一种超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统及方法与流程

本发明属于动力循环发电，具体涉及一种超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统及方法。

背景技术：

1、在加快建设新型电力系统的背景下，燃煤机组向基础支撑型、系统调节型电源转型升级，随着宽负荷及快速变负荷成为燃煤机组的运行新常态，燃煤机组变负荷运行过程能耗剧增已成为煤电行业的痛点。超临界二氧化碳循环发电技术由于循环热效率高且运行灵活等优势，已成为低碳灵活燃煤发电技术的重要发展方向。

2、在超临界二氧化碳循环发电机组运行过程中，二氧化碳的压缩过程接近临界点时，其密度接近液体而粘性类似气体，可使得压缩耗功大幅减少，循环热效率大幅提高，因而能够提高燃煤机组发电效率，降低电厂碳排放。

3、但是，在大范围调峰运行过程中，如何保证超临界二氧化碳的压缩过程始终接近临界点，已成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统及方法的新技术方案。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统，包括预冷器、入口调节阀、低压罐、输送泵、高压罐、出口调节阀和主压缩机；

3、所述预冷器具有第一工质侧出口、第二工质侧出口；所述预冷器的第一工质侧出口经过所述入口调节阀与所述低压罐的入口连接，所述低压罐的出口连接所述输送泵的入口，所述输送泵的出口连接所述高压罐的入口，所述高压罐的出口经过所述出口调节阀与所述预冷器的工质侧入口连接，所述预冷器的第二工质侧出口与所述主压缩机的入口连接。

4、可选地，超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统还包括循环水池、循环水泵、阀门和冷却塔；所述循环水池设置于所述冷却塔的下方；

5、所述循环水池的出口依次通过所述循环水泵、所述阀门与所述预冷器的水侧入口连接，所述预冷器的水侧出口与所述冷却塔的入口连接，所述冷却塔的出口与所述循环水池的入口连接；

6、循环水经过所述预冷器以对所述预冷器进行温度调节，且通过控制所述阀门的开度以调节循环水流量。

7、可选地，超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统还包括低温回热器、高温回热器和锅炉；

8、所述主压缩机的出口连接所述低温回热器的冷侧入口，所述低温回热器的冷侧出口与所述高温回热器的冷侧入口连接，所述高温回热器的冷侧出口与所述锅炉的入口连接。

9、可选地，超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统还包括高压透平；

10、所述锅炉的过热器出口连接所述高压透平的入口，所述高压透平的出口连接所述锅炉的再热器入口。

11、可选地，超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统还包括低压透平；

12、所述锅炉的再热器的出口连接所述低压透平的入口，所述低压透平的出口连接所述高温回热器的热侧入口，所述高温回热器的热侧出口连接所述低温回热器的热侧入口。

13、可选地，超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统还包括再压缩机；

14、所述低温回热器的热侧出口分为两路，一路连接所述预冷器的工质侧入口，另一路连接所述再压缩机的入口，所述再压缩机的出口连接所述高温回热器的冷侧入口。

15、根据本发明的第二方面，提供了一种超临界二氧化碳循环冷端压力控制方法，应用于如第一方面所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统，包括：

16、当电网调度负荷升高时，超临界二氧化碳循环发电机组提高发电功率，主压缩机的转速提高，且系统循环流量增大，若主压缩机的入口压力低于设定值，则二者差值经过pid运算得到出口调节阀的开度指令，继而开启并调整出口调节阀开度，由高压罐向预冷器的工质侧入口补充工质，以维持主压缩机的入口压力在设定范围内；

17、当电网调度负荷降低时，超临界二氧化碳循环发电机组降低发电功率，主压缩机的转速降低，且系统循环流量减小，若主压缩机的入口压力高于设定值，二者差值经过pid运算得到入口调节阀的开度指令，继而开启并调整入口调节阀的开度，由预冷器的第一工质侧出口向低压罐排出工质，以维持主压缩机的入口压力在设定范围内。

18、可选地，当电网调度负荷升高，且主压缩机的入口压力在设定范围内时，所述预冷器的工质侧入口温度如果发生波动，可通过调节循环水流量来控制。

19、可选地，所述主压缩机的入口压力的设定值由机组负荷指令经过函数计算获得，函数由机组热力系统变工况计算结果线性插值得到。

20、可选地，所述主压缩机的入口压力与设定值的差值需经过死区限制后进入pid控制器运算，死区范围取0.1mpa。

21、本发明的一个技术效果在于：

22、在本申请实施例中，该超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统及方法采用高压罐向系统补充工质，低压罐接收系统的排出工质，低压罐的工质通过输送泵转移至高压罐，进而调节闭式超临界二氧化碳循环工质流量，实现了超临界二氧化碳主压缩机入口压力的主动控制。同时，通过双罐系统(也即高压罐和低压罐)与主压缩机、预冷器的合理耦合，最大程度减少对闭式超临界二氧化碳循环系统的扰动，提高了超临界二氧化碳循环发电机组的调峰能力，且控制系统简单、投资成本低。

技术特征：

1.一种超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统，其特征在于，包括预冷器、入口调节阀、低压罐、输送泵、高压罐、出口调节阀和主压缩机；

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统，其特征在于，还包括循环水池、循环水泵、阀门和冷却塔；所述循环水池设置于所述冷却塔的下方；

3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统，其特征在于，还包括低温回热器、高温回热器和锅炉；

4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统，其特征在于，还包括高压透平；

5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统，其特征在于，还包括低压透平；

6.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统，其特征在于，还包括再压缩机；

7.一种超临界二氧化碳循环冷端压力控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任意一项所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统，包括：

8.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制方法，其特征在于，当电网调度负荷升高，且主压缩机的入口压力在设定范围内时，所述预冷器的工质侧入口温度如果发生波动，可通过调节循环水流量来控制。

9.根据权利要求8所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制方法，其特征在于，所述主压缩机的入口压力的设定值由机组负荷指令经过函数计算获得，函数由机组热力系统变工况计算结果线性插值得到。

10.根据权利要求9所述的超临界二氧化碳循环冷端压力控制方法，其特征在于，所述主压缩机的入口压力与设定值的差值需经过死区限制后进入pid控制器运算，死区范围取0.1mpa。

技术总结本发明提供一种超临界二氧化碳循环冷端压力控制系统及方法，控制系统包括预冷器、入口调节阀、低压罐、输送泵、高压罐、出口调节阀和主压缩机；预冷器具有第一工质侧出口、第二工质侧出口；预冷器的第一工质侧出口经过所述入口调节阀与所述低压罐的入口连接，低压罐的出口连接所述输送泵的入口，所述输送泵的出口连接所述高压罐的入口，所述高压罐的出口经过所述出口调节阀与所述预冷器的工质侧入口连接，所述预冷器的第二工质侧出口与所述主压缩机的入口连接。本发明的一个技术效果在于，实现了超临界二氧化碳主压缩机入口压力的主动控制，还能最大程度减少对闭式超临界二氧化碳循环系统的扰动，提高了超临界二氧化碳循环发电机组的调峰能力。技术研发人员：乔永强,李红智,周毓佳,张一帆,姚明宇,杨玉,孙山受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14