一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，运行安全稳定，维护成本低，设计合理，调试方便。所述的发电机组包括用于C02工质增压的压缩机和电动机，以及用于热能向电能转化的膨胀机和发电机，压缩机与膨胀机分开布置在不同的系统轴系上；压缩机的驱动端通过增速齿轮箱与电动机的输出端连接；膨胀机的动力输出端通过减速齿轮箱与发电机的驱动端连接。通过将发电机组中的压缩机与膨胀机进行分体布置，使得各单机的转速是独立的，分别通过增速齿轮箱和减速齿轮箱选用各自单机最佳设计转速，使得发配电系统的设计效率大为提高，轴系计算更为安全可靠、稳定性好，控制系统与调节系统更为简单，避免了多机组串联的耦合效应。
【专利说明】
一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，具体为一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构。
【背景技术】
[0002]以超临界二氧化碳(S-C02)布雷顿循环为原理的热电转换是一种创新和革命性的发电技术。CO2的超临界状态容易实现，而以S-CO2为工质的压缩机、透平机等涡轮系统设备结构紧凑、体积小，可显著降低电厂的建造成本，实现模块化建造技术，缩短电厂建造周期。同时，S-CO2布雷顿循环发电装置可采用标准的工程材料如不锈钢或镍基合金，燃料和热源选择具有多样性，且热电转换效率与传统燃气轮机相比提高至50%，设备造价与传统的蒸汽循环相比却能降低20%，预计可实现电力系统20%?25%的成本下降，能够大幅度提高电力系统的经济性。其紧凑、体积小的特性也为动力应用提供了发展空间。美、日、法等发达国家已经针对这项技术开展了不同程度的研究与开发，而在国内该领域的研发和应用尚属空白，至今仍无S-CO2布雷顿循环装置的专业设计和制造单位，更无法形成相关定型产品的研发和生产能力，严重影响了该技术在我国的推广和应用。
[0003]近年来在美国能源部的资助下，一系列重要技术已经取得突破或长足进步。与此同时，关于S-CO2布雷顿循环的各种专利和产业技术也在广泛布局中。几大国际能源装备企业和高科技创新企业已经对应用和市场展开研究和开发布局，投入多种资源。从研发涉及的机构、部门和领域以及应用潜力来看，这项技术具备平台技术的特征，其突破和掌握可以产生多种有价值、有影响力的应用和产品。一旦该技术中试示范装置得到顺利运行，那么商业化即将能够全面铺开，S-CO2布雷顿循环有望成为近几十年内最有潜力的能源技术之一在工业上得到广泛的应用。
[0004]S-CO2布雷顿循环系统的技术含量高，形成原材料加工、产品开发制造、工程设计和营销服务的产业体系，从其所处产业链的环节分析，是个关联度非常高的产业。该技术的研发和应用将有力地带动核电、化石燃料发电、生物质和太阳能热电、CCUS、地热发电等相关行业新产品的研制和推广速度，从旁侧效应看还可带动相关服务性产业的发展，成为一个产业规模迅速扩大的新兴产业。
[0005]从已经开展完成的技术、市场和经济性评估结果来看，该项技术虽然尚未实现产业化，但是其成熟度已经超越了技术风险较大的前期概念和性能可行性研发阶段，进入产品开发和产业化阶段。该技术系统和装置的生产、制造和应用所需的材料、部件和服务应该在很大程度上可以在国内已有的产业和技术基础上完成和供应，适时适度投入技术和产品的开发，利用中国的规模化制造能力和巨大能源动力市场，完全有可能实现跨越式发展，在产业和市场发展中占据制高点和主动权。
[0006]现在国内外研究结构针对超临界二氧化碳布雷顿循环机组的布置结构大多采用压缩机与透平同轴布置，同轴布置需要压缩机与透平的转速完全匹配，设计难度大，很难同时保证压缩机与透平高效率运行，系统稳定性和可靠性较低，主辅机系统结构复杂，维护成本高。
【实用新型内容】
[0007]针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，运行安全稳定，维护成本低，设计合理，结构简单，调试方便。
[0008]本实用新型是通过以下技术方案来实现:
[0009]—种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，所述的发电机组包括用于CO2工质增压的压缩机和电动机，以及用于热能向电能转化的膨胀机和发电机，压缩机与膨胀机分开布置在不同的系统轴系上;压缩机的驱动端通过增速齿轮箱与电动机的输出端连接;膨胀机的动力输出端通过减速齿轮箱与发电机的驱动端连接。
[0010]优选的，所述的压缩机为透平式压缩机，透平式压缩机包括轴流式压缩机与离心式压缩机。
[0011]优选的，所述的膨胀机为透平式膨胀机，其包括轴流式膨胀机与径流式膨胀机。
[0012]优选的，所述的电动机为变频电动机。
[0013]优选的，压缩机的二氧化碳工质输出端连接超临界二氧化碳布雷顿循环中的锅炉输入端，锅炉输出端经进气阀与膨胀机工质输入端连接。
