本实用新型涉及一种燃气轮机余热回收利用二氧化碳循环发电系统，具体涉及一种三透平同轴布置超临界二氧化碳循环发电系统，属于能源利用技术领域。
背景技术：
燃气轮机的热功转换效率高、污染物排放较燃煤机组少，适用于经济发达、人口密集的地区，包括工业园区、高新技术开发区、大学城等。燃气轮机由于工作特性的原因，出口烟气的温度可达450～550℃甚至更高。因此，为了提高燃气轮机机组的能量利用率，在燃机排烟处需要设置余热利用装置，目前普遍采用水-蒸汽或有机工质的朗肯循环方式回收余热，余热系统回收能力利用占到联合循环整体效率(重燃机组中效率最高约为60％) 的三分之一。
超临界二氧化碳布雷顿循环发电被认为是最有潜力替代水-蒸汽朗肯循环的新型发电循环模式。主要特点是以二氧化碳为工质并在循环中始终处于超临界状态，工质能流密度大、携热能力强使得主设备体积较水-蒸汽循环有显著的缩小，同时还能节水或在水资源缺乏的地区使用。
现有超临界二氧化碳布雷顿循环通常采用简单回热、分流再压缩等布置形式，由于工质进入余热锅炉前需经过回热器加热，虽然热力系统的效率有显著提高，但烟气排烟温度偏高(超过100℃)，系统净功率也偏低。
技术实现要素：
在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本实用新型的目的是采用新型循环工质替代目前工业上使用的水-蒸汽、有机物等工质，达到或超越现有余热回收水平，并且在系统体积上有显著的缩小，进而提供一种三透平同轴布置超临界二氧化碳循环发电系统。
本实用新型所采取的方案为：一种三透平同轴布置超临界二氧化碳循环发电系统，包括高温透平、发电机、高温回热器、中温透平、中温回热器、低温透平、低温回热器、压缩机、减速器、冷却器、余热锅炉、一级分流器、二级分流器、一级汇流器和二级汇流器；
所述压缩机出口与一级分流器入口相连，一级分流器的A出口与余热锅炉入口相连，一级分流器的B出口与低温回热器的冷端入口相连，余热锅炉出口与高温透平入口相连，高温透平出口与高温回热器的热端入口相连，高温回热器的热端出口与一级汇流器的B 入口相连，高温回热器冷端出口与中温透平相连，中温透平出口与一级汇流器的A入口相连，一级汇流器出口与中温回热器的热端入口相连，中温回热器热端出口与二级汇流器的B入口相连，中温回热器的冷端入口与低温回热器的冷端出口相连，中温回热器冷端出口与二级分流器入口相连，二级分流器的B出口与高温回热器的冷端入口相连，二级分流器的A出口与低温透平相连，低温透平出口与二级汇流器的A入口相连，二级汇流器出口与低温回热器的热端入口相连，低温回热器的热端出口与冷却器相连，冷却器出口与压缩机入口相连，高温透平、中温透平、低温透平与发电机同轴布置并与减速器高速端相连，减速器低速端与压缩机输入端相连。
其中，一级分流器对经过压缩机升压的工质进行分流，部分工质直接进入余热锅炉，可以实现锅炉排烟温度接近80℃，比简单回热布置的超临界二氧化碳循环系统理论排烟温度下降了20℃。
其中，三个透平与三个回热器布置，实现了工质携带能量的充分利用，采用此种设计可以使系统实际效率(系统净功率与烟气总热值之比)达到22％，比现有余热锅炉系统的实际效率(低于20％)更高。超临界二氧化碳透平相较于蒸汽透平而言，透平级数更少、体积更小(理论计算分析得出，300MW蒸汽透平转轴长约20米，而相同功率等级超临界二氧化碳透平转子轴长仅为1米)。
其中，三个透平与发电机、压缩机同轴布置，避免了使用高品位能(电力)提供低品位能(机械功)的过程，热工转换装置体积大幅缩小50％～80％，更利于应用在空间狭小的场所，并更利于实现集成化。
进一步地：所述余热锅炉为超临界二氧化碳余热锅炉，保障燃机450～550℃烟气与压力在15～25MPa间的超临界二氧化碳充分换热。
进一步地：所述高温回热器、中温回热器和低温回热器均为微通道换热器，端差小于 2℃，同时换热器尺寸为管壳式换热器的二十分之一，对工业级二氧化碳的高温300～450 ℃、高压7.5MPa～25MPa条件下具备耐腐蚀、抗压性能。
本实用新型所达到的效果为：
