一种余热利用跨临界再压缩二氧化碳储能系统

技术领域

本发明涉及余热回收利用技术领域，特别是涉及一种余热利用跨临界再压缩二氧化碳储能系统。

背景技术

传统压缩储能系统由于储存和释放能量不同步，使得工质在做工完成后还有大量余热未得到有效利用，且由于能量不匹配以及能量品味不同造成能量损失和

发明内容

本发明的目的是提供一种余热利用跨临界再压缩二氧化碳储能系统，达到提高尾气排气余热回收效率的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种余热利用跨临界再压缩二氧化碳储能系统，包括通过储能主管路和释能主管路相互连通并形成闭环的第一低压储液罐和高压气体罐、设置在所述储能主管路上的第一储能支路以及设置在所述释能主管路上的第一释能支路，所述储能主管路上沿远离所述第一低压储液罐的方向依次设置有恒温加热器、压缩机以及第一冷却器，所述第一储能支路上的两端分别与所述恒温加热器与所述压缩机之间的储能主管路以及所述压缩机和所述第一冷却器之间的储能主管路连通，所述第一储能支路上沿远离所述恒温加热器的方向依次设置有第一低温加热器、再压缩机以及第二冷却器，所述释能主管路上沿远离所述高压气体罐的方向依次设置有第二低温加热器、低温回热器、高温回热器、第一高温加热器、第一透平膨胀机、第二高温加热器、第二透平膨胀机、第三冷却器以及恒温冷却器，所述释能主管路自所述第二透平膨胀机延伸出来后再依次回流通过高温回热器以及低温回热器，所述第一释能支路的一端与第二低温加热器与所述低温低回热器之间的所述释能主管路连通，另外一端与回流之前的所述低温回热器与所述高温回热器之间的释能主管路连通，所述第一释能支路上设置有第三低温加热器。

优选地，所述第一储能支路与所述储能主管路，所述第一释能支路与所述释能主管路均通过分流器连接。

优选地，所述恒温加热器与所述恒温冷却器均与恒温源连通。

优选地，所述恒温加热器与所述第一低压储液罐之间的所述储能支管路上设置有节流阀。

优选地，所述第一低温加热器与所述第三冷却器通过第一支路连接并形成闭环，所述第一低温加热器与所述第三冷却器之间分别设置有第一冷水池以及第一空冷器和第一热水池。

优选地，所述第一空冷器靠近所述第一低温加热器。

优选地，所述第二冷却器与所述第三低温加热器通过第二支路连接并形成闭环，所述第二冷却器与所述第三低温加热器之间分别设置有低温熔融盐罐以及第二空冷器和第三储液罐。

优选地，所述第二空冷器靠近所述第三低温加热器。

优选地，所述第一冷却器与所述第一低温加热器通过第三支路连接并形成闭环，所述第一冷却器与所述第一低温加热器之间分别设置有第二冷水池以及第三空冷器和第二热水池。

优选地，所述第三空冷器靠近所述第一低温加热器。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明包括压缩机、再压缩机、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机、高温回热器、低温回热器、高温加热器、冷却器、节流阀以及恒温池通过管路之间的配合连接形成再热布置系统、余热回收系统和再压缩系统其中再热布置系统先将输入的高温工质与来流做工工质进行换热，随后做功，而二级回热布置系统提高工质在高温回热器进口的温度，使得工质减少高温加热器中吸收的热量，同时降低尾部余热品味，工质经过恒温池后成为液体储存在低压液体储罐中进行储存，减少了烟气余热量损失，而冷却系统吸收对传统压缩储能系统中无法吸收的尾部余热量，降低系统中热损失，使得系统效率和

2.本发明在压缩机入口处采用分流方式，尾部余热回收利用系统中的尾部回热器采用双级布置的形式循环引入尾部高温气体，使得能量品味进一步相匹配。

3.本发明通过在回热器入口处使工质分流配置能够降低发电后排气温度，通过尾部回热器和冷却器的布置能够使做工后的二氧化碳温度达到预设值，进一步吸收原本无法吸收的做工后二氧化碳剩余热量，降低膨胀机做工后的排气损失，通过冷却器和回热器的布置方式解决了在压缩储能中尾部排气余热吸收难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

其中，1、第一低压储液罐；2、恒温源；3、恒温加热器；4、恒温冷却器；5、第一空冷器；6、第一支路；7、第一冷水池；8、分流器；9、第一低温加热器；10、再压缩机；11、第二冷却器；12、压缩机；13、第一冷却器；14、第二冷水池；15、高压气体罐；16、第三空冷器；17、第二低温加热器；18、低温回热器；19、高温回热器；20、第一高温加热器；21、第一透平膨胀机22、第二高温加热器；23、第二透平膨胀机；24、第一释能支路；25、第三冷却器；26、第二支路；27、第一热水池；28、高温熔融盐罐；29、第三低温加热器；30、低温熔盐罐；31、第三空冷器；32、第三支路；33、第二热水罐；34、第一储能支路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种余热利用跨临界再压缩二氧化碳储能系统，达到提高尾气排气余热回收效率的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，一种余热利用跨临界再压缩二氧化碳储能系统，包括通过储能主管路和释能主管路相互连通并形成闭环的第一低压储液罐和高压气体罐、设置在所述储能主管路上的第一储能支路以及设置在所述释能主管路上的第一释能支路，所述储能主管路上沿远离所述第一低压储液罐的方向依次设置有恒温加热器、压缩机以及第一冷却器，所述第一储能支路上的两端分别与所述恒温加热器与所述压缩机之间的储能主管路以及所述压缩机和所述第一冷却器之间的储能主管路连通，所述第一储能支路上沿远离所述恒温加热器的方向依次设置有第一低温加热器、再压缩机以及第二冷却器，所述释能主管路上沿远离所述高压气体罐的方向依次设置有第二低温加热器、低温回热器、高温回热器、第一高温加热器、第一透平膨胀机、第二高温加热器、第二透平膨胀机、第三冷却器以及恒温冷却器，所述释能主管路自所述第二透平膨胀机延伸出来后再依次回流通过高温回热器以及低温回热器，所述第一释能支路的一端与第二低温加热器与所述低温低回热器之间的所述释能主管路连通，另外一端与回流之前的所述低温回热器与所述高温回热器之间的释能主管路连通，所述第一释能支路上设置有第三低温加热器；本发明通过设置压缩机、再压缩机、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机、高温回热器、低温回热器、高温加热器、冷却器、节流阀以及恒温池通过管路之间的配合连接形成再热布置系统、余热回收系统和再压缩系统其中再热布置系统先将输入的高温工质与来流做工工质进行换热，随后做功，而低温回热器的布置是为了让释能主路的二氧化碳和释能第一支路的二氧化碳在高温回热器的入口前达到相同的温度，避免了不必要的

