一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置及其系統、方法與流程

2023-12-05 22:44:36 1

本發明涉及氣體減溫領域，尤其涉及一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置及其系統、方法。

背景技術：

因超臨界二氧化碳優良的傳熱和流動性能具有提高發電效率的巨大潛力，以超臨界二氧化碳作為工質的太陽能熱發電系統正被廣泛的研究中。

由於燃氣輪機發電所需的氣體需滿足一定參數要求才能實施正常的發電作業，當進入燃氣輪機的超臨界二氧化碳的溫度過高時，則會導致燃氣輪機無法正常運行，因此，需要對進入燃氣輪機之前的超臨界二氧化碳進行降溫處理。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置，其可調節超臨界二氧化碳的溫度，獲得所需溫度的超臨界二氧化碳。

本發明的目的還在於提供一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫系統，其可調節超臨界二氧化碳的溫度，獲得所需溫度的超臨界二氧化碳。

本發明的目的還在於提供一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫方法，其可調節超臨界二氧化碳的溫度，獲得所需溫度的超臨界二氧化碳。

為實現上述目的，本發明提供的一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置，包括第一流體通道、第二流體通道和氣氣混合裝置；其中，

所述第一流體通道與所述氣氣混合裝置相連通，並且所述第二流體通道在所述氣氣混合裝置的上遊與所述第一流體通道相連通；

所述第一流體通道中流通有超臨界二氧化碳，所述第二流體通道中流通有超臨界二氧化碳，且所述第二流體通道中流通的超臨界二氧化碳的溫度低於所述第一流體通道中流通的超臨界二氧化碳的溫度。

進一步地，所述第一流體通道的管壁與所述第二流體通道的管壁呈一體結構，並使得所述第一流體通道的內部與所述第二流體通道的內部相連通；所述第一流體通道的內徑與所述第二流體通道的內徑的比值為a，0.5≤a≤1。

進一步地，所述第二流體通道延伸至所述第一流體通道的內部，所述第二流體通道形成有出氣口，並且所述出氣口的開口方向與所述第一流體通道內超臨界二氧化碳的流動方向一致；

所述第二流體通道的內徑與所述第一流體通道的內徑的比值為a，0<a<0.5。

進一步地，所述第二流體通道上設置有流量控制構件。

本發明提供的一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫系統，包括上述任一項所述的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置、取熱-換熱裝置、輸出管及燃氣輪機；其中，所述第一流體通道的進氣端與所述取熱-換熱裝置的出口相連；

所述氣氣混合裝置的出氣端與所述輸出管相連通；所述輸出管的出氣端與所述燃氣輪機的進氣端相連。

進一步地，還包括超臨界二氧化碳供給裝置，所述第二流體通道的進氣端與所述超臨界二氧化碳供給裝置相連。

進一步地，所述輸出管的出氣端上設置有溫度監測構件。

進一步地，所述第二流體通道上設置有溫度監測構件和壓力監測構件。

進一步地，所述第一流體通道上設置有溫度監測構件和壓力監測構件。

本發明提供的一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫方法，包括：測量輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值；

通過調節第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量使得所述輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值與超臨界二氧化碳的理想溫度值趨於相等。

進一步地，所述通過調節第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量使得所述輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值與超臨界二氧化碳的理想溫度值趨於相等，具體為：

根據所述輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的理想溫度值和超臨界二氧化碳的理想壓力值獲得所述輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的理想焓值h；

實時測量第一流體通道的出氣端的超臨界二氧化碳的溫度和壓力，並計算所述第一流體通道的出氣端的超臨界二氧化碳的焓值h1；並測得所述第一流體通道中超臨界二氧化碳的流量q1；

實時測量所述第二流體通道的出氣端的超臨界二氧化碳的溫度和壓力；並計算所述第二流體通道的出氣端的超臨界二氧化碳的焓值h2；並測得所述第二流體通道中超臨界二氧化碳的流量q2；

