[實用新型]一種卡諾－朗肯雙循環混合高效發電設備

有效

• 申請號: 201320732973.5
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN203655368U
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 孟寧
• 申請（專利權）人: 孟寧
• 主分類號: F01K23/02
• 分類號: F01K23/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 沈振濤

技術領域

本實用新型屬于電力設備領域，特別涉及一種卡諾－朗肯雙循環混合發電設備。

背景技術

電力行業是我國重點的耗能大戶，電力行業能耗約占全國總能耗的1/3，二氧化硫排放占全國一半。全國2011年全國發電量4.7萬億千瓦時，其中火電發電量為3.8萬億千瓦時，由于中國火電基本上是煤電，煤電約占發電總量的80%。2011年火電消耗一次能源（標準煤）19億噸，全國的煤炭消耗量為35.7億噸，電力行業的煤炭消耗占全國煤炭消耗總量的50％以上。中國煤電把燃燒的熱能轉化成電能的效率較低，目前我國每發一千瓦時的電消耗煤炭333克，而丹麥僅為269克。根據國際能源署的統計，2010年中國煤電每發一千瓦時的電排放二氧化碳967克，與世界平均水平958克相比較高。2010年，全球二氧化碳排放量為302.76億噸，中國（含香港地區）為72.586億噸，占世界二氧化碳排放總量的24%，名列第一。煤炭火力發電不僅導致了煤炭大量的消耗，更導致了嚴重的生態問題。目前，我國二氧化硫和二氧化碳排放量均居世界首位，我國東部地區環境承載能力已接近極限。有數據顯然，東中部地區PM2.5嚴重超標，高于安全值5～8倍。如何提高火力發電的效率，減少發電的能源消耗，已經是刻不容緩的課題。

傳統的火力發電廠，是以水蒸汽為工質的，利用高溫高壓的水蒸氣把熱能轉變成機械能，又把機械能轉變為電能。發電廠的設備，主要是由鍋爐、汽輪機、凝汽器、水泵等設備所組成。其工作原理是:給水先經給水泵加壓后送入鍋爐，在鍋爐中水被加熱汽化、形成高溫高壓的過熱蒸汽，過熱蒸汽在汽輪機中膨脹做功，變為低溫低壓的乏汽，最后排入凝汽器凝結為冷凝水，重新經水泵將冷凝水送入鍋爐進行新的循環。在汽輪機里作完功的乏氣直接進入到凝汽器中，通過直接空冷或水冷方式完成排氣的凝結過程。通常汽輪機乏汽為低溫（32-55℃）低壓（0.005-0.016MPa）的濕飽和蒸汽，冷凝潛熱約為2400kJ/kg,乏汽在凝汽器內凝結成水，大量的汽化潛熱被冷卻水或空氣攜帶，釋放到大氣環境中。在水蒸汽朗肯循環中，中壓機組熱效率不超過40%，超臨界機組熱效率不超過50%，發電效率不高的根本原因是做功部分只能利用水蒸氣的顯熱，而占能源消耗量的50%以上乏氣的潛熱能（2400kJ/kg）做為低品位熱量通過雙曲線冷凝塔白白的發散到大氣中。由于乏汽的溫度在32-55℃，屬于低品位余熱，現有的技術難以回收和利用，造成電廠的大量的熱損失。因此如何有效利用凝汽器中蒸汽凝結時釋放的占能源消耗量的50%以上的低品位冷凝潛熱，對于提高發電效率，有著決定性的作用。

朗肯（W.J.M.Rankine，1820－1872年)，英國科學家，他計算出的熱力學循環（后稱為朗肯循環）的熱效率被作為計算蒸汽動力發電廠性能的方法。朗肯循環的特點是蒸汽工質的動力循環；朗肯循環發電是通過水在熱力設備中不斷進行等壓加熱（水蒸發）、絕熱膨脹、等壓放熱（蒸汽冷凝）和絕熱壓縮4個過程的氣液相變，使熱能不斷轉化為機械能，再由發電機將機械能轉化為人們所需要的電能。常規的水蒸氣朗肯循環有很多優點，做功發電量大，容易大規模發電，且使用的工質為水，具有熱導率高、無毒、無腐蝕等優點，因此廣泛應用于火力發電、核電及各類余熱發電；然而，水蒸氣朗肯循環最大的缺點是發電效率較低。如何提高水蒸氣朗肯循環發電效率是一個難題，通常有兩個途徑：一是提高蒸汽的溫度。蒸汽的溫度越高，其顯熱/冷凝潛熱比例越高，朗肯循環的熱效率就越高，因此提高蒸汽的溫度是提高熱電轉化效率的有效手段；然而，蒸氣在高溫運行時存在高壓問題，在實際使用時由于設備材料強度的原因，蒸氣溫度的提高受到限制，抑制了朗肯循環熱發電設備的熱效率的提高。二是減少冷凝熱的排放，然而該方法僅能從理論上述及，實際鮮有應用。