本发明涉及热力循环，具体为一种可以在线检测气体浓度的半闭式布雷顿循环系统。
背景技术：
1、随着现代工业的发展，人类对能源的需求不断增长。其中，电力行业造成了大量的传统化石燃料的燃烧，是二氧化碳排放的主要来源之一。富氧燃烧技术是一项极具发展前景的清洁发电技术，其采用富氧空气或纯氧作为助燃气体，提高燃烧产物中二氧化碳的富集程度，降低碳捕集的成本。
2、富氧燃烧技术有多种动力循环形式，其中allam循环是一种清洁、高效的动力循环，具有较高热力学循环效率的同时能实现接近100％的碳捕集。该循环采用天然气、合成气等作为燃料，燃烧产物主要为二氧化碳、水以及一些具有污染性的氮氧化物、硫氧化物气体。燃烧产物中的水和其他气体的含量不仅影响热力学循环效率，更对动力设备的安全运行及使用寿命有着至关重要的影响。
3、目前，测定燃烧产物的方法主要为传感器法，此方法通过在管道内布置气体传感器测量对应气体的浓度。但allam循环燃烧产物含有多种气体，采用此方法不仅需要的传感器数量众多且传感器布置在管道中会影响流体的流场分布，导致二氧化碳的物性发生变化，影响测量结果的准确性。
技术实现思路
1、针对以上问题，本发明提供了一种半闭式布雷顿循环系统，通过在半闭式布雷顿循环系统中增加测试段，并利用光源组件及光源接收组件实时检测测试段内气体的透光率并通过数据处理得到气体组分的浓度，该检测方式具有非接触性、高灵敏度以及高分辨率的优点；且对气体工质的流场分布的影响较小，浓度检测结果的准确性较高；控制装置根据实时浓度检测结果，对应调节半闭式布雷顿循环系统的运行，使得半闭式布雷顿循环系统中水、污染物及二氧化碳的浓度控制在合理范围，保证半闭式布雷顿循环系统的热力学循环效率以及运行的安全性，提高半闭式布雷顿循环系统的使用寿命。
2、本发明提供一种半闭式布雷顿循环系统，包括：光源组件，用于产生规定波长的红外光线；测试段，具有光源入口、光源出口、气体入口及气体出口，光源入口与光源出口之间形成供红外光线穿过的光通道，气体入口和气体出口之间形成气体通道，气体通道与光通道相交；气体通道用于使半闭式布雷顿循环系统中循环的气体工质通过；光源接收组件，用于接收并分析光源出口的红外光线，得到气体工质在规定波长的红外光线照射下的透射率；控制装置，与光源接收组件通信连接，控制装置被配置为：根据透射率与规定波长围成的面积以及面积与气体浓度的预设关系确定气体工质的浓度，并根据浓度调节半闭式布雷顿循环系统的运行。
3、根据该技术方案，通过将测试段接入半闭式布雷顿循环系统中，并利用光源组件及光源接收组件，测量特征波长下气体工质的透射率，计算透射率与波长围成的面积，并根据面积与气体浓度的预设关系确定气体工质中各组分的浓度，实现实时监测半闭式布雷顿循环系统中气体工质各组分(如水、污染物气体、二氧化碳)的浓度，控制装置根据实时浓度检测结果，对应调节半闭式布雷顿循环系统的运行，使得半闭式布雷顿循环系统中水、污染物及其他气体的浓度控制在合理范围，保证半闭式布雷顿循环系统的热力学循环效率以及运行的安全性，提高半闭式布雷顿循环系统的使用寿命。此外，采用光源组件及光源接收组件检测气体工质中各组分的浓度，相比于采用在管道内布置气体传感器的方式，具有非接触性、高灵敏度以及高分辨率的优点；该检测方式对气体工质的流场分布的影响较小，浓度检测结果的准确性较高。
4、本发明的可选技术方案中，还包括：燃烧室，用于燃料的燃烧并产生气体工质；做功装置，与燃烧室的出口连通，燃烧室出口的气体工质进入做功装置做功转变为做功后的工质；冷却器，与做功装置的出口连通，冷却器用于将做功后的工质中的水冷凝为液态水；回热器，包括第一流道，第一流道的入口与做功装置的出口连通，第一流道的出口与冷却器的入口连通；水分离器，与冷却器的出口连通，用于将冷却后的工质中的液态水分离出来；污染物脱除装置，与水分离器的出口连通，污染物脱除装置用于对水分离器出口的工质中的污染物气体进行脱除得到净化后的工质；污染物脱除装置的出口与气体入口连通；压缩机，连接于燃烧室的入口与测试段的气体出口之间，压缩机用于对测试段出口的工质进行压缩并排出至燃烧室。
5、根据该技术方案，通过设置污染物脱除装置能够脱除半闭式布雷顿循环系统中的污染物气体，以及冷却分离半闭式布雷顿循环系统中的水的含量，能够降低水分及污染物气体对半闭式布雷顿循环系统热力学循环效率的影响，提高热力学循环效率。
6、本发明的可选技术方案中，还包括：第一气体分离器，与压缩机的出口连通，第一气体分离器用于将压缩机出口的压缩后的工质分离以调节半闭式布雷顿循环系统中的净化后的工质的含量；第二气体分离器，与第一气体分离器的出口连通，用于将第一气体分离器出口的未被分离出半闭式布雷顿循环系统的工质进行分流；第一循环泵，与第二气体分离器的一个出口连通；设于回热器的第二流道、第三流道和第四流道；第三气体分离器，连接于第一循环泵的出口与回热器之间，第三气体分离器用于将来自第一循环泵的工质分流出冷却流股和循环流股，冷却流股经第二流道的入口进入回热器并经第二流道的出口排出至做功装置以对做功装置进行冷却，循环流股经第三流道的入口进入回热器并经第三流道的出口排出至燃烧室以调节燃烧室内的温度；空气分离器，用于分离空气中的氧气；气体混合器，气体混合器的入口与空气分离器的出口和第二气体分离器的另一出口连通；第二循环泵，连接于气体混合器的出口与第四流道的入口之间，第四流道的出口与燃烧室连通。