調節所述第二流體通道中超臨界二氧化碳的流量使得

與現有技術相比，本發明提供的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置，通過設置流通有溫度相對較低的超臨界二氧化碳的第二流體通道，並將第二流體通道中的溫度相對較低的超臨界二氧化碳與第一流體通道中的溫度相對較高的超臨界二氧化碳通過氣氣混合裝置充分混合，即將第一流體通道中的高溫超臨界二氧化碳與第二流體通道中的低溫超臨界二氧化碳混合，達到降低高溫超臨界二氧化碳的溫度的目的，從而獲得所需溫度的超臨界二氧化碳。

在進一步的技術方案中，當第一流體通道的內徑與第二流體通道的內徑的比值a，0.5≤a≤1時，將第一流體通道的管壁與第二流體通道的管壁設置為一體結構，並使得兩者的內部相連通。從而保證第一流體通道中的高溫超臨界二氧化碳和第二流體通道中的低溫超臨界二氧化碳充分混合。

在進一步的技術方案中，當第一流體通道的內徑與第二流體通道的內徑的比值a，0<a<0.5時，將第二流體通道延伸至第一流體通道的內部，並使得第二流體通道上的出氣口的開口方向與第一流體通道內超臨界二氧化碳的流動方向一致。從而保證兩股超臨界二氧化碳的充分混合。

在進一步的技術方案中，通過在第二流體通道路上設置流量控制構件，可實時調節第二流體通道中低溫超臨界二氧化碳的流量，便於根據第一流體通道中高溫超臨界二氧化碳的溫度變化，調節第二流體通道中低溫超臨界二氧化碳的流量，進而獲得所需溫度的超臨界二氧化碳介質。

與現有技術相比，本發明提供的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫系統，將取熱-換熱裝置作為第一流體通道中的高溫超臨界二氧化碳的供給來源，將低溫超臨界二氧化碳與高溫超臨界二氧化碳混合後獲得的所需溫度的超臨界二氧化碳介質，從而為燃氣輪機提供足夠的動力。

在進一步的技術方案中，將第二流體通道的進氣端與超臨界二氧化碳供給裝置相連，通過超臨界二氧化碳供給裝置向整個第二流體通道提供低溫的超臨界二氧化碳，利用該低溫的超臨界二氧化碳達到降低高溫超臨界二氧化碳的目的。

在進一步的技術方案中，通過在輸出管的出氣端設置溫度監測構件，可以實時監測輸出管輸出的超臨界二氧化碳的溫度，便於確定其輸出的超臨界二氧化碳的溫度是否符合所需超臨界二氧化碳的溫度。

在進一步的技術方案中，通過在第二流體通道上設置溫度監測構件和壓力監測構件，便於實時監測第二流體通道中的低溫超臨界二氧化碳的溫度和壓力。

在進一步的技術方案中，通過在第一流體通道上設置溫度監測構件和壓力監測構件，便於實時監測第一流體通道中的高溫超臨界二氧化碳的溫度和壓力。

與現有技術相比，本發明提供的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫方法，利用該超臨界二氧化碳氣氣混合減溫方法可通過調節第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量調節輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的溫度，從而獲得所需溫度的超臨界二氧化碳。

在進一步的技術方案中，通過調節第二流體通道中超臨界二氧化碳的流量使得可以據此判斷第二流體通道中超臨界二氧化碳的流量是否調節合適。

附圖說明

在下文中將基於僅為非限定性的實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中：

圖1、圖2為本發明實施例二提供的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置的結構示意圖。

圖3為本發明實施例三提供的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫系統的結構示意圖。

圖4、圖5為本發明實施例四提供的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫方法的流程圖。

附圖說明：

1-第一流體通道，2-第二流體通道，3-氣氣混合裝置，4-取熱-換熱裝置，5-輸出管，6-超臨界二氧化碳供給裝置

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

需要說明的是，因第二流體通道中流通的超臨界二氧化碳的溫度小於第一流體通道中流通的超臨界二氧化碳的溫度，可將第一流體通道中流通的超臨界二氧化碳定義為高溫超臨界二氧化碳，將第二流體通道中流通的超臨界二氧化碳定義為低溫超臨界二氧化碳。

