[實用新型]一種卡諾-布雷頓混合循環高效發電設備

有效

• 申請號: 201320792430.2
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN203655371U
• 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: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K23/18
• 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

本發明屬于電力設備領域，特別涉及一種卡諾-布雷頓混合循環發電設備。?

背景技術

卡諾循環(Carnot?cycle)是由法國工程師尼古拉·萊昂納爾·薩迪·卡諾于1824年提出的，以分析熱機的工作過程。卡諾循環是由兩個等溫過程和兩個絕熱過程所構成的氣體循環，其特點是氣體工質的動力循環在熱力循環中不存在相變，包括四個步驟：氣體等溫膨脹，氣體絕熱膨脹，氣體等溫壓縮，氣體絕熱壓縮。根據熱力學第二定律，在相同的高、低溫熱源溫度T1與T2之間工作的一切循環中,以卡諾循環的熱效率為最高，稱為卡諾定理。盡管卡諾循環的熱效率高，但完全按照卡諾循環工作的熱機在現實中是難以實現的，因為熱機的膨脹做功的高壓氣體要求在等溫加熱的條件下才能實現，而實際上熱機的膨脹做功是高壓氣體在很短的時間內迅速完成的，是絕熱膨脹過程，很難通過外部加熱來實現等溫膨脹過程；而低壓氣體等溫放熱壓縮，必須使壓縮氣體的熱量隨時與外界交換，氣體溫度與外界相等，這在實際工作中是不可能實現的，氣體的壓縮過程，也是在較短的時間內完成的，也很難通過外部冷凝來實現氣體等溫壓縮過程。?

布雷頓（George?Brayton(1830–1892))，美國工程師，1872年提出，發動機工作時，不斷從外界吸入空氣，加壓后的空氣，經過加熱做功等一系列熱力過程，最后高溫排出，排出的高溫氣體在外界逐步散失能量最終達到與外界大氣平衡，構成一個開放式的循環過程。他的熱力學循環理論（后稱為布雷頓循環）的熱效率被作為計算燃氣輪機性能的方法。布雷頓循環的特點是氣體工質的等壓動力循環，由四個熱力過程組成，通過氣體在熱力設備中不斷進行高壓氣體的等壓加熱膨脹、高壓氣體的絕熱膨脹、低壓氣體的等壓放熱壓縮和低壓氣體的絕熱壓縮4個過程，使熱能不斷轉化為機械能，再由發電機將機械能轉化為電能。布雷頓循環分為開式循環及閉式循環兩種：循環工質來自大氣最后又排至大氣的是開式循環；循環工質被封閉循環使用的是閉式循環。布雷頓循環初溫和壓縮機的壓縮比，是影響熱效率的兩個主要因素。降低壓縮氣體的初溫，并相應提高壓縮比，可使布雷頓循環效率顯著提高。布雷頓循環有很多優點，體積小，做功發電量大，易實現各種規模發電，且其使用的工質為空氣，具有廉價、無毒、無腐蝕等優點，因此廣泛應用于各種規模的燃氣輪機發電；然而，布雷頓循環最大的缺點是發電效?率較低，例如，一般的燃氣輪機的效率只有25-30%，跟內燃機相比稍高,大部分熱能由尾氣排出，其出口尾氣的溫度高達450-500℃。?

為了提高布雷頓循環發電效率，工業上常用的方法是把高溫尾氣接到朗肯循環的蒸汽機上再發電，從而可使熱效率增加20%左右，使整體效率達到50%左右,變成了“燃氣輪機聯合循環”。然而，燃氣輪機聯合循環盡管在一定程度上提高了效率，其代價是高昂的。由于多使用了一套朗肯循環發電系統，一方面大大增加了成本，另一方面使本來體積小的渦輪發動機加上汽輪機后體積過大，難以用于中小規模的發電。因此，難以推廣應用，導致大部分燃氣輪機均為較低效率的單一循環的布雷頓循環發電裝置。?

卡諾循環及布雷頓循環都有各自的熱力學優勢，因此如何發揮其優勢，克服缺點，探索新的循環方法及理論，找到提高布雷頓循環熱效率的新途徑，提高燃氣輪機的發電效率，并簡化設備，無疑具有十分重要的意義。?

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種發電效率高的卡諾-布雷頓混合循環發電設備，利用卡諾循環熱效率高的優點，對布雷頓循環加以改進，從而實現大幅度提高熱力循環發電熱效率的目的。?

技術方案：本發明提供的一種卡諾-布雷頓混合循環發電設備，包括依次連接成環的一組壓縮機、換熱器、熱功動力轉換機械和冷凝器；所述一組壓縮機兩兩之間設有冷卻器。?

作為優選，所述壓縮機的數量為兩個以上。?

作為另一種優選，所述壓縮機為渦旋式壓縮機、螺桿式壓縮機、離心式壓縮機、活塞式壓縮機、滑片壓縮機或軸流式壓縮機。?

作為另一種優選，還包括發電機，所述發電機與熱功動力轉換機械連接。?

作為另一種優選，還包括調壓閥，所述調壓閥設于換熱器和熱功動力轉換機械之間。?

作為另一種優選，所述卡諾-布雷頓混合循環發電設備采用二氧化碳、空氣、氮氣、氦氣、氫氣和氧氣中的一種或幾種的混合物作為循環工質。?

作為另一種優選，所述的熱功動力轉換機械為汽輪機或膨脹機。?

作為進一步優選，所述膨脹機為渦旋式膨脹機、螺桿式膨脹機、離心式膨脹機或活塞式膨脹機。?