CN101761389A - 一种工质相变燃气轮机循环的热力发电方法及装置 - Google Patents

一种工质相变燃气轮机循环的热力发电方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工质相变燃气轮机循环的热力发电方法及装置，用在太阳能发电、工业余热发电的场合。包括高温换热器、低温工质燃气轮机、发电机、冷凝器、压气机、起动电机等组成。本发明通过用氨等制冷剂工质，在换热器内吸收太阳能热水器或工业余热的热量从液态变成高温高压气体，推动低温工质燃气轮机旋转作功，燃气轮机拖动发电机发电，低温工质在燃气轮机内膨胀作功后的气体由冷凝器冷凝成气液混合体，由轴流式压气机压缩成液体送回到换热器完成一个工作。具有可利用太阳能及工业余热来工作，没有废气排放，替代石油、煤，不污染环境，低碳的优点。

Description

一种工质相变燃气轮机循环的热力发电方法及装置
技术领域
本发明涉及一种工质相变燃气轮机循环的热力发电方法及装置，用在太阳能发电、工业余热发电的场合。
背景技术
目前，石油、煤炭储藏量有限，价格上涨，以石油煤炭为燃料燃烧产生的CO2、SO2对环境产生很大的危害，危极人类的生存。利用太阳能及工业余热发电，没有废气排放。热相变发电技术正在成为能源动力研究领域里的一项前沿技术，极具发展潜力和应用前景。
发明内容
针对上述所要解决的技术问题，本发明的主要目的是提供一种结构设计合理、适用范围广、无碳的一种以工质相变燃气轮机循环的热力发电装置及其方法。
本发明采取的技术方案如下，一种工质相变燃气轮机循环的热力发电装置，其特征在于：包括轴流式压气机、高温换热器、低温工质燃气轮机、发电机、冷凝器、起动电机组成，其中，高温换热器内存储有制冷剂，高温换热器与低温工质燃气轮机、冷凝器、轴流式压气机相互之间用管道循环连接，组成一个热能循环***，发电机和低温工质燃气轮机通过轴连接，起动电机与轴流式压气机相连。
本发明还提供了一种工质相变燃气轮机循环的热力发电方法，其特征在于，包括以下步骤：在高温换热器内的氨等制冷剂工质吸收太阳能热水器或工业余热的热量从液态变成高温高压气体，进而推动低温工质燃气轮机旋转作功，低温工质燃气轮机驱动发电机发电，低温工质在低温工质燃气轮机内膨胀作功后，变成高温低压气体，并由冷凝器冷凝成低温低压的气液混合体，由轴流式压气机压缩成低温高压液体，并通过管道送回到高温换热器完成一个循环。
本发明启动时，由起动电机提供动力，运行后，则可以关掉起动电机，轴流式压气机的动力可由与其同轴安装的低温工质燃气轮机提供，从而节约能源。
本发明的工作原理如下：
本发明利用氨等制冷剂工质在高温换热器(相当于燃气轮机的燃烧室)内吸收太阳能热水器或工业余热的热量从液态变成高温高压气体，推动低温工质燃气轮机旋转作功，燃气轮机拖动发电机发电，低温工质在燃气轮机内膨胀作功后的气体由冷凝器冷凝成气液混合体，由轴流式压气机压缩成液体送回到换热器完成一个工作。工质相变燃气轮机循环的热力发电***是一种热相变发电技术，可利用太阳能热水、太阳能热蒸气、工业余热的热能做功，工质相变燃气轮机循环没有碳排放。是一种无碳发电技术。其工质可以及氨、也可以是其它新型制冷剂工质，不破坏臭氧层。其燃气轮机是一种低温汽轮机，有很好的防腐和密封性能。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、不用煤、石油燃料，没有锅炉；
2、无环境污染；
3、可以采用太阳能、工业余热的低品位的热能驱动；
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释但本发明不局限于以下实施例。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为燃气轮机热力循环p-v图；
图3为工质相变燃气轮机循环装置***图。
图中标号：轴流式压气机A、高温换热器B、低温工质燃气轮机C、发电机D、冷凝器E、起动电机F，1、2、3、4为工况点，其中：1为低温低压液体，2为低温高压液体，3为高温高压气体，4为高温低压气体。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种工质相变燃气轮机循环的热力发电装置，包括轴流式压气机A、高温换热器B、低温工质燃气轮机C、发电机D、冷凝器E组成，其中，高温换热器B内存储有制冷剂，高温换热器B与低温工质燃气轮机C、冷凝器E、轴流式压气机A相互之间用管道循环连接，组成一个热能循环***，发电机D和低温工质燃气轮机C通过轴连接，起动电机F与轴流式压气机A相连。图1和图2中的1、2、3、4标号及含义相同，为工质状态点。
本发明的工作过程如图3所示的工质相变燃气轮机循环***图，在高温换热器B内的氨等制冷剂工质吸收太阳能热水器或工业余热的热量从液态变成高温高压气体3，进而推动低温工质燃气轮机C旋转作功，低温工质燃气轮机C驱动发电机D发电，低温工质在低温工质燃气轮机C内膨胀作功后，变成高温低压气体4，并由冷凝器E冷凝成低温低压的气液混合体1，由轴流式压气机A压缩成低温高压液体2，并通过管道送回到高温换热器B完成一个循环，本发明启动时，由起动电机F提供动力，运行后，则可以关掉起动电机F，轴流式压气机A的动力可由与其同轴安装的低温工质燃气轮机C提供，从而节约能源。
本发明的热源可利用工业余热或太阳能，向高温换热器供热。
本发明的相变发电热力学分析如下；基于工质相变的燃气轮机热力发电循环是由工质在压气机中绝热压缩过程、在高温换换热器内的定温定压加热过程、工质在燃气轮机中的绝热膨胀、工质在冷凝器中的定压放热过程。如图2的燃气轮机热力循环p-v图所示：高温热源在换热器内等温定压吸热过程，1kg工质吸热量q1为工质在定压压吸热过程总热量：q1＝cp′(T3-T2)kJ/kg          (1)
1kg工质在冷凝器内定压放热热量q2为：
q2＝cp′(T4-T1)                         (2)
1kg工质在汽轮机内做净功W0＝q1-q2        (3)
循环热效率
Figure G2010100397643D00031
本发明通过利用氨等制冷剂工质，从高温热源吸收热量时从液态变成气态，体积膨胀作功；向低温热源放热时，体积收缩，从气态变回液态，推动汽轮机做功。具有替代石油、煤，不污染环境，无碳的优点。

Claims (2)

1.一种工质相变燃气轮机循环的热力发电装置，其特征在于：包括轴流式压气机、高温换热器、低温工质燃气轮机、发电机、冷凝器、起动电机组成，其中，高温换热器内存储有制冷剂，高温换热器与低温工质燃气轮机、冷凝器、轴流式压气机相互之间用管道循环连接，组成一个热能循环***，发电机和低温工质燃气轮机通过轴连接，起动电机与轴流式压气机相连。
2.一种工质相变燃气轮机循环的热力发电方法，其特征在于，包括以下步骤：在高温换热器内的氨等制冷剂工质吸收太阳能热水器或工业余热的热量从液态变成高温高压气体，进而推动低温工质燃气轮机旋转作功，低温工质燃气轮机驱动发电机发电，低温工质在低温工质燃气轮机内膨胀作功后，变成高温低压气体，并由冷凝器冷凝成低温低压的气液混合体，由轴流式压气机压缩成低温高压液体，并通过管道送回到高温换热器完成一个循环。
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