[發明專利]節水型火力發電系統及其方法

有效

• 申請號: 201110417427.8
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN103161531A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 劉靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F01K25/12
• 分類號: F01K25/12;F01D15/10;F28B1/02;F22B3/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 韓國勝;王瑩

技術領域

本發明涉及火力發電技術領域，尤其涉及一種節水型火力發電系統及其方法。

背景技術

目前，全球所用的電能主要來源于火力發電，其發電量主要是通過燃燒化石燃料如煤、天然氣以及部分石油而得。根據熱動力循環原理的不同，火力發電站一般可分為朗肯(Rankine)循環或步雷頓(Brayton)循環發電，前者作功的流體(可為水或沸點較低的有機工質如氨、乙醇等)汽化后沖擊汽輪機發電，之后再通過凝汽器液化，由此循環來發電；后者則在循環過程中作功使流體始終保持氣態。

以往的火力發電廠在生產過程中，大都以水作為汽輪機排汽的冷卻介質，此部分用水量巨大，幾乎占全廠總用水量的97％以上。朗肯循環發電方法中，為了從蒸汽中獲得液態水，通常采用水作為冷卻工質，以便將處于氣體狀態的水蒸氣凝結成液體后再度使用。所涉及的設備即凝汽器，其主要目的在于：在汽輪機的排汽室建立并維持所要求的真空，使蒸汽在汽輪機中膨脹到較低的壓力，以提高蒸汽的可用焓降，從而將更多的熱能轉變為機械能；將汽輪機的排汽冷凝成凝結水，再送回熱力系統循環使用。這種方法的冷凝方式由于水的導熱率低、傳熱效率不高，其凝氣效率低；而且，水的驅動采用機械泵，其自身功耗也較大，且工作一段時間后，機械泵自身性能會下降，繼而造成整個系統性能的不穩定；特別是，在這種迄今一直沿用的水冷凝汽式發電系統中，水的消耗量巨大，這種水大多情況下必須是經過處理后的新鮮水，因而會引起附加的能耗，而且水體處理過程本身是一個高污染的環節，這都給應用帶來很大問題。實際上，更嚴峻的現實還在于，對許多缺水地方而言，水的獲取本身就是一個大問題。當前，能被人們生產和生活利用的水資源不僅短缺而且地區分布極不平衡，年際差別又很大，再加上污染嚴重，逐步造成全球水資源嚴重不足的狀況；在許多情況下，節水已經被置于第一優先地位，其重要性甚至高于節能。因此，上述新的嚴峻態勢下，使得經典的水冷式凝汽技術在應用上日益顯得不適應當前淡水資源日益匱乏的現實狀況。為此，需要發展全新的節水發電技術，以適應節能、節水的雙重要求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何減少火力發電系統對水的消耗量，以及如何提高火力發電系統的凝汽效率。

(二)技術方案

本發明的目的在于提供一種采用液態金屬替換傳統水冷式凝汽器的新型火力發電系統，一方面大大降低水的消耗，另一方面強化了傳熱效果，減少了驅動功耗，也使得回熱效率大大提升；在應用方式和實際效果上革新傳統的火力發電方式。

為解決上述問題，本發明提供了一種節水型火力發電系統，包括鍋爐、空冷器、凝汽器和設于所述凝汽器的冷卻管道中的冷卻工質驅動泵，所述凝汽器為液態金屬凝汽器，用于通過液態金屬的高吸熱能力將所述鍋爐產生的做功工質的蒸汽凝結成液體。

優選地，所述冷卻工質驅動泵為電磁泵。

優選地，系統還包括回熱結構，用于抽調所述凝汽器中升溫后的高溫液態金屬并輸送至鍋爐處，使其加熱做功工質。

優選地，系統還包括高溫燃氣輪機發電裝置，由燃氣輪機和發電機組成，所述燃氣輪機的排氣管道與所述鍋爐連接。

優選地，系統還包括溫差發電裝置，其高溫端與凝汽器連接，低溫端與空冷器連接。

優選地，所述溫差發電器裝置為半導體溫差發電器或斯特林發電機。

優選地，系統還包括使所述凝汽器的冷卻管道處于其內部、并使水加熱的水箱結構。

一種利用前述的系統進行火力發電的方法，包括：采用液態金屬作為凝汽器的冷卻工質使鍋爐產生的做功工質的蒸汽凝結成液體的步驟。

優選地，方法還包括：在鍋爐中采用有機液體工質作為做功工質的步驟。

一種利用前述的系統進行火力發電的方法，包括：采用液態金屬作為凝汽器的冷卻工質使鍋爐產生的做功工質的蒸汽凝結成液體，并通過回熱結構抽調凝汽器中的液態金屬來加熱做功工質的步驟。

(三)有益效果

本發明的系統采用液態金屬凝汽器，避免了大量冷卻水的消耗，并顯著提升了凝汽效率，本發明還提供了回熱結構，從而大大提升了發電系統的效率。其具體優勢體現如下：