并将回收后的回收工质进行处理以使回收工质降温并引导回收工质流入至压气机的输入侧。

进一步地，动力涡轮发电组件包括控制阀和多个并联设置的动力涡轮发电单元，控制阀的输入端与第二流路连通，控制阀的输出端上设有分别与各个动力涡轮发电单元一一对应布设的输出口，进而通过控制阀分流并控制进入对应的动力涡轮发电单元的中介工质的流量。

进一步地，燃气涡轮采用导向器喉部面积可调的变几何涡轮结构。

进一步地，工质加工引流组件包括沿工质的输送路径布设的升温单元和热源单元，升温单元用于接收压气机的输出侧输出的中介工质并将中介工质进行升温后输送至热源单元内，热源单元与分流组件的输入端连通。