一种高效灵活调节超临界二氧化碳再热发电系统及方法与流程

本发明的实施例属于发电，具体涉及一种高效灵活调节超临界二氧化碳再热发电系统及方法。

背景技术：

1、超临界二氧化碳动力循环具有高效、灵活、紧凑等优势，在燃煤发电、核电、太阳能热发电、余热发电等领域具有广阔的应用前景。

2、近年来，该技术快速发展，已经从理论研究转向试验验证阶段，这标志着该技术距离工业应用更近一步。目前，再压缩超临界二氧化碳循环构型是最具潜力的一种系统构型，相比其他构型，具有效率高的特点。此外，例如在燃煤发电等领域，一般采用再热方式进一步提高系统热效率。所以，导致系统旋转设备较多，包括高压透平、低压透平、主压缩机和再压缩机等4台旋转设备，而旋转设备轴系的布置方式对系统效率和系统调节运行具有较大影响。一般为了方便压缩机调节，主压缩机和再压缩机分别由电机单独驱动，电机一般通过变频器、升速机与压缩机连接，并对压缩机进行变转速调节，以使压缩机变工况运行时也可以工作在高效区。

3、但是这种方式轴系能量传递环节较多，能量损失较大，导致系统效率降低明显。所以，为了减少轴系传动损失，所有旋转设备可以同轴布置，即高压透平、低压透平、主压缩机和再压缩机布置在同一轴，由高压透平、低压透平直接驱动主压缩机和再压缩机运行，减少了不必要的中间传递设备及能量转化环节。但是，为了满足电网频率恒定的要求，驱动发电机发电的透平需要一直维持定转速运行。由于透平和压缩机同轴，则主压缩机和再压缩机也必须保持定转速运行，导致压缩机调节灵活性变差，不能较好地满足系统变工况运行及负荷变化需求，压缩机只能通过节流等方式调节，无法通过变转速工作在高效区，导致压缩机效率降低，进而导致系统性能降低。所以，再压缩再热超临界二氧化碳循环发电系统亟待开发新型轴系布置方式及系统，以满足高效灵活调节需求。

技术实现思路

1、本发明的实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高效灵活调节超临界二氧化碳再热发电系统及方法。

2、本发明的实施例的第一个方面，提供一种高效灵活调节超临界二氧化碳再热发电系统，所述发电系统包括第一轴系、第二轴系、第三轴系、回热器组件、锅炉和预冷器；

3、所述第一轴系包括同轴设置的高压透平部、低压透平部和发电部；所述高压透平部和所述发电部通过轴设置于所述低压透平部相对的两端；所述第二轴系包括同轴设置的主压缩机变转速驱动透平部和主压缩机部；所述第三轴系包括同轴设置的再压缩机变转速驱动透平部和再压缩机部；

4、所述主压缩机部出口与所述回热器组件冷侧进口连通；所述回热器组件冷侧出口与所述锅炉给气进口连通；

5、所述高压透平部进口和所述主压缩机变转速驱动透平部进口通过管路并联且与所述锅炉主气出口连通；所述高压透平部出口和所述主压缩机变转速驱动透平部出口均连通于所述锅炉再热进口；

6、所述低压透平部进口和所述再压缩机变转速驱动透平部进口通过管路并联且与所述锅炉再热出口连通；所述低压透平部出口和所述再压缩机变转速驱动透平部出口均连通于所述回热器组件热侧进口；

7、所述再压缩机部进口和所述预冷器进口分别与所述回热器组件热侧出口连通；

8、所述预冷器出口与所述主压缩机部进口连通；所述再压缩机部出口与所述回热器组件冷侧出口连通。

9、可选的，所述高压透平部和所述低压透平部对头设置。

10、可选的，所述高压透平部包括主气调节阀和高压透平；所述主气调节阀设置于所述高压透平进口处管路；所述高压透平与所述低压透平部和所述发电部同轴设置。

11、可选的，所述低压透平部包括再热气调节阀和低压透平；所述再热气调节阀设置于所述低压透平进口处管路；所述低压透平与所述高压透平部和所述发电部同轴设置。

12、可选的，所述主压缩机变转速驱动透平部包括主流量调节阀和主压缩机驱动透平；所述主流量调节阀设置于所述主压缩机驱动透平进口处管路；所述主压缩机驱动透平与所述主压缩机部同轴设置。

