一种超临界二氧化碳装置泄漏回收系统及方法与流程

1.本发明涉及超临界二氧化碳技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳装置泄漏回收系统及方法。


背景技术：

2.超临界二氧化碳布雷顿循环是以超临界二氧化碳为工质、采用气体布雷顿热力学循环、充分结合工质物性、热力学原理与设备特性形成的创新型动力循环方式，具有系统热效率高、体积小、循环流程简单、变工况性能好等优势，是目前热能动力领域研究的前沿热点，可以与核能、太阳能、化石能、余热利用等进行有效结合，具有替代当前大规模使用的蒸汽朗肯循环的技术潜力。
3.超临界二氧化碳装置的旋转设备采用轴端密封的方式，轴承密封存在小量的工质泄漏；尽管工质泄漏量很低，但是对于长期运行的装置而言，仍会影响系统经济性，因此需要尽量减少装置的工质泄漏量。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：针对超临界二氧化碳装置运行过程可能存在的泄漏问题，本发明提供了解决上述问题的一种超临界二氧化碳装置低能耗泄漏回收系统及方法，可使用较少能量实现泄漏工质的再回收，有助于提升超临界二氧化碳装置的经济性，适用于工程实验研究。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种超临界二氧化碳装置泄漏回收系统，包括补气单元和回收单元；所述补气单元包括储罐和换热器；所述回收单元包括泄漏采集点；所述储罐用于存储低温低压液态二氧化碳工质，储罐的输出端通过管线i与换热器一次侧的输入端连接，换热器一次侧的输出端通过管线ii连接至超临界二氧化碳装置；所述泄漏采集点用于收集超临界二氧化碳装置泄漏的气体二氧化碳工质；泄漏采集点通过管线iii连接至换热器二次侧的输入端，换热器二次侧的输出端通过管线ⅳ连接至储罐的输入端。
7.本发明通过补气单元向超临界二氧化碳装置补充注入二氧化碳工质，维持装置内二氧化碳装量的稳定；通过回收单元将超临界二氧化碳装置泄漏二氧化碳工质进行回收利用；通过换热器实现注入二氧化碳工质与泄漏二氧化碳工质换热，使泄漏二氧化碳工质冷却，温度降低后用于存储；使注入二氧化碳工质预热，温度升高后用于注入超临界二氧化碳装置。从而实现泄漏二氧化碳工质的冷却，又实现了注入二氧化碳工质的预热。与常规注气系统相比，省略了二氧化碳工质的蒸发器和预热器；与常规泄漏回收方法相比，回收压差仅有2mpa，回收压差小，耗功小。
8.进一步优选，所述补气单元还包括增压泵i，回收单元还增压泵ii；增压泵i设置在管线i上、且位于储罐与换热器之间；增压泵ii设置在管线iii上。增压泵i可采用液体增压泵，增压泵ii可采用气体增压泵。
9.进一步优选，所述回收单元还包括稳压罐，所述稳压罐设置在管线iii上、且位于泄漏采集点与增压泵ii之间。
10.通过在二氧化碳泄漏采集点和增压泵ii之间设置了稳压罐(如气体储罐)，起到稳定泄漏点压力和泵前压力的作用。
11.进一步优选，所述补气系统还包括流量计，所述流量计设置在管线ii上。设置流量计(如质量流量计)用于调节二氧化碳工质注入超临界二氧化碳装置的流速。
12.进一步优选，所述补气系统还包括进口阀，所述进口阀设置在管线ii上。
13.进一步优选，所述换热器采用板式换热器。
14.进一步优选，所述泄漏采集点包括压气机泄漏采集点和透平泄漏采集点。
15.进一步优选，还包括密闭壳体i和密封壳体ii，所述密闭壳体i和密封壳体ii分别用于设置在压气机系统与透平系统，密闭壳体的内腔室用于采集从轴封后漏出的二氧化碳工质。即在压气机系统与透平系统设置封闭式壳体，从轴封后漏出的二氧化碳工质进入密闭壳体；壳体内压力略高于环境压力，便于采集回收泄漏的二氧化碳工质。
16.一种超临界二氧化碳装置泄漏回收方法，通过补气单元向超临界二氧化碳装置补充注入二氧化碳工质，维持装置内二氧化碳装量的稳定；通过回收单元将超临界二氧化碳装置泄漏二氧化碳工质进行回收利用；通过换热器实现注入二氧化碳工质与泄漏二氧化碳工质换热，使泄漏二氧化碳工质冷却，温度降低后用于存储；使注入二氧化碳工质预热，温度升高后用于注入超临界二氧化碳装置。
17.进一步优选，所述补气单元包括储罐，用于存储低温低压液态二氧化碳工质，作为注入二氧化碳工质；注入二氧化碳工质经增压泵增压后进入换热器换热；泄漏二氧化碳工质经增压泵增压后进入换热器换热，换热后进入储罐回收。