[0014]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果:
[0015]本实用新型一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，将发电机组中的压缩机与膨胀机进行分体布置，使得各单机的转速是独立的，分别通过增速齿轮箱和减速齿轮箱选用各自单机最佳设计转速，使得发配电系统的设计效率大为提高，轴系计算更为安全可靠、稳定性好，控制系统与调节系统更为简单，避免了多机组串联的耦合效应，减少了机组故障停机和安全风险，对于机组的安装调试也降低了难度，提高了其安全稳定性，降低了维护成本，长远的经济性强。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型所述发电机组的分体布置示意图。
[0017]图2为本实用新型实例中所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统工艺流程图。
[0018]图中:压缩机1、增速齿轮箱2、电动机3、膨胀机4、减速齿轮箱5、发电机6。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
[0020]本实用新型一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，如图1所示，将发电机组中的电动机3通过增速齿轮箱2与压缩机I连接，实现了 CO2工质的增压;将发电机组中的发电机6通过减速齿轮箱5与膨胀机4连接，实现了热能向电能的转化。
[0021]具体的，本优选实例中所述系统的工艺流程如图2所示，超临界二氧化碳布雷顿循环系统包括发电机组和其他辅助设施;其中，发电机组包括压缩机1、增速齿轮箱2、电动机
3、膨胀机4、减速齿轮箱5和发电机6;电动机3通过增速齿轮箱2与压缩机I连接，实现了CO2工质的增压;发电机6通过减速齿轮箱5与膨胀机4连接，实现了热能向电能的转化;压缩机I与膨胀机4不在一个轴系上，在气动设计上，压缩机I和膨胀机4可以通过增速齿轮箱2和减速齿轮箱5选择各自最佳的设计转速，达到单机的最佳设计点，使得整套系统的效率更高，轴系的稳定性更好，安全风险大为降低。
[0022]使用时，压缩机I与膨胀机4分开布置如图1，在系统中得设置如图2所示；启动阶段，电动机拖动压缩机I对二氧化碳工质进行压缩，工质增压达到设计要求后进入锅炉进行加热，工质满足高温高压的条件后，打开膨胀机4进气阀，膨胀机4逐渐拖动发电机对外输出电能。本优选实例中，压缩机I采用包括轴流式压缩机与离心式压缩机的透平式压缩机;膨胀机4采用包括轴流式膨胀机与径流式膨胀机的透平式膨胀机；电动机3采用变频电动机，拖动压缩机I实现变频软启动和工况的转换。
[0023]本实用新型将超临界二氧化碳布雷顿循环系统中的原动机膨胀机与耗能设备压缩机分体布置，提高了发配电系统的设计效率、减小了控制与调节系统的耦合效应，降低了轴系的安全风险，提高机组使用寿命。
【主权项】
1.一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，其特征在于，所述的发电机组包括用于CO2工质增压的压缩机(I)和电动机(3)，以及用于热能向电能转化的膨胀机(4)和发电机(6)，压缩机(I)与膨胀机(4)分开布置在不同的系统轴系上;压缩机(I)的驱动端通过增速齿轮箱(2)与电动机(3)的输出端连接;膨胀机(4)的动力输出端通过减速齿轮箱(5)与发电机(6)的驱动端连接。2.根据权利要求1所述的一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，其特征在于，所述的压缩机(I)为透平式压缩机，透平式压缩机包括轴流式压缩机与离心式压缩机。3.根据权利要求1所述的一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，其特征在于，所述的膨胀机(4)为透平式膨胀机，其包括轴流式膨胀机与径流式膨胀机。4.根据权利要求1中所述的一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，其特征在于，所述的电动机(3)为变频电动机。5.根据权利要求1中所述的一种超临界工质布雷顿循环发电机组分体布置结构，其特征在于，压缩机(I)的二氧化碳工质输出端连接超临界二氧化碳布雷顿循环中的锅炉输入端，锅炉输出端经进气阀与膨胀机(4)工质输入端连接。
【文档编号】F01K25/10GK205663465SQ201620444146
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】蒋世希, 李红智, 姚明宇, 高炜, 张帆, 张一帆, 杨玉
【申请人】西安热工研究院有限公司, 华能集团技术创新中心