13、可选的，所述再压缩机变转速驱动透平部包括再热流量调节阀和再压缩机驱动透平；所述再热流量调节阀设置于所述再压缩机驱动透平进口处管路；所述再压缩机驱动透平与所述再压缩机部同轴设置。

14、可选的，所述再压缩机部包括依次同轴设置的再压缩机、再压缩机离合器和再压缩机启动电机；

15、所述主压缩机部包括依次同轴设置的主压缩机、主压缩机离合器和主压缩机启动电机。

16、可选的，所述回热器组件包括低温回热器和高温回热器；

17、所述低温回热器冷侧进口与所述主压缩机部出口连通；所述低温回热器冷侧出口与所述高温回热器冷侧进口相连通；

18、所述低温回热器热侧进口与所述高温回热器热侧出口连通；其中，所述低温回热器热侧出口分别与所述预冷器进口和所述再压缩机部进口连通；

19、所述高温回热器冷侧出口与所述锅炉给气进口连通；所述高温回热器热侧进口分别与所述低压透平部出口和所述再压缩机变转速驱动透平部出口连通；所述高温回热器热侧出口与所述低温回热器热侧进口相连通。

20、可选的，所述主压缩机变转速驱动透平部和主压缩机部转速调节范围为20％～110％；

21、所述再压缩机变转速驱动透平部和再压缩机部转速调节范围为20％～110％。

22、本发明的实施例的第二个方面，提供一种高效灵活调节超临界二氧化碳再热发电方法，所述方法根据上述所述系统实现，包括：

23、利用主压缩机启动电机和再压缩机启动电机分别驱动主压缩机和再压缩机运行；

24、当主压缩机驱动透平和再压缩机驱动透平输出负荷达到驱动主压缩机和再压缩机的额定工作负荷时，通过主压缩机离合器和再压缩机离合器对应断开主压缩机启动电机和再压缩机启动电机；

25、利用主流量调节阀和再热流量调节阀分别调节主压缩机驱动透平和再压缩机驱动透平流量，以实现主压缩机和再压缩机的负荷匹配及转速控制。

26、本发明的实施例的有益效果，包括：

27、本发明中，1、高压透平部与主压缩机变转速驱动透平部通过管路并联连接，其中，高压透平部与发电部同轴连接，主压缩机变转速驱动透平部与主压缩机部同轴连接，从而实现了高压透平部与主压缩机变转速驱动透平部的并联及分轴设计。进一步，低压透平部与再压缩机变转速驱动透平部通过管路并联连接，其中，低压透平部与发电部同轴连接，再压缩机变转速驱动透平部与再压缩机部同轴连接，从而实现了低压透平部与再压缩机变转速驱动透平部的并联及分轴设计。综上，本发明通过透平并联分轴布置，实现透平发电和驱动的完全解耦，从而实现压缩机高效灵活调节，有利于系统高效灵活运行。

28、2、本发明利用主压缩机变转速驱动透平部和再压缩机变转速驱动透平部能够分别实现主压缩机部和再压缩机部的变转速调节压缩机流量，可以使压缩机保持较高的效率运行，从而提高系统发电效率。

29、3、本发明主压缩机部和再压缩机部由对应的主压缩机变转速驱动透平部和再压缩机变转速驱动透平部直接驱动，减少了能量传递损失，有利于提高系统发电效率。

30、4、本发明高压透平部和低压透平部同轴布置，且仅驱动发电部，可以实现定转速发电，并简化轴系布置，减少发电机数量，有利于电网调度。