實施例一

本實施例中提供的一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置，包括第一流體通道、第二流體通道和氣氣混合裝置；其中，該第一流體通道與該氣氣混合裝置相連通，並且該第二流體通道在該氣氣 混合裝置的上遊與該第一流體通道相連通；

第一流體通道中流通有超臨界二氧化碳，第二流體通道中流通有超臨界二氧化碳，且第二流體通道中流通的超臨界二氧化碳的溫度低於第一流體通道中流通的超臨界二氧化碳的溫度。

因此，本實施例提供的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置，通過在第二流體通道中流通有低溫超臨界二氧化碳，並將第一流體通道中流通的高溫超臨界二氧化碳與第二流體通道中流通的低溫超臨界二氧化碳通過氣氣混合裝置混合後再輸出，從而達到降低高溫超臨界二氧化碳溫度的目的，進而獲得所需溫度的超臨界二氧化碳介質。

實施例二

如圖1、2所示，本實施例中提供的一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置，包括第一流體通道1、第二流體通道2和氣氣混合裝置3；其中，該第一流體通道1與該氣氣混合裝置3相連通，並且該第二流體通道2在該氣氣混合裝置3的上遊與該第一流體通道1相連通；第一流體通道1中流通有超臨界二氧化碳，第二流體通道2中流通有超臨界二氧化碳，且第二流體通道2中流通的超臨界二氧化碳的溫度低於第一流體通道1中流通的超臨界二氧化碳的溫度。

如圖1所示，其中的第一流體通道1的管壁與第二流體通道2的管壁可呈一體結構，並使得該第一流體通道1的內部與該第二流體通道2的內部相連通；且該第一流體通道1的內徑與該第二流體通道2的內徑的比值為a，0.5≤a≤1。當第一流體通道1的內徑與第二流體通道2的內徑的比值a，0.5≤a≤1時，此種結構的第一流體通道1的內徑與第二流體通道2的內徑可理解為相近，此時，可將第一流體通道1的管壁與第二流體通道2的管壁設置為一體結構，從而保證第一流體通道1中的高溫超臨界二氧化碳和第二流體通道2中的低溫超臨界二氧化碳充分混合。

另外，如圖2所示，第二流體通道2還可延伸至第一流體通道1的內部，該第二流體通道2形成有出氣口，且該出氣口的開口方向與第一流體通道1內超臨界二氧化碳的流動方向一致；且第二流體通道2的內徑與第一流體通道1的內徑的比值為a，0<a<0.5。當第二流體通道2的內徑與第一流體通道1的內徑的比值a，0<a<0.5時。此時，可理解為第一流體通道1的內徑較大於第二流體通道2的內徑，因第二流體通道2的內徑較小，該第二流體通道2中流通的低溫超臨界二氧化碳的流速相對較大，將第二流體通道2延伸至第一流體通道1的內部，該第二流體通道2形成有出氣口，並將該出氣口的開口方向與第一流體通道1內超臨界二氧化碳的流動方向一致，從而保證第二流體 通道2中的低溫超臨界二氧化碳與第一流體通道1中的高溫超臨界二氧化碳充分混合，從而獲得所需溫度的超臨界二氧化碳。

再者，該第二流體通道2上還可設置流量控制構件，通過該流量控制構件可調節第二流體通道2中的低溫超臨界二氧化碳的流量，便於根據第一流體通道1中的高溫超臨界二氧化碳的溫度及所需混合後超臨界二氧化碳的溫度調節第二流體通道2中低溫超臨界二氧化碳的流量。

