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一种提高热能转换效率的发电系统

阅读：694发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种提高热能转换效率的发电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种提高热能转换效率的发电系统，属于热能转换发电系统技术领域，可解决现有发电系统因热能浪费导致热效率低的问题，包括加热循环系统和热能转换系统，其中，加热循环系统为以太阳能为热源的加热蓄热循环系统或以天然气或煤粉为热源燃料的加热循环系统，热能转换系统包括加热循环系统、膨胀机、回热换热器、冷却器、压缩机和发电机，加热循环系统的出口和膨胀机的入口连接，膨胀机的出口和回热换热器的高温端入口连接，回热换热器的低温端出口通过冷却器和压缩机的入口连接，压缩机的出口和回热换热器的低温端入口连接，回热换热器的高温端出口和加热循环系统的入口连接。本发明提高了发电系统热效率。，下面是一种提高热能转换效率的发电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种提高热能转换效率的发电系统，包括加热循环系统和热能转换系统，其中，加热循环系统为以太阳能为热源的加热蓄热循环系统或以天然气或煤粉为热源燃料的加热循环系统，热能转换系统包括加热循环系统、膨胀机（10）、回热换热器（11）、冷却器（12）、压缩机（13）和发电机（15），加热循环系统的出口和膨胀机（10）的入口连接，膨胀机（10）的出口和回热换热器（11）的高温端入口连接，回热换热器（11）的低温端出口通过冷却器（12）和压缩机（13）的入口连接，压缩机（13）的出口和回热换热器（11）的低温端入口连接，回热换热器（11）的高温端出口和加热循环系统的入口连接；其特征在于：所述以太阳能为热源的加热蓄热循环系统包括加热器（4）、蓄热器（7）和高温变频循环风机（5），蓄热器（7）自上而下分为高温区、中温区和低温区，加热器（4）的出口和高温区的入口连接，低温区出口通过切断阀（6）和高温变频循环风机（5）的入口连接，高温变频循环风机（5）的出口和加热器（4）的入口连接，蓄热器（7）的中温区和高温区分别通过蓄热器出口调节阀a（8）和蓄热器出口调节阀b（9）和膨胀机（10）的入口连接，回热换热器（11）的高温端出口和蓄热器（7）的低温区连接；以太阳能为热源，太阳能通过反射镜和反射塔反射至加热塔，通过调节高温变频循环风机（5）的循环流量，控制加热温度800 1000℃，当温度800℃以上时，24小时内可通过蓄热~
器（7）发电，系统热效率可以达到45%以上；没有太阳能时，通过切断阀（6）关闭加热循环系统；利用蓄热器（7）储存的热能继续连续发电；通过关闭蓄热器出口调节阀a（8）、蓄热器出口调节阀b（9），控制热能转换系统停止运行；
发电系统采用稳定的气体作为介质，气体介质经过压缩机（13）加压，再经过回热换热器（11）回收膨胀机（10）排气热量，再进入蓄热器（7）吸收热源热量，升温到指定温度，经过膨胀机（10）膨胀对外输出机械能，气体介质降温，通过回热换热器（11）放出热量，再通过冷却器（12）进一步降温，然后，进入压缩机（13）开始下一个循环；所述蓄热器（7）采用石头或其他蓄热体蓄热，蓄热器的高温区的温度/压力为800 900℃/1.8 2.5MPa，中温区的温度/~ ~
压力为700 800℃/1.8 2.5MPa，低温区的温度/压力为600 700℃/1.8 2.5MPa。
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2.根据权利要求1所述的一种提高热能转换效率的发电系统，其特征在于：所述以天然气或煤粉为热源燃料的加热循环系统包括燃料管路、空气管路、变频助燃风机（18）、变频引风机（19）和加热炉（23），其中加热炉（23）内设有加热器（4），加热炉（23）底部设有若干蓄热式烧嘴（24），空气管路通过空气烟气切换阀（21）和变频助燃风机（18）、变频引风机（19）连接，燃料管路通过燃料调节阀（22）、燃料切换阀（20）和蓄热式烧嘴（24）连接。
3.根据权利要求2所述的一种提高热能转换效率的发电系统，其特征在于：以热源燃料为热源，加热炉给加热器提供热源，变频助燃风机（18）提供燃烧所需空气，变频引风机（19）将烟气排出系统外，蓄热式烧嘴（24）交替燃烧和排烟，加热炉（23）炉温为1200 1250℃，排~
烟温度在120℃以内，当热源温度1200℃时，系统热效率可以达到65%；
发电系统采用稳定的气体作为介质，气体介质经过压缩机（13）加压，再经过回热换热器（11）回收膨胀机（10）排气热量，再进入热源加热器（4）吸收热源热量，升温到指定温度，经过膨胀机（10）膨胀对外输出机械能，气体介质降温，通过回热换热器（11）放出热量，再通过冷却器（12）进一步降温，然后，进入压缩机（13）开始下一个循环。
4.根据权利要求1所述的一种提高热能转换效率的发电系统，其特征在于：所述以太阳能为热源的发电系统中膨胀机（10）的进口端的温度/压力为800 900℃/1.8 2.5MPa，膨胀~ ~
机（10）的出口端的温度/压力为640 700℃/0.92 1.25MPa；以热源燃料为热源的发电系统~ ~
中膨胀机（10）的进口端的温度/压力为800 1500℃/1.8 2.5MPa，膨胀机（10）的出口端的温~ ~
度/压力为640 800℃/0.92 1.25MPa。
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5.根据权利要求1所述的一种提高热能转换效率的发电系统，其特征在于：所述冷却器（12）的进口端温度/压力为45 60℃/0.9 1.25MPa，出口端温度/压力为25 30℃/0.9~ ~ ~ ~
1.25MPa；压缩机（13）的出口端温度/压力为45 60℃/0.9 1.25MPa，压缩机（13）采用离心压~ ~
缩机，压比1.5 2.5，冷却级数3 4压缩，最后一级不冷却，其余每级冷却。
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6.根据权利要求1所述的一种提高热能转换效率的发电系统，其特征在于：所述膨胀机（10）、压缩机（13）、发电机（15）通过变速箱（14）连接，膨胀机（10）和压缩机（13）位于同一水平线。
7.根据权利要求1所述的一种提高热能转换效率的发电系统，其特征在于：所述回热换热器（11）的低温端出口和冷却器（12）之间设有空压机（16）和单向阀（17）。