7、根据该技术方案，回热器的设置能够充分利用半闭式布雷顿循环系统中的热能，提高半闭式布雷顿循环的效率，第一气体分离器分离出的工质中的二氧化碳具有较高的纯度，能够实现碳捕集，而第一气体分离器中未分离出系统的工质经过第二气体分离器再次分流，经第二气体分离器分流形成的一股流体经第一循环泵泵送、第三气体分离器再次分流经回热器分别进入进入燃烧室和做功装置，实现了二氧化碳的循环与多功能利用；经第二气体分离器分流形成的另一股流体与空气分离器分离的氧气混合经第二循环泵、回热器进入燃烧室，参与燃烧室的燃烧，能够充分保证燃烧所需的氧气浓度以及燃烧所需的热量，有利于提高燃烧效率及热力学循环效率。
8、本发明的可选技术方案中，控制装置与光源接收组件及水分离器通信连接，控制装置被配置为：在净化后的工质中的水含量超过第一预设值时，控制执行以下步骤中的一个或多个：降低水分离器的运行温度；降低第一气体分离器分离出的净化后的工质的流量；增大压缩机的运行频率。
9、根据该技术方案，在净化后的工质中的水含量超过第一预设值时，通过降低水分离器的运行温度，能够使得更多的水分被分离出来，从而降低半闭式布雷顿循环系统中的含水量，降低水分对热力学循环效率的影响。通过降低第一气体分离器分离出的净化后的工质的流量，能够使得进入半闭式布雷顿循环系统中的净化后的工质的流量增加，进而增大压缩机的出口压力及第一循环泵的入口压力，增大做功装置的出口压力，使半闭式布雷顿循环系统运行在更高的压力区间，从而使得半闭式布雷顿循环系统中所允许的含水量增加，以牺牲小部分系统效率保证半闭式布雷顿循环系统的安全运行。
10、本发明的可选技术方案中，在净化后的工质中的污染物气体的含量超过第二预设值时，控制装置被配置为：控制增大污染物脱除装置的脱除能力。
11、根据该技术方案，在净化后的工质中的污染物气体的含量超过第二预设值时，控制增大污染物脱除装置的脱除能力，能够降低半闭式布雷顿循环系统产生的污染物的浓度，以及污染物气体对热力学循环效率的影响。
12、本发明的可选技术方案中，污染物脱除装置为洗涤塔、脱硝装置、脱硫装置的一种或多种。
13、根据该技术方案，洗涤塔、脱硫装置、脱硝装置能够脱除中燃烧产生的氮氧化物、硫氧化物，实现对的净化。
14、本发明的可选技术方案中，进入测试段的气体工质为超临界状态或亚临界状态。
15、根据该技术方案，可以测量超临界或亚临界状态气体工质的浓度，灵活性较强。
16、本发明的可选技术方案中，红外光线的波长范围是1μm～9μm。
17、根据该技术方案，工质中的主要成分包括二氧化碳、水、氮气、氮氧化物等，在该波长范围下，二氧化碳、水、氮气及氮氧化物对该该波长的光具有较佳的吸收能力，从而有利于提高浓度检测结果的准确性。
18、本发明的可选技术方案中，半闭式布雷顿循环系统为allam循环、allam-z循环、耦合液化天然气的allam循环及耦合煤气化的半闭式布雷顿循环中的任一种。
19、根据该技术方案，光源组件、接收组件及测试段可以适用于多种半闭式布雷顿循环系统，适用性较强，能够根据浓度检测结果对于多种半闭式布雷顿循环系统的运行进行调控，优化半闭式布雷顿循环系统的效率，降低半闭式布雷顿循环系统中的污染物浓度，保证系统的高效、安全、稳定运行。
20、本发明的可选技术方案中，光源组件为激光器，光源接收组件为红外光谱仪。
21、根据该技术方案，采用激光器发射红外光线，并采用红外光谱仪接收红外光线并分析得到净化后的工质中的气体组分的透射率，具有测量精度高、响应时间快、测量范围宽以及可测多组分气体的优点。
1.一种半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求2所述的半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求3所述的半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，所述控制装置与所述光源接收组件及所述水分离器通信连接，所述控制装置被配置为：
5.根据权利要求3所述的半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，在所述净化后的工质中的污染物气体的含量超过第二预设值时，所述控制装置被配置为：
6.根据权利要求2至5中任一项所述的半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，所述污染物脱除装置为洗涤塔、脱硝装置、脱硫装置的一种或多种。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，进入所述测试段的所述气体工质为超临界状态或亚临界状态。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，所述红外光线的波长范围是1μm～9μm。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，所述半闭式布雷顿循环系统为allam循环、allam-z循环、耦合液化天然气的allam循环及耦合煤气化的半闭式布雷顿循环中的任一种。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的半闭式布雷顿循环系统，其特征在于，所述光源组件为激光器，所述光源接收组件为红外光谱仪。