参考图1，所述第一储能支路与所述储能主管路，所述第一释能支路与所述释能主管路均通过分流器连接。

参考图1，所述恒温加热器与所述恒温冷却器均与恒温源连通。

参考图1，所述恒温加热器与所述第一低压储液罐之间的所述储能支管路上设置有节流阀。

参考图1，所述第一低温加热器与所述第三冷却器通过第一支路连接并形成闭环，所述第一低温加热器与所述第三冷却器之间分别设置有第一冷水池以及第一空冷器和第一热水池。

参考图1，所述第一空冷器靠近所述第一低温加热器。

参考图1，所述第二冷却器与所述第三低温加热器通过第二支路连接并形成闭环，所述第二冷却器与所述第三低温加热器之间分别设置有低温熔盐罐以及高温熔融盐罐；低温熔盐罐的设置可以实现全温差利用，保证低温熔盐罐两端工质的温度相等；进一步的，低温熔盐罐和第三低温加热器之间还可以设置第二空冷器。

参考图1，所述第二空冷器靠近所述第三低温加热器。

参考图1，所述第一冷却器与所述第一低温加热器通过第三支路连接并形成闭环，所述第一冷却器与所述第一低温加热器之间分别设置有第二冷水池以及第三空冷器和第二热水池。

参考图1，所述第三空冷器靠近所述第一低温加热器。

本发明系统的运行方式如下：

储能部分

二氧化碳从第一低压储液罐通过节流阀压降到状态b点，恒温源能够使其加热到相对应的饱和温度对应状态点c，通过分流器后一部分流体通过第一低温加热器被加热到状态f，加热热量来自工质做工后的余热(即x-y的余热，通过储热将释能后工质的余热储存在第一热水池中，而后在储能期间通过加热器第一低温加热器来加热来流工质d)，换热后热水的温度降至L3状态点对应的温度，再经第一空冷器温度降至环境温度，此时水的温度降至环境温度，对应状态点L1的温度并储存在第一冷水池中，一部分工质经过压缩机被压缩至状态g，另一部分通过再压缩机的部分工质经压缩至状态h，而后h到i经过第二冷却器(M1(来自低温熔盐罐)为冷流熔融盐，M2为吸收热量后的高温熔融盐储存在HST(高温熔盐罐)中)被冷却到i的状态(i和g的温度相同)，经过混流器后i和g两股做功工质二氧化碳进行汇合，然后经过第一冷却器(H1为高压冷水、H2为吸收热量后的高压热水并被储存在第二热水罐中)被冷却却到k对应的状态，并储存在高压储气罐中。

释能部分

在释能期间，低温高压二氧化碳从高压储气罐中被释放，先是经过第二低温加热器，被加热至状态点m对应的温度(加热热量来储存在第二热水罐中的压缩热),二氧化碳在m点处通过分流器一部分流体n通过第三低温加热器被高温熔融盐加热至状态o对应的温度(高温熔融盐来自经过换热被冷却到M3状态对应的温度并储存在低温熔融盐罐罐中)、低温回热器的布置是为了让释能主路的二氧化碳和释能第一支路的二氧化碳在高温回热器的入口前达到相同的温度，避免了不必要的

一部分l经分流后经过低温回热器被做工后的工质加热至状态点p对应的温度，p和o对应的工质经过混流器汇流在点q处此时温度压力相同，而后经过高温回热器被刚做完工的二氧化碳加热至状态点t对应的温度，从t点经过第一高温加热器被加热至状态点u对应的温度，加热完毕，二氧化碳经过第一透平膨胀机膨胀做工，状态变化至状态v点相对应的状态。然后经过第二高温加热器再次被加热，然后经过第二透平膨胀机膨胀做工(此时做工完成)，做完工的二氧化碳依次经过回热器高温回热器、低温回热器，温度压力降至状态x点对应的状态。但是工质二氧化碳在点x处依然有着可以利用的余热，于是利用第三冷却器对循环尾部的余热进行回收(回收的热量储存在第一冷水池中，在储能是加以利用)二氧化碳的温度降低至状态点y对应的温度，并将余热储存在第一热水池中在储能期间在再压缩阶段进行利用，可以有效减少吸收高温热源提供的热量，提高系统的循环效率，增大储能密度，此后二氧化碳经过恒温冷却器冷却至饱和液体,温度对应状态点z对应的温度，并储存在第一低压液体储存罐中，自此储能循环完成。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。