[實(shí)用新型]一種卡諾－朗肯混合循環(huán)高效發(fā)電設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420067964.3
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN203783660U
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟寧
• 申請（專利權(quán)）人: 孟寧
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08;F01K21/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 沈振濤

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電力設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種卡諾－朗肯混合循環(huán)高效發(fā)電設(shè)備。

背景技術(shù)

電力行業(yè)是我國重點(diǎn)的耗能大戶，電力行業(yè)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(fā)電量4.7萬億千瓦時，其中火電發(fā)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(fā)電總量的80%。2011年火電消耗一次能源（標(biāo)準(zhǔn)煤）19億噸，全國的煤炭消耗量為35.7億噸，電力行業(yè)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(zhuǎn)化成電能的效率較低，目前我國每發(fā)一千瓦時的電消耗煤炭333克，而丹麥僅為269克。根據(jù)國際能源署的統(tǒng)計，2010年中國煤電每發(fā)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(qū)）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(fā)電不僅導(dǎo)致了煤炭大量的消耗，更導(dǎo)致了嚴(yán)重的生態(tài)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(qū)環(huán)境承載能力已接近極限。有數(shù)據(jù)顯然，東中部地區(qū)PM2.5嚴(yán)重超標(biāo)，高于安全值5～8倍。如何提高火力發(fā)電的效率，減少發(fā)電的能源消耗，已經(jīng)是刻不容緩的課題。

傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠，是以水蒸汽為工質(zhì)的，利用高溫高壓的水蒸氣把熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，又把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋０l(fā)電廠的設(shè)備，主要是由鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、水泵等設(shè)備所組成。其工作原理是:給水先經(jīng)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(jī)中膨脹做功，變?yōu)榈蜏氐蛪旱姆ζ詈笈湃肽髂Y(jié)為冷凝水，重新經(jīng)水泵將冷凝水送入鍋爐進(jìn)行新的循環(huán)。在汽輪機(jī)里作完功的乏氣直接進(jìn)入到凝汽器中，通過直接空冷或水冷方式完成排氣的凝結(jié)過程。通常汽輪機(jī)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(nèi)凝結(jié)成水，大量的汽化潛熱被冷卻水或空氣攜帶，釋放到大氣環(huán)境中。在水蒸汽朗肯循環(huán)中，中壓機(jī)組熱效率不超過40%，超臨界機(jī)組熱效率不超過50%，發(fā)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(fā)散到大氣中。由于乏汽的溫度在32-55℃，屬于低品位余熱，現(xiàn)有的技術(shù)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(jié)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(fā)電效率，有著決定性的作用。

朗肯（W.J.M.Rankine，1820－1872年)，英國科學(xué)家，他計算出的熱力學(xué)循環(huán)（后稱為朗肯循環(huán)）的熱效率被作為計算蒸汽動力發(fā)電廠性能的方法。朗肯循環(huán)的特點(diǎn)是蒸汽工質(zhì)的動力循環(huán)；朗肯循環(huán)發(fā)電是通過水在熱力設(shè)備中不斷進(jìn)行等壓加熱（水蒸發(fā)）、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(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為人們所需要的電能。常規(guī)的水蒸氣朗肯循環(huán)有很多優(yōu)點(diǎn)，做功發(fā)電量大，容易大規(guī)模發(fā)電，且使用的工質(zhì)為水，具有熱導(dǎo)率高、無毒、無腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、核電及各類余熱發(fā)電；然而，水蒸氣朗肯循環(huán)最大的缺點(diǎn)是發(fā)電效率較低。如何提高水蒸氣朗肯循環(huán)發(fā)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(huán)的熱效率就越高，因此提高蒸汽的溫度是提高熱電轉(zhuǎn)化效率的有效手段；然而，蒸氣在高溫運(yùn)行時存在高壓問題，在實(shí)際使用時由于設(shè)備材料強(qiáng)度的原因，蒸氣溫度的提高受到限制，抑制了朗肯循環(huán)熱發(fā)電設(shè)備的熱效率的提高。目前，由于金屬材料耐熱性能的限制，一般初溫取在600℃上下。二是降低乏汽冷凝壓力及放熱溫度，因此熱效率將提高。但是乏汽壓力的選擇取決冷凝器內(nèi)冷卻流體的溫度，一般冷卻流體是自然界中的水。因此，降低受制于環(huán)境介質(zhì)的溫度。目前我國大型蒸汽動力裝置的設(shè)備中采用冷凝壓力為0.004MPa左右，其對應(yīng)的飽和溫度在29℃左右，它比天然水體的溫度僅略高，所以降低冷凝壓力已沒有多少潛力。提高蒸汽動力循環(huán)熱效率的方法，除提高初溫、初壓及降低終壓外，還可從改進(jìn)循環(huán)著手，如采用抽汽回?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)等。另外是減少冷凝熱的排放，然而該方法僅能從理論上述及，實(shí)際鮮有應(yīng)用。