说明书全文

一种提高热能转换效率的发电系统

技术领域

[0001] 本发明属于热能转换发电系统技术领域，具体涉及一种提高热能转换效率的发电系统。

背景技术

[0002] 目前，现有理论认为布莱顿循环的压比越高热转换效率越高，实际上，最高也不超过35%，大都只有25%左右。原因是气体压缩机消耗的能量太多，即压缩机的等温效率太低。现在使用的压缩机在压比为2.0左右时压缩级数一般不超过2级。

[0003] 火力发电厂普遍采用朗肯循环。朗肯循环没有压缩机，但是因汽化潜热无法利用，热效率也不高，超临界也才50%，系统造价高，其它大都只有35%左右。内燃机采用间歇式工作方式，压比远低于膨胀比，热效率可以达到46%。但是无法大型化。

[0004] 总的来说，热能利用率普遍低于50%，相当于大部分热能浪费了。因此，如何研发一种提高热能转换效率的发电系统，解决热能浪费导致热效率低的技术问题，具有重要的现实意义。

发明内容

[0005] 本发明针对现有发电系统因热能浪费导致热效率低的问题，提供一种提高热能转换效率的发电系统。

[0006] 本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种提高热能转换效率的发电系统，包括加热循环系统和热能转换系统，其中，加热循环系统为以太阳能为热源的加热蓄热循环系统或以天然气或煤粉为热源燃料的加热循环系统，热能转换系统包括加热循环系统、膨胀机、回热换热器、冷却器、压缩机和发电机，加热循环系统的出口和膨胀机的入口连接，膨胀机的出口和回热换热器的高温端入口连接，回热换热器的低温端出口通过冷却器和压缩机的入口连接，压缩机的出口和回热换热器的低温端入口连接，回热换热器的高温端出口和加热循环系统的入口连接。

