[发明专利]一种具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组

说明书

本发明公开了一种具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组，包括稳压罐、压缩机、回热器、锅炉、透平发电机组、预冷器、冷却风扇、粗管冷却器、细管制冷器及排空管；稳压罐的出口经压缩机后分为两路，其中一路经回热器的吸热侧与锅炉的入口相连通，锅炉的出口与透平发电机组的入口相连通，透平发电机组的排气口经回热器的放热侧与预冷器的入口相连通，预冷器的出口与稳压罐的入口相连通，另一路经粗管冷却器及细管制冷器与排空管相连通，细管制冷器位于稳压罐内，稳压罐的底部设置有排液口，冷却风扇正对粗管冷却器，该机组能够解决高温下二氧化碳与水蒸气混合后对金属材料产生碳酸腐蚀的问题。

技术领域

本发明涉及一种超临界二氧化碳发电机组，具体涉及一种具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组。

背景技术

超临界二氧化碳(S-CO₂)发电系统是一种以超临界状态的CO₂为工质的布雷顿循环系统，其循环过程是：首先，S-CO₂经过压缩机升压；然后，利用外源加热器(锅炉)将S-CO₂工质等压加热；其次，工质进入涡轮机，推动涡轮做功，涡轮带动电机发电；最后，S-CO₂工质进入冷却器，恢复到初始状态。再进入压缩机，就形成一个闭式循环。

二氧化碳有一个很独特的物理性质：当温度达到30.98℃，压力达到7.38MPa时(即CO₂的临界点)，其物理状态介于液体和气体之间，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍。这种状态，称为“超临界”状态。处于超临界状态下的二氧化碳，密度比气体大，粘性比液体小，具有流动性强、传热效率高、可压缩性小等特点。相比于水373.95℃/22.04MPa的临界值，较低的能耗就能使CO₂达到临界态，利用它作为循环工质，火电机组的发电效率有望突破50％，该发电技术有着非常光明的应用前景。

当前超临界二氧化碳循环发电技术已经在KW级小型试验台上得到了理论验证并开展了优化提升工作，而更大规模的MW级实用机组则已进入实际建设阶段。一些在小型试验台未出现的问题，在MW级试验机组上开始暴露，管材的金属腐蚀即是其中一个较为重要的问题。部分研究者通过对比试验，得出高温下的CO₂气体对金属管材的氧化腐蚀程度，要低于水蒸气。而实际上，现场机组受到水压试验、化学清洗以及潮湿雨季影响，内部管道不可避免地会存留水分，而二氧化碳锅炉通常又不设置疏水门，这便会导致充入的CO₂气体，在高温下将会跟水蒸气混合，形成“碳酸蒸汽”。碳酸虽为弱酸，但在500℃以上的高温下，“酸腐蚀”反应的速率大大加快，依然会对金属材料的安全带来巨大威胁。在某施工现场，超临界二氧化碳机组在锅炉点火升温升压后，短时间内发生了多个法兰连接处，金属缠绕垫失效、泄漏的问题，造成了极大的人员、设备安全风险。由此可知，超临界二氧化碳机组的“碳酸腐蚀”问题必须得到足够重视。

若能在该闭式循环的低温低压处，设置一个除水装置，在机组运行过程中，定时开启以去除工质的水分，则可大大减轻管材、金属密封垫等面临的“碳酸腐蚀”风险。超临界二氧化碳机组系统组成如图2所示。系统温度与压力最低处为稳压罐。稳压罐的是一个具有较大容量的储气罐，为下游的压缩机提供气源。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组，该机组能够解决高温下二氧化碳与水蒸气混合后对金属材料产生碳酸腐蚀的问题。

为达到上述目的，本发明所述的具有工质自除水功能的超临界二氧化碳发电机组包括稳压罐、压缩机、回热器、锅炉、透平发电机组、预冷器、冷却风扇、粗管冷却器、细管制冷器及排空管；

稳压罐的出口经压缩机后分为两路，其中一路经回热器的吸热侧与锅炉的入口相连通，锅炉的出口与透平发电机组的入口相连通，透平发电机组的排气口经回热器的放热侧与预冷器的入口相连通，预冷器的出口与稳压罐的入口相连通，另一路经粗管冷却器及细管制冷器与排空管相连通，细管制冷器位于稳压罐内，稳压罐的底部设置有排液口，冷却风扇正对粗管冷却器。