一种干气密封近零泄漏及工质回收系统的制作方法

1.本发明属于超临界二氧化碳循环发电技术领域，涉及一种干气密封近零泄漏及工质回收系统。


背景技术：

2.超临界二氧化碳发电技术具有效率高、体积小、调峰速度快等优点，超临界二氧化碳循环发电技术作为一种前沿性、变革性发电技术，与传统蒸汽朗肯循环相比，工质本身及循环禀赋使该项技术具有诸多优势如发电系统简单、装备体积小、布置紧凑、热电转换效率高、热源适应性广、良好的深度调峰和快速调峰潜力、完全的热电解耦使热电可以任意比例输出等诸多优点。
3.干气密封装置作为二氧化碳压缩机及透平必备的密封装置，目前其泄漏率约为主流量万分之二的量级，但是在某些特殊行业或密闭空间，要求泄漏率低至十万分之一甚至更低，为此非常有必要对干气密封泄露装置工质回收及能量回收系统进行研究设计。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种干气密封近零泄漏及工质回收系统，该系统能够对干气密封泄露装置的工质及能量进行回收。
5.为达到上述目的，本发明所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统包括转机设备及干气密封本体、系统高压罐、泄露集气罐、鼓风机、排空集气罐、压缩机、系统预冷器热侧入口、冷却器、低温两相膨胀机、系统液体储罐及电动机；
6.转机设备及干气密封本体的密封气进口与系统高压罐的出口相连通，转机设备及干气密封本体的泄露气出口与泄露集气罐的入口相连通，泄露集气罐的出口经鼓风机与排空集气罐的入口相连通，排空集气罐的出口分为两路，其中一路与转机设备及干气密封本体的隔离气进口相连通，另一路与压缩机的入口相连通，压缩机的出口分为两路，其中一路经与系统预冷器热侧入口相连通，另一路经冷却器与低温两相膨胀机的入口相连通，所述低温两相膨胀机的出口与系统液体储罐的入口相连通，电动机与低温两相膨胀机及压缩机相连接。
7.电动机与低温两相膨胀机及压缩机同轴布置。
8.压缩机的出口经系统预冷器热侧入口阀与系统预冷器热侧入口相连通。
9.所述低温两相膨胀机的出口经系统液体储罐入口阀与系统液体储罐的入口相连通。
10.当主循环系统需要补工质时，则将系统预冷器热侧入口阀打开，系统液体储罐入口阀关闭。
11.鼓风机的启动条件为：泄露集气罐内工质压力大于1.2倍当地大气压；
12.鼓风机的停机条件为：泄露集气罐内工质压力小于0.8倍当地大气压。
13.压缩机入口的设计压力为0.3～0.5mpa，入口温度为20℃～40℃。
14.压缩机的启动条件为：排空集气罐内工质压力大于0.5mpa；
15.压缩机的停机条件为：排空集气罐内工质压力小于0.45mpa。
16.本发明具有以下有益效果：
17.本发明所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统在具体操作时，通过泄露集气罐收集泄露气，然后通过鼓风机增压，再送入排空集气罐中，所述排空集气罐中的工质分为两路，其中一路作为隔离气送入转机设备及干气密封本体中，另一路进入到压缩机中，通过压缩机压缩后进行回收，以实现对干气密封泄露装置的工质及能量进行回收，结构简单，操作方便，实用性极强，可将系统转机泄漏率降至十万分之一的水平甚至更低；同时提高系统的能量利用率。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图。
19.其中，1为转机设备及干气密封本体、2为密封气进口、3为隔离气进口、4为泄露气出口、5为泄露集气罐、6为鼓风机、7为排空集气罐、8为压缩机、9为电动机、10为低温两相膨胀机、11为冷却器、12为系统预冷器热侧入口阀、13为系统液体储罐入口阀。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
21.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
22.参考图1，本发明所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统包括转机设备及干气密封本体1、密封气进口2、隔离气进口3、泄露气出口4、泄露集气罐5、鼓风机6、排空集气罐7、压缩机8、电动机9、低温两相膨胀机10、冷却器11、系统预冷器热侧入口阀12及系统液体储罐入口阀13；
23.转机设备及干气密封本体1的密封气进口2与系统高压罐的出口相连通，转机设备及干气密封本体1的泄露气出口与泄露集气罐5的入口相连通，泄露集气罐5的出口经鼓风机6与排空集气罐7的入口相连通，排空集气罐7的出口分为两路，其中一路与转机设备及干气密封本体1的隔离气进口3相连通，另一路与压缩机8的入口相连通，压缩机8的出口分为两路，其中一路经系统预冷器热侧入口阀12与系统预冷器热侧入口相连通，另一路经冷却器11与低温两相膨胀机10的入口相连通，所述低温两相膨胀机10的出口经系统液体储罐入口阀13与系统液体储罐的入口相连通，低温两相膨胀机10、电动机9及压缩机8同轴布置。
24.进一步，排空集气罐7还连接有系统高压排空。
25.本发明的具体工作过程为：
26.在干气密封泄露回收过程中，系统高压罐输出的高压工质经密封气进口2注入转机设备及干气密封本体1，经隔离气进口3注入低压隔离气，干气密封泄露气经泄露气出口4排出后进入到泄露集气罐5中，泄露集气罐5输出的气体经鼓风机6进入到排空集气罐7中，其中，排空集气罐7输出的气体分为两路，其中一路作为隔离气送入转机设备及干气密封本体1中，另一路进入到压缩机8中压缩，其中，压缩机8输出的压缩后的气体分为两路，其中一路进入到低温两相膨胀机10中做功，然后进入到系统液体储罐中，另一路进入到系统预冷器热侧入口中。
27.需要说明的是，密封气进口2处工质的压力为15mpa～30mpa，温度为100℃～150℃。泄露气出口4处工质的压力为0.1mpa，温度为20℃～40℃。