[0008] 所述以太阳能为热源的加热蓄热循环系统包括加热器、蓄热器和高温变频循环风机，蓄热器自上而下分为高温区、中温区和低温区，加热器的出口和高温区的入口连接，低温区出口通过切断阀和高温变频循环风机的入口连接，高温变频循环风机的出口和加热器的入口连接，蓄热器的中温区和高温区分别通过蓄热器出口调节阀a和蓄热器出口调节阀b和膨胀机的入口连接，回热换热器的高温端出口和蓄热器的低温区连接，蓄热器出口调节阀a和蓄热器出口调节阀b控制高低温介质流量比例，可以保证膨胀机入口气体温度、压力稳定。

[0009] 所述以天然气或煤粉为热源燃料的加热循环系统包括燃料管路、空气管路、变频助燃风机、变频引风机和加热炉，其中加热炉内设有加热器，加热炉底部设有若干蓄热式烧嘴，空气管路通过空气烟气切换阀和变频助燃风机、变频引风机连接，燃料管路通过燃料调节阀、燃料切换阀和蓄热式烧嘴连接。

[0010] 以太阳能为热源，太阳能通过反射镜和反射塔反射至加热塔，通过调节高温变频循环风机的循环流量，控制加热温度800 1000℃，当温度800℃以上时，24小时内可通过蓄~热器发电，系统热效率可以达到45%以上；没有太阳能时，通过切断阀关闭加热循环系统；利用蓄热器储存的热能继续连续发电；通过关闭蓄热器出口调节阀a、蓄热器出口调节阀b，控制热能转换系统停止运行；

[0011] 发电系统采用稳定的气体作为介质，气体介质经过压缩机加压，再经过回热换热器回收膨胀机排气热量，再进入蓄热器吸收热源热量，升温到指定温度，经过膨胀机膨胀对外输出机械能，气体介质降温，通过回热换热器放出热量，再通过冷却器进一步降温，然后，进入压缩机开始下一个循环。

[0012] 以热源燃料为热源，加热炉给加热器提供热源，变频助燃风机提供燃烧所需空气，变频引风机将烟气排出系统外，蓄热式烧嘴交替燃烧和排烟，加热炉炉温为1200 1250℃，~排烟温度在120℃以内，当热源温度1200℃时，系统热效率可以达到65%；

[0013] 发电系统采用稳定的气体作为介质，气体介质经过压缩机加压，再经过回热换热器回收膨胀机排气热量，再进入热源加热器吸收热源热量，升温到指定温度，经过膨胀机膨胀对外输出机械能，气体介质降温，通过回热换热器放出热量，再通过冷却器进一步降温，然后，进入压缩机开始下一个循环。

[0014] 所述蓄热器采用石头或其他蓄热体蓄热，蓄热的高温区的温度/压力为800 900~℃/1.8 2.5MPa，中温区的温度/压力为700 800℃/1.8 2.5MPa，低温区的温度/压力为600~ ~ ~ ~
700℃/1.8 2.5MPa。
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[0015] 所述以太阳能为热源的发电系统中膨胀机的进口端的温度/压力为800 900℃/~1.8 2.5MPa，膨胀机的出口端的温度/压力为640 700℃/0.92 1.25MPa；以热源燃料为热源~ ~ ~
的发电系统中膨胀机的进口端的温度/压力为800 1500℃/1.8 2.5MPa，膨胀机的出口端的~ ~
温度/压力为640 800℃/0.92 1.25MPa。
~ ~

[0016] 所述冷却器的进口端温度/压力为45 60℃/0.9 1.25MPa，出口端温度/压力为25~ ~ ~30℃/0.9 1.25MPa；压缩机的出口端温度/压力为45 60℃/0.9 1.25MPa，压缩机采用离心~ ~ ~
压缩机，压比1.5 2.5，冷却级数3 4压缩，最后一级不冷却，其余每级冷却。
~ ~

