本發(fā)明的實施例屬于發(fā)電，具體涉及一種高效靈活調(diào)節(jié)超臨界二氧化碳再熱發(fā)電系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、超臨界二氧化碳動力循環(huán)具有高效、靈活、緊湊等優(yōu)勢，在燃煤發(fā)電、核電、太陽能熱發(fā)電、余熱發(fā)電等領域具有廣闊的應用前景。

2、近年來，該技術(shù)快速發(fā)展，已經(jīng)從理論研究轉(zhuǎn)向試驗驗證階段，這標志著該技術(shù)距離工業(yè)應用更近一步。目前，再壓縮超臨界二氧化碳循環(huán)構(gòu)型是最具潛力的一種系統(tǒng)構(gòu)型，相比其他構(gòu)型，具有效率高的特點。此外，例如在燃煤發(fā)電等領域，一般采用再熱方式進一步提高系統(tǒng)熱效率。所以，導致系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)設備較多，包括高壓透平、低壓透平、主壓縮機和再壓縮機等4臺旋轉(zhuǎn)設備，而旋轉(zhuǎn)設備軸系的布置方式對系統(tǒng)效率和系統(tǒng)調(diào)節(jié)運行具有較大影響。一般為了方便壓縮機調(diào)節(jié)，主壓縮機和再壓縮機分別由電機單獨驅(qū)動，電機一般通過變頻器、升速機與壓縮機連接，并對壓縮機進行變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以使壓縮機變工況運行時也可以工作在高效區(qū)。

3、但是這種方式軸系能量傳遞環(huán)節(jié)較多，能量損失較大，導致系統(tǒng)效率降低明顯。所以，為了減少軸系傳動損失，所有旋轉(zhuǎn)設備可以同軸布置，即高壓透平、低壓透平、主壓縮機和再壓縮機布置在同一軸，由高壓透平、低壓透平直接驅(qū)動主壓縮機和再壓縮機運行，減少了不必要的中間傳遞設備及能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。但是，為了滿足電網(wǎng)頻率恒定的要求，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的透平需要一直維持定轉(zhuǎn)速運行。由于透平和壓縮機同軸，則主壓縮機和再壓縮機也必須保持定轉(zhuǎn)速運行，導致壓縮機調(diào)節(jié)靈活性變差，不能較好地滿足系統(tǒng)變工況運行及負荷變化需求，壓縮機只能通過節(jié)流等方式調(diào)節(jié)，無法通過變轉(zhuǎn)速工作在高效區(qū)，導致壓縮機效率降低，進而導致系統(tǒng)性能降低。所以，再壓縮再熱超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)亟待開發(fā)新型軸系布置方式及系統(tǒng)，以滿足高效靈活調(diào)節(jié)需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的實施例旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種高效靈活調(diào)節(jié)超臨界二氧化碳再熱發(fā)電系統(tǒng)及方法。

2、本發(fā)明的實施例的第一個方面，提供一種高效靈活調(diào)節(jié)超臨界二氧化碳再熱發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括第一軸系、第二軸系、第三軸系、回熱器組件、鍋爐和預冷器；

3、所述第一軸系包括同軸設置的高壓透平部、低壓透平部和發(fā)電部；所述高壓透平部和所述發(fā)電部通過軸設置于所述低壓透平部相對的兩端；所述第二軸系包括同軸設置的主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部和主壓縮機部；所述第三軸系包括同軸設置的再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部和再壓縮機部；

4、所述主壓縮機部出口與所述回熱器組件冷側(cè)進口連通；所述回熱器組件冷側(cè)出口與所述鍋爐給氣進口連通；

5、所述高壓透平部進口和所述主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部進口通過管路并聯(lián)且與所述鍋爐主氣出口連通；所述高壓透平部出口和所述主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部出口均連通于所述鍋爐再熱進口；

6、所述低壓透平部進口和所述再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部進口通過管路并聯(lián)且與所述鍋爐再熱出口連通；所述低壓透平部出口和所述再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部出口均連通于所述回熱器組件熱側(cè)進口；

7、所述再壓縮機部進口和所述預冷器進口分別與所述回熱器組件熱側(cè)出口連通；

8、所述預冷器出口與所述主壓縮機部進口連通；所述再壓縮機部出口與所述回熱器組件冷側(cè)出口連通。

9、可選的，所述高壓透平部和所述低壓透平部對頭設置。

10、可選的，所述高壓透平部包括主氣調(diào)節(jié)閥和高壓透平；所述主氣調(diào)節(jié)閥設置于所述高壓透平進口處管路；所述高壓透平與所述低壓透平部和所述發(fā)電部同軸設置。