本实用新型根据烟气温度、热值和开口系热源特点，设计了三透平超临界二氧化碳发电系统，可实现余热锅炉排烟温度接近80℃，同时系统实际效率(系统净功率与烟气总热值之比)可达22％，若采用透平压缩机同轴布置，还避免了使用高品位能(电力)提供低品位能(机械功)的过程，热工转换装置体积大幅缩小50％～80％，更利于应用在空间狭小的场所，并更利于实现集成化。
附图说明
图1为本实用新型的一种三透平同轴布置超临界二氧化碳循环发电系统结构示意图。
图中：
11—余热锅炉；12—高温回热器；13—中温回热器；14—低温回热器；15-冷却器； 21—高温透平；22—中温透平；23—低温透平；24—压缩机；31—发电机；41—减速器； 51—一级分流器；52—二级汇流器；53—一级汇流器；54—二级分流器。
具体实施方式
为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本实用新型公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在申请文件中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
实施例：参见图1，本实施方式的一种三透平同轴布置超临界二氧化碳循环发电系统，该系统特点是三台透平与压缩机同轴，透平驱动压缩机同时发电以减少发电机数量并省略驱动电机；
具体包括高温透平21、发电机31、高温回热器12、中温透平22、中温回热器13、低温透平23、低温回热器14、压缩机24、减速器41、冷却器15、余热锅炉11、一级分流器51、二级分流器54、一级汇流器53和二级汇流器52；
所述压缩机24出口与一级分流器51入口相连，一级分流器51的A出口与余热锅炉 11入口相连，一级分流器51的B出口与低温回热器14的冷端入口相连，余热锅炉11 出口与高温透平21入口相连，高温透平21出口与高温回热器12的热端入口相连，高温回热器12的热端出口与一级汇流器53的B入口相连，高温回热器12冷端出口与中温透平22相连，中温透平22出口与一级汇流器53的A入口相连，一级汇流器53出口与中温回热器13的热端入口相连，中温回热器13热端出口与二级汇流器52的B入口相连，中温回热器13的冷端入口与低温回热器14的冷端出口相连，中温回热器13冷端出口与二级分流器54入口相连，二级分流器54的B出口与高温回热器12的冷端入口相连，二级分流器54的A出口与低温透平23相连，低温透平23出口与二级汇流器52的A入口相连，二级汇流器52出口与低温回热器14的热端入口相连，低温回热器14的热端出口与冷却器15相连，冷却器15出口与压缩机24入口相连，高温透平21、中温透平22、低温透平23与发电机31同轴布置并与减速器41高速端相连，减速器41低速端与压缩机 24输入端相连。
更为具体地：所述余热锅炉11为超临界二氧化碳余热锅炉，保障燃机450～550℃烟气与压力在15～25MPa间的超临界二氧化碳充分换热。
更为具体地：所述高温回热器12、中温回热器13和低温回热器14均为微通道换热器，端差小于2℃，同时换热器尺寸为管壳式换热器的二十分之一，对工业级二氧化碳的高温300～450℃、高压7.5MPa～25MPa条件下具备耐腐蚀、抗压性能。
工作过程：经过冷却器冷却的低温低压超临界二氧化碳工质进入压缩机被压缩为低温高压工质，通过一级分流器分流进入余热锅炉或低温回热器，进入余热锅炉的工质通过与燃机烟气的换热成为高温高压工质，该工质进入高温透平膨胀做功后流经高温回热器、中温回热器、低温回热器，与回热器中低温侧工质进行换热实现热量的回收利用，通过中、低温回热器加热的高压工质分别进入中、低温透平膨胀做功，高、中、低温透平与电机同轴将透平机械功转化为电能，该轴与减速器相连提供压缩机所需机械功。三透平同轴布置减少了系统中电机的数量、避免了工质高品质能转化为低品质能使用的过程。
虽然本实用新型所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本实用新型的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本实用新型所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。