實施例三

如圖3所示，本實施例提供了一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫系統，包括實施例一或實施例二中所述的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫裝置、取熱-換熱裝置4、輸出管5及燃氣輪機；其中，第一流體通道1的進氣端與該取熱-換熱裝置4的出口相連，氣氣混合裝置3的出氣端與輸出管5相連通，輸出管5的出氣端與該燃氣輪機的進氣端相連。

因此，本實施例將低溫超臨界二氧化碳與從取熱-換熱裝置4取熱後獲得的高溫超臨界二氧化碳混合後，達到降低從取熱-換熱裝置4取熱後獲得的高溫超臨界二氧化碳的溫度的目的，便於獲得所需溫度的超臨界二氧化碳介質。

在本實施例其中一個實施方式中，其中的取熱-換熱裝置4可為塔式集熱器，將該塔式集熱器的出口與第一流體通道1的進氣端相連。超臨界二氧化碳在塔式集熱器中吸收熱量，溫度升高，將吸收熱量的高溫超臨界二氧化碳輸送至第一流體通道1中，第一流體通道1中的高溫超臨界二氧化碳與第二流體通道2中的低溫超臨界二氧化碳進行混合，從而達到降低超臨界二氧化碳溫度的目的。

在本實施例其中一個實施方式中，其中的取熱-換熱裝置4也可為固體儲熱裝置，將固體儲熱裝置的出口與第一流體通道1的進氣端相連。固體儲熱裝置儲存的熱量傳遞至超臨界二氧化碳，獲得較高溫度的超臨界二氧化碳，將固體儲熱裝置中吸收熱量的高溫超臨界二氧化碳輸送至第一流體通道1中，第一流體通道1中的高溫超臨界二氧化碳與第二流體通道2中的低溫超臨界二氧化碳進行混合，從而達到降低超臨界二氧化碳溫度的目的。

在本實施例其中一個實施方式中，其中的取熱-換熱裝置4也可為熔融鹽儲熱單元和換熱單元構成的整體結構。其中，換熱單元中流通有超臨界二氧化碳，將換熱單元的出口與第一流體通道1的進氣端相連。熔融鹽儲熱單元中的高溫熔融鹽介質輸送至換熱單元中，換熱單元中的超臨界二氧化碳與高溫熔融鹽換熱，溫度升高，獲得高溫超臨界二氧化碳，將該高溫超臨界二氧化碳輸送至第一流體通道1中，第一流體 通道1中的高溫超臨界二氧化碳與第二流體通道2中的低溫超臨界二氧化碳進行混合，從而達到降低超臨界二氧化碳的溫度的目的。

本實施例的超臨界二氧化碳氣氣混合減溫系統還包括超臨界二氧化碳供給裝置6，其中，第二流體通道2的進氣端與超臨界二氧化碳供給裝置6相連，利用該超臨界二氧化碳供給裝置6向第二流體通道2輸送低溫超臨界二氧化碳，利用該低溫超臨界二氧化碳達到降低高溫超臨界二氧化碳的目的。其中的超臨界二氧化碳供給裝置6可為燃氣輪機，將第二流體通道2的進氣端與燃氣輪機的抽氣端相連，利用燃氣輪機抽氣端的溫度較低的超臨界二氧化碳輸送至第二流體通道2中，利用該低溫超臨界二氧化碳實施對從取熱-換熱裝置4取熱利用後的高溫超臨界二氧化碳進行降溫，從而調節進入燃氣輪機之前的超臨界二氧化碳的品質。