[0017] 所述膨胀机、压缩机、发电机通过变速箱连接，以传递动力。空压机用于系统启动前升压和介质泄露时补气，膨胀机和压缩机位于同一水平线。

[0018] 所述回热换热器的低温端出口和冷却器之间设有空压机和单向阀。

[0019] 本发明的有益效果如下：

[0020] 本发明通过降低压比/增加冷却级数，提高压缩机的等温效率，使现有压缩机的等温效率从60%提高到80%。由于压比低，膨胀机排气温度高，必须采用高效换热器回收其热量。由于采用了回收热量的回热换热器，气体介质无法吸收低温热量，如果是燃料型热源（比如天然气/煤粉），必须采用蓄热式燃烧方式，以提高热源热效率。采用封闭循环，同时控制系统压力不能太低，实现了大型化发电系统的运行稳定，大幅度提高热能转换效率。由整个系统的低压缩比和近似等温压缩，降低了压缩过程功率消耗比，使得系统热效率从50%以下提高到60%以上。附图说明

[0021] 图1为本发明以太阳能作为热源的发电系统热工程流程图；

[0022] 图2为本发明以热源燃料作为热源的发电系统热工程流程图；

[0023] 其中：1-太阳光；2-一次反射镜；3-二次反射镜；4-加热器；5-高温变频循环风机；6-切断阀；7-蓄热器；8-蓄热器出口调节阀a；9-蓄热器出口调节阀b；10-膨胀机；11-回热换热器；12-冷却器；13-压缩机；14-变速箱；15-发电机；16-空压机；17-单向阀；18-变频助燃风机；19-变频引风机；20-燃料切换阀；21-空气烟气切换阀；22-燃料调节阀；23-加热炉；
24-蓄热式烧嘴。

具体实施方式

[0024] 结合附图，对本发明做进一步说明。

[0025] 实施例1，如图1所示，图中箭头方向为介质流动方向。通过一次反射镜、二次反射镜形成的镜场将太阳能聚焦于加热器，采用多个二次反射塔将太阳能反射至位于地面的加热器4，通过调节高温变频循环风机5的循环流量，可以控制最高加热温度800 1000℃，当热~源温度800℃以上时，适当大小的蓄热器7（采用石头或其他廉价蓄热体蓄热）可以保证一天内24小时都能发电，系统热效率可以达到45%以上；没有太阳能时，通过切断阀6关闭加热循环系统；利用蓄热器7储存的热能继续连续发电；通过关闭蓄热器出口调节阀a8、蓄热器出口调节阀b9，控制热能转换系统停止运行。

[0026] 系统采用稳定的气体作为介质，气体介质（空气/氮气/二氧化碳等）经过压缩机13加压（最佳压比1.5 2.5，最佳冷却级数3 4），再经过回热换热器11(高效板式)回收膨胀机~ ~10排气热量，再进入热源加热器（或蓄热器）吸收热源热量，升温到指定温度，经过膨胀机10膨胀对外输出机械能（通常带发电机15或压缩机13），气体介质降温，通过回热换热器11放出热量，再通过冷却器12进一步降温，然后，进入下一个循环（即进入压缩机）。系统低压侧最佳经济压力：0.6 1.5MPa。
~

[0027] 实施例2，如图2所示，加热系统设置为以天然气或煤粉作为燃料热源。加热系统给加热器提供热源。燃料切换阀20、蓄热式烧嘴24可以布置多个。变频助燃风机18提供燃烧所需空气。变频引风机19将烟气排出系统外。蓄热式烧嘴24交替燃烧和排烟。加热炉23炉温最佳1200 1250℃。排烟温度可以控制在120℃以内。当热源温度1200℃时，系统热效率可以达~到65%。当热源温度超过1300℃时，系统造价会太高，热效率提高的同时，经济性会下降。

[0028] 系统采用稳定的气体作为介质，气体介质（空气/氮气/二氧化碳等）经过压缩机13加压（最佳压比1.5 2.5，最佳冷却级数3 4），再经过回热换热器11(高效板式)回收膨胀机~ ~10排气热量，再进入热源加热器吸收热源热量，升温到指定温度，经过膨胀机10膨胀对外输出机械能（通常带发电机或压缩机），气体介质降温，通过回热换热器11放出热量，再通过冷却器12进一步降温，然后，进入下一个循环（即进入压缩机）。系统低压侧最佳经济压力：0.6
1.5MPa。
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[0029] 以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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