18.本发明具有如下的优点和有益效果：
19.本发明可以实现对超临界二氧化碳装置泄漏工质的再回收，提升超临界二氧化碳装置的经济性。
20.本发明通过设置换热器，既实现泄漏二氧化碳工质的冷却，又实现了注入二氧化碳工质的预热。与常规注气系统相比，省略了二氧化碳工质的蒸发器和预热器；与常规泄漏回收方法相比，回收压差仅有2mpa，回收压差小，耗功小。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
22.图1为本发明的超临界二氧化碳装置低能耗泄漏回收系统结构示意图。
23.附图中标记及对应的零部件名称：
24.1-储罐，2-增压泵i，3-换热器，4-流量计，5-进口阀，6-压气机泄漏采集点，7-透平泄漏采集点，8-稳压罐，9-增压泵ii，10-压气机，11-透平，12-回热器，13-热源组。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作
为对本发明的限定。
26.实施例1
27.本实施例提供了一种超临界二氧化碳装置低能耗泄漏回收系统，如图1所示，具体如下所示：
28.该系统主要由补气单元和回收单元构成。补气单元包括储罐1、换热器3、增压泵i2、流量计4和进口阀5；回收单元包括压气机泄漏采集点6、透平泄漏采集点7、稳压罐8和增压泵ii9.
29.储罐用于存储低温(～-20℃)低压(～2mpa)液态二氧化碳工质，储罐的输出端通过管线i与换热器一次侧的输入端连接，换热器一次侧的输出端通过管线ii连接至超临界二氧化碳装置。增压泵i2设置在管线i上、且位于储罐与换热器之间；增压泵i2采用液体增压泵，用于将低压液态二氧化碳升压至超临界压力(大于7.5mpa)。沿工质流动方向，流量计4和进口阀5依次设置在管线ii上。换热器3采用板式换热器。
30.泄漏采集点用于收集超临界二氧化碳装置泄漏的气体二氧化碳工质；泄漏采集点通过管线iii连接至换热器3二次侧的输入端，换热器3二次侧的输出端通过管线ⅳ连接至储罐1的输入端。稳压罐8和增压泵ii9设置在管线iii上，且稳压罐8位于增压泵ii9的上游；稳压罐8起到稳定泄漏采集点背部压力的作用；增压泵ii采用气体增压泵。
31.泄漏采集点还设置密闭壳体i和密封壳体ii，所述密闭壳体i和密封壳体ii分别用于设置在压气机系统与透平系统，密闭壳体的内腔室用于采集从轴封后漏出的二氧化碳工质。
32.本实施例提供的超临界二氧化碳装置低能耗泄漏回收系统的工作原理如下所示：
33.二氧化碳储罐1存储低压(～2mpa)、低温(～-20℃)液态二氧化碳工质，增压泵i2将低压液态二氧化碳升压至超临界压力(大于7.5mpa)；换热器3使用低温液态二氧化碳冷却泄漏后的二氧化碳工质，使其温度接近储罐1内的二氧化碳工质存储温度；同时低温液态二氧化碳吸收热量后，接近环境温度，经过流量计4、进口阀5等，注入超临界二氧化碳装置中冷却器入口处。从压气机泄漏采集点6和透平泄漏采集点7采集的二氧化碳工质，压力较低(小于1mpa)，温度接近环境温度。二者汇流后进入低压稳压罐8，稳压罐8起到稳定泄漏采集点背部压力的作用。之后泄漏二氧化碳工质进入增压泵ii9，压力升至2mpa；升压后的气体二氧化碳工质经过换热器3，将自身热量通过换热器3传给另一侧的二氧化碳工质，同时自己被冷却。冷却后的二氧化碳工质最后返至二氧化碳储罐1，形成一个闭式循环。
34.实施例2
35.本实施例提供了一种超临界二氧化碳装置低能耗泄漏回收方法，具体步骤为：
36.通过补气单元向超临界二氧化碳装置补充注入二氧化碳工质，维持装置内二氧化碳装量的稳定；
37.通过回收单元将超临界二氧化碳装置泄漏二氧化碳工质进行回收利用；
38.通过换热器实现注入二氧化碳工质与泄漏二氧化碳工质换热，使泄漏二氧化碳工质冷却，温度降低后用于存储；使注入二氧化碳工质预热，温度升高后用于注入超临界二氧化碳装置。
39.此外，作为优选方案，补气单元包括储罐，用于存储低温低压液态二氧化碳工质，作为注入二氧化碳工质；注入二氧化碳工质经增压泵增压后进入换热器换热；泄漏二氧化
碳工质经增压泵增压后进入换热器换热，换热后进入储罐回收。
40.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。