基于空压机的超临界R744发电系统

本发明属工业节能技术领域，具体涉及基于空压机的超临界R744发电系统。

空压机是工业上广泛应用的基础性设备，它将原动（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置，是工业现代化的基础产品。目前，世面上广泛应用的空压机以容积型和速度型为主，特别是螺杆式多级压缩机和离心式多级压缩机为主要产品。

根据热力学原理，在压比相同时，等温压缩最省功，等熵压缩最耗功，然而目前人们尚无法做到等温压缩，为省功提出了多级压缩中间冷却的方法，这样在每一级等熵压缩的过程后，及时用循环水冷却压缩空气，从而达到节省耗功的目的。

过去，循环冷却水中的热量被直接排放至冷却塔，不能充分发挥余热的作用，而这部分热量其实源于空压机的所消耗的电能，同时循环冷却水在冷却过程中有约1%的水分被蒸发，造成水分损失，形成的水雾在空中与细小的空中悬浮颗粒结合，又会对当地的环境造成不良影响，个别情况，为了加快冷却过程，还需要开动冷却塔顶的风扇，消耗大量电能。

R744即CO2，临界温度低（364.2K），临界压力低（7.28Mpa），价格便宜，广泛易得，无毒无害，活性低，化学性能稳定等一系列优良特点，成为工业发电和制冷领域的焦点。

超临界R744发电系统是以超临界R744液体为郎肯循环系统的工质，以R744透平专用涡轮机为核心技术的最新余热发电技术。此发电系统在余热发电方面有较宽泛的应用优势，各项技术指标都优于在用的水蒸汽浪肯循环系统和当前最先进的有机郎肯循环系统，特别是在发电效率和设备体积方面有着明显的优势。超临界R744热机是一种平台技术，目前可提供的功率范围为250kWe至50MWe的设计，效率可达30%。应用范围包括燃气轮机、固定式动力发电机组、工业废热回收、太阳能热量、地热、混合内燃机等的循环热能。

如何将空压机与超临界R744发电系统有机结合，回收相当一部分电能，还能消除循环冷却水水分蒸发，改善环境，成为亟待解决的技术难题。

本发明提供基于空压机的超临界R744发电系统，它主要由循环水泵，超临界CO2压缩机，超临界CO2吸热器，超临界CO2专用涡轮，励磁发电机，超临界CO2冷凝器，第一级压缩机，第一级气水换热器，第二级压缩机，第二级气水换热器，第三级压缩机，第三级气水换热器所组成，其工作过程是这样的：过滤后的洁净空气经第一级压缩机压缩后，压力升高，温度升高，进入第一级气水换热器，放热降温后再进入第二级压缩机，压力进一步升高，同时温度再次升高，然后进入第二级气水换热器，放热降温后再进入第三级压缩机，压力进一步升高，同时温度再次升高，然后进入第三级气水换热器，放热降温后得到高压空气；循环水经循环水泵增压后分别泵送入第一级气水换热器，第二级气水换热器和第三级气水换热器，吸热后温度达到60~80℃，进入超临界CO2吸热器放热，在超临界CO2吸热器中吸热后的超临界CO2进入超临界CO2专用涡轮，膨胀做功，一部分功用来带动超临界CO2压缩机，另一部分带动励磁发电机发电，膨胀后的超临界CO2温度和压力均降低，后进入超临界CO2冷凝器，放热于冷却水后，进入超临界CO2压缩机，压缩至超临界状态后再进入超临界CO2吸热器中，如此循环。

01—循环水泵，41—超临界CO2压缩机，42—超临界CO2吸热器，43—超临界CO2专用涡轮，44—励磁发电机，45—超临界CO2冷凝器，11—第一级压缩机，12—第一级气水换热器，21—第二级压缩机，22—第二级气水换热器，31—第三级压缩机，32—第三级气水换热器。

附图1所示为本发明提供的基于空压机的超临界CO2发电系统示意图。

本发明提供基于空压机的超临界R744发电系统，它主要由循环水泵01，超临界CO2压缩机41，超临界CO2吸热器42，超临界CO2专用涡轮43，励磁发电机44，超临界CO2冷凝器45，第一级压缩机11，第一级气水换热器12，第二级压缩机21，第二级气水换热器22，第三级压缩机31，第三级气水换热器32所组成，其工作过程是这样的：过滤后的洁净空气经第一级压缩机11压缩后，压力升高，温度升高，进入第一级气水换热器12，放热降温后再进入第二级压缩机21，压力进一步升高，同时温度再次升高，然后进入第二级气水换热器22，放热降温后再进入第三级压缩机31，压力进一步升高，同时温度再次升高，然后进入第三级气水换热器32，放热降温后得到高压空气；循环水经循环水泵01增压后分别泵送入第一级气水换热器12，第二级气水换热器22和第三级气水换热器32，吸热后温度达到60~80℃，进入超临界CO2吸热器42放热，在超临界CO2吸热器42中吸热后的超临界CO2进入超临界CO2专用涡轮43，膨胀做功，一部分功用来带动超临界CO2压缩机41，另一部分带动励磁发电机44发电，膨胀后的超临界CO2温度和压力均降低，后进入超临界CO2冷凝器45，放热于冷却水后，进入超临界CO2压缩机41，压缩至超临界状态后再进入超临界CO2吸热器42，如此循环。

本发明采用最简单的工艺，最少的部件，最少的传热环节，充分实现了对空压机空气热能的高效回收，减少了水分浪费，并与超临界R744发电系统有机结合，回收了大量的电能，具有广泛的应用性和可复制性。