11、可選的，所述低壓透平部包括再熱氣調(diào)節(jié)閥和低壓透平；所述再熱氣調(diào)節(jié)閥設置于所述低壓透平進口處管路；所述低壓透平與所述高壓透平部和所述發(fā)電部同軸設置。

12、可選的，所述主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部包括主流量調(diào)節(jié)閥和主壓縮機驅(qū)動透平；所述主流量調(diào)節(jié)閥設置于所述主壓縮機驅(qū)動透平進口處管路；所述主壓縮機驅(qū)動透平與所述主壓縮機部同軸設置。

13、可選的，所述再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部包括再熱流量調(diào)節(jié)閥和再壓縮機驅(qū)動透平；所述再熱流量調(diào)節(jié)閥設置于所述再壓縮機驅(qū)動透平進口處管路；所述再壓縮機驅(qū)動透平與所述再壓縮機部同軸設置。

14、可選的，所述再壓縮機部包括依次同軸設置的再壓縮機、再壓縮機離合器和再壓縮機啟動電機；

15、所述主壓縮機部包括依次同軸設置的主壓縮機、主壓縮機離合器和主壓縮機啟動電機。

16、可選的，所述回熱器組件包括低溫回熱器和高溫回熱器；

17、所述低溫回熱器冷側(cè)進口與所述主壓縮機部出口連通；所述低溫回熱器冷側(cè)出口與所述高溫回熱器冷側(cè)進口相連通；

18、所述低溫回熱器熱側(cè)進口與所述高溫回熱器熱側(cè)出口連通；其中，所述低溫回熱器熱側(cè)出口分別與所述預冷器進口和所述再壓縮機部進口連通；

19、所述高溫回熱器冷側(cè)出口與所述鍋爐給氣進口連通；所述高溫回熱器熱側(cè)進口分別與所述低壓透平部出口和所述再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部出口連通；所述高溫回熱器熱側(cè)出口與所述低溫回熱器熱側(cè)進口相連通。

20、可選的，所述主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部和主壓縮機部轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為20％～110％；

21、所述再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部和再壓縮機部轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為20％～110％。

22、本發(fā)明的實施例的第二個方面，提供一種高效靈活調(diào)節(jié)超臨界二氧化碳再熱發(fā)電方法，所述方法根據(jù)上述所述系統(tǒng)實現(xiàn)，包括：

23、利用主壓縮機啟動電機和再壓縮機啟動電機分別驅(qū)動主壓縮機和再壓縮機運行；

24、當主壓縮機驅(qū)動透平和再壓縮機驅(qū)動透平輸出負荷達到驅(qū)動主壓縮機和再壓縮機的額定工作負荷時，通過主壓縮機離合器和再壓縮機離合器對應斷開主壓縮機啟動電機和再壓縮機啟動電機；

25、利用主流量調(diào)節(jié)閥和再熱流量調(diào)節(jié)閥分別調(diào)節(jié)主壓縮機驅(qū)動透平和再壓縮機驅(qū)動透平流量，以實現(xiàn)主壓縮機和再壓縮機的負荷匹配及轉(zhuǎn)速控制。

26、本發(fā)明的實施例的有益效果，包括：

27、本發(fā)明中，1、高壓透平部與主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部通過管路并聯(lián)連接，其中，高壓透平部與發(fā)電部同軸連接，主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部與主壓縮機部同軸連接，從而實現(xiàn)了高壓透平部與主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部的并聯(lián)及分軸設計。進一步，低壓透平部與再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部通過管路并聯(lián)連接，其中，低壓透平部與發(fā)電部同軸連接，再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部與再壓縮機部同軸連接，從而實現(xiàn)了低壓透平部與再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部的并聯(lián)及分軸設計。綜上，本發(fā)明通過透平并聯(lián)分軸布置，實現(xiàn)透平發(fā)電和驅(qū)動的完全解耦，從而實現(xiàn)壓縮機高效靈活調(diào)節(jié)，有利于系統(tǒng)高效靈活運行。

28、2、本發(fā)明利用主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部和再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部能夠分別實現(xiàn)主壓縮機部和再壓縮機部的變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)壓縮機流量，可以使壓縮機保持較高的效率運行，從而提高系統(tǒng)發(fā)電效率。

29、3、本發(fā)明主壓縮機部和再壓縮機部由對應的主壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部和再壓縮機變轉(zhuǎn)速驅(qū)動透平部直接驅(qū)動，減少了能量傳遞損失，有利于提高系統(tǒng)發(fā)電效率。

30、4、本發(fā)明高壓透平部和低壓透平部同軸布置，且僅驅(qū)動發(fā)電部，可以實現(xiàn)定轉(zhuǎn)速發(fā)電，并簡化軸系布置，減少發(fā)電機數(shù)量，有利于電網(wǎng)調(diào)度。