其中的輸出管5的出氣端上可設置溫度監測構件，通過該溫度監測構件可實時監測輸出管5的出氣端的超臨界二氧化碳的溫度，根據該溫度值判斷該輸出管5的出氣端的超臨界二氧化碳的溫度是否滿足所需溫度值，並根據該溫度值與所需理想溫度值的差異調整第二流體通道2中的低溫超臨界二氧化碳的流量。另外，在第二流體通道2上也可設置溫度監測構件和壓力監測構件，通過該溫度監測構件和壓力監測構件實時監測第二流體通道2中低溫超臨界二氧化碳的溫度和壓力，為調節第二流體通道2中的低溫超臨界二氧化碳的流量提供參考。再者，也可在第一流體通道1上設置溫度監測構件和壓力監測構件，通過該溫度監測構件和壓力監測構件實時監測第一流體通道1中的高溫超臨界二氧化碳的溫度和壓力，為調節第二流體通道2中的低溫超臨界二氧化碳的流量提供參考。

實施例四

如圖4、5，本實施例提供了一種超臨界二氧化碳氣氣混合減溫方法，包括：步驟S1：測量輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值；步驟S2：通過調節第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量使得輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值與超臨界二氧化碳的理想溫度值趨於相等。

首先預設一個超臨界二氧化碳的理想溫度值，並實時測量輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值，根據該輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值與超臨界二氧化碳的理想溫度值的差異，調節第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量使得輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值與超臨界二氧化碳的理想溫度值趨於相等。

若測得的輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值與超臨界二氧化碳的理想溫度值不同，則說明輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的溫度值仍未達到所需要求的超臨界二氧化碳的溫度，需要對該超臨界二氧化碳的溫度進行調節。當輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的溫度值小於超臨界二氧化碳的理想溫度值時，需減少第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量，進而使得第一流體通道中的高溫超臨界二氧化碳與第二流體通道中的低溫超臨界二氧化碳混合後產生所需溫度的超臨界二氧化碳。當輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳溫度值大於超臨界二氧化碳的理想溫度值時，則需增加第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量，進而使得第一流體通道中的高溫超臨界二氧化碳與第二流體通道中的低溫超臨界二氧化碳混合後產生所需溫度的超臨界二氧化碳。該種調節方法需要通過測量輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值，當該超臨界二氧化碳的溫度值與超臨界二氧化碳的理想溫度值相等時，才表明調節合適。為提高該調節方法的精確性，下述給出了更為具體的調節方法。

步驟S2：通過調節第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量使得輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值與超臨界二氧化碳的理想溫度值趨於相等，具體為：

步驟T1：根據輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的理想溫度值和超臨界二氧化碳的理想壓力值獲得輸出管出氣端的超臨界二氧化碳的理想焓值h。

步驟T2：實時測量第一流體通道的出氣端的超臨界二氧化碳的溫度和壓力，並計算第一流體通道的出氣端的超臨界二氧化碳的焓值h1；並測得第一流體通道中超臨界二氧化碳的流量q1。

步驟T3：實時測量第二流體通道的出氣端的超臨界二氧化碳的溫度和壓力；並計算第二流體通道的出氣端的超臨界二氧化碳的焓值h2；並測得第二流體通道中超臨界二氧化碳的流量q2。

步驟T4：調節第二流體通道中超臨界二氧化碳的流量使得

當輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值與理想溫度值相等時，根據能量守恆，h1×q1+h2×q2＝h×(q1+q2)，即第一流體通道中的超臨界二氧化碳的能量與第二流體通道中的超臨界二氧化碳的能量之和與輸出管中的超臨界二氧化碳的能量相等。在反覆調節第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量值時，當滿足時，即可表示此時第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量調節合適。由於從調節第二流體通道中的超臨界二氧化碳的流量值至該超臨界二氧化碳與第 一流體通道中的高溫超臨界二氧化碳混合併輸送至輸出管這一過程需要一定的時間，若通過測量輸出管的出氣端的超臨界二氧化碳的實際溫度值，判斷其是否調節合適具有一定的滯後性。因此，根據能量守恆的原則調節第二流體通道中的超臨界二氧化碳流量較為精確快速。

最後需要說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施方式對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施方式記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明實施方式技術方案的精神和範圍。