28.所述泄露集气罐5的作用在于汇集干气密封泄露气，并保持鼓风机6的入口压力稳定；鼓风机6的作用在于将排空集气罐7内的工质升压至0.3～0.5mpa，以达到隔离气的用气条件要求；鼓风机6变转速运行，启动条件为泄露集气罐5内工质压力大于1.2倍当地大气压，停机条件为泄露集气罐5内工质压力小于0.8倍当地大气压。
29.所述排空集气罐7的作用之一在于汇集鼓风机6输出的低压工质并储存，保持鼓风机6出口压力稳定，同时汇集回收来自系统其他点的高压排空工质；排空集气罐7内工质的压力为0.3～0.5mpa，其外部不用保温棉，直接暴露在大气中并向外散热，排空集气罐7内的温度保持与环境温度相同；排空集气罐7输出的气体引出一路接入隔离气进口3，满足隔离气的用气要求，另一路接入压缩机8中。
30.压缩机8入口的设计压力为0.3～0.5mpa，入口温度为20℃～40℃，出口压力为8mpa，出口温度为270℃-290℃；当主循环系统需要补工质时，则将系统预冷器热侧入口阀12打开，系统液体储罐入口阀13关闭，压缩机8输出的工质直接汇入系统预冷器热侧入口；当主循环系统不需要补工质时，则将系统预冷器热侧入口阀12关闭，系统液体储罐入口阀13打开，压缩机8输出的工质经冷却器11降温至20℃～40℃后，然后进入低温两相膨胀机10中膨胀，并降温降压为-15℃～-20℃、2mpa的气液两相工质，然后注入系统液体储罐中；低温两相膨胀机10作用之一在于回收膨胀功，另一作用在于将高压工质降温降压为低温低压两相工质，并注入系统液体储罐。
31.所述低温两相膨胀机10及压缩机8的悬臂分别安装在电动机9的两端，三者同轴同速转动，变转速运行。压缩机8启动条件为排空集气罐7内工质压力大于0.5mpa，停机条件为排空集气罐7内工质压力小于0.45mpa。
32.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种干气密封近零泄漏及工质回收系统，其特征在于，包括转机设备及干气密封本体(1)、系统高压罐、泄露集气罐(5)、鼓风机(6)、排空集气罐(7)、压缩机(8)、系统预冷器热侧入口、冷却器(11)、低温两相膨胀机(10)、系统液体储罐及电动机(9)；转机设备及干气密封本体(1)的密封气进口(2)与系统高压罐的出口相连通，转机设备及干气密封本体(1)的泄露气出口与泄露集气罐(5)的入口相连通，泄露集气罐(5)的出口经鼓风机(6)与排空集气罐(7)的入口相连通，排空集气罐(7)的出口分为两路，其中一路与转机设备及干气密封本体(1)的隔离气进口(3)相连通，另一路与压缩机(8)的入口相连通，压缩机(8)的出口分为两路，其中一路经与系统预冷器热侧入口相连通，另一路经冷却器(11)与低温两相膨胀机(10)的入口相连通，所述低温两相膨胀机(10)的出口与系统液体储罐的入口相连通，电动机(9)与低温两相膨胀机(10)及压缩机(8)相连接。2.根据权利要求1所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统，其特征在于，电动机(9)与低温两相膨胀机(10)及压缩机(8)同轴布置。3.根据权利要求1所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统，其特征在于，压缩机(8)的出口经系统预冷器热侧入口阀(12)与系统预冷器热侧入口相连通。4.根据权利要求3所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统，其特征在于，所述低温两相膨胀机(10)的出口经系统液体储罐入口阀(13)与系统液体储罐的入口相连通。5.根据权利要求4所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统，其特征在于，当主循环系统需要补工质时，则将系统预冷器热侧入口阀(12)打开，系统液体储罐入口阀(13)关闭。6.根据权利要求1所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统，其特征在于，鼓风机(6)的启动条件为：泄露集气罐(5)内工质压力大于1.2倍当地大气压；鼓风机(6)的停机条件为：泄露集气罐(5)内工质压力小于0.8倍当地大气压。7.根据权利要求1所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统，其特征在于，压缩机(8)入口的设计压力为0.3～0.5mpa，入口温度为20℃～40℃。8.根据权利要求1所述的干气密封近零泄漏及工质回收系统，其特征在于，压缩机(8)的启动条件为：排空集气罐(7)内工质压力大于0.5mpa；压缩机(8)的停机条件为：排空集气罐(7)内工质压力小于0.45mpa。

技术总结
本发明公开了一种干气密封近零泄漏及工质回收系统，转机设备及干气密封本体的密封气进口与系统高压罐的出口相连通，转机设备及干气密封本体的泄露气出口与泄露集气罐的入口相连通，泄露集气罐的出口经鼓风机与排空集气罐的入口相连通，排空集气罐的出口分为两路，其中一路与转机设备及干气密封本体的隔离气进口相连通，另一路与压缩机的入口相连通，压缩机的出口分为两路，其中一路经与系统预冷器热侧入口相连通，另一路经冷却器与低温两相膨胀机的入口相连通，所述低温两相膨胀机的出口与系统液体储罐的入口相连通，电动机与低温两相膨胀机及压缩机相连接，该系统能够对干气密封泄露装置的工质及能量进行回收。封泄露装置的工质及能量进行回收。封泄露装置的工质及能量进行回收。


技术研发人员：李凯伦 李红智 张一帆 姚明宇 高炜 杨玉 张纯 吴家荣
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：2023.04.28
技术公布日：2023/7/6