[發(fā)明專利]生產(chǎn)動力的流程

無效

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• 申請日: 1985-10-08
• 公開（公告）號: CN1008196B
• 公開（公告）日: 1990-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阿壽克·多馬爾帕里·拉奧;杰里·李·劉易斯
• 申請（專利權(quán)）人: 福陸公司
• 主分類號: F02C3/30
• 分類號: F02C3/30
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利代理部
• 代理人: 陳申賢,劉征

本發(fā)明是有關(guān)用燃氣輪機把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)生機械能或電能的生產(chǎn)流程。

當(dāng)發(fā)動機中采用一種工作流體，把燃料所包含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能或電能，工作流體要加壓，隨著燃料燃燒，從燃料中釋放的能量由工作流體吸收，于是吸收了能量的工作流體就膨脹，產(chǎn)生了機械能，該機械能也可用來驅(qū)動發(fā)電機來產(chǎn)生電能，未轉(zhuǎn)化的能量以熱的形式排放，這些排棄的熱量可以回收和利用。當(dāng)進入膨脹階段的工作流體溫度為最高時，發(fā)動機的效率也達到最大。

就燃氣輪機而言，空氣壓縮是用于壓縮階段，把燃料噴到壓縮空氣中直接燃燒是增能階段，并在燃氣輪機中膨脹而產(chǎn)生了機械能，未轉(zhuǎn)化的熱量由燃氣輪機排氣管排出，就在燃燒溫度最高時，燃氣輪機的效率也最高，這只有燃料在理想配比條件下，并噴入到壓縮空氣中燃燒才會產(chǎn)生上述情況，也就是說充分燃燒需要足夠的空氣，但不要過量。

然而，燃料在理想配比條件下燃燒，燃溫約達4000°F，此溫度已超過了燃氣輪機葉片金屬疲勞的極限，結(jié)果在燃燒階段，人們必須用過量的空氣起熱的加稀作用，把燃燒產(chǎn)生的溫度降到約2000°F，而在高壓下耗用過量空氣也必然在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生了大的附加載荷，因為空氣壓縮需要機械能，這樣就減小了系統(tǒng)所產(chǎn)生的凈功率，同樣也降低了系統(tǒng)的總效率。

現(xiàn)有的燃氣輪機循環(huán)的另一缺點是加壓階段需要壓縮空氣，而氣體壓縮是非常耗能的。因為它需要機械能，而機械能是能量中最高的形式，而且可降級轉(zhuǎn)化為熱能。通過利用級間冷卻可減小空氣壓縮所需要的機 械能，也就是說在多級壓縮過程中，依靠冷卻相應(yīng)級中間的壓縮空氣溫度來達到。然而從總的循環(huán)效率來說，只有級間冷卻器所吸收壓縮空氣的熱量能有效地回收和利用情況下，級間冷卻才可采用。要是熱量只是簡單地排到大氣中，實際上整個循環(huán)的效率是下降的，因為這會形成消耗更多燃料來補償級間冷卻器所損耗的熱能。因此，在實際使用中，當(dāng)壓縮氣流中包含熱量時，寧可容忍壓縮機消耗功率大，也不簡單地把熱量隨意丟掉。

即使根據(jù)上述的限制，大家還是希望用燃氣輪機，因為它可使發(fā)動機在最高溫度下工作，并使用工作流體把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，然而，由于燃氣輪機固有的高排氣溫度，熱循環(huán)效率受到限制，但該燃氣輪機的排氣卻又可用作開動另一發(fā)動機的熱源，諸如汽輪機以增加燃料利用的總熱效率，此種系統(tǒng)稱之為聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，在工業(yè)上廣泛使用。另一種利用燃氣輪機排氣所含熱量的途徑是提高過熱蒸汽溫度，并把該過熱蒸汽噴回到燃氣輪機的燃燒室，請閱美國專利No.3978661，另外還有一個辦法是用燃氣輪機的排氣預(yù)熱離開壓縮機的空氣，同時在壓縮時采用級間冷卻（請參閱肯特的機械工程師手冊1950年版），這些系統(tǒng)就利用燃料中的化學(xué)能來說具有高的總熱效率，但上述系統(tǒng)比起本發(fā)明流程的效率，還是要低些，這在以后要加以解釋。

聯(lián)合循環(huán)不能充分利用空壓機級間冷卻，因為空壓機級間冷卻器所排放熱量的溫度太低而不能回收加以有效利用諸如產(chǎn)生蒸汽，此種熱量的小部分可以回收用于預(yù)熱鍋爐的給水，如美國專利No.3335，565艾格尼特發(fā)明人所敘述的，但這會形成更多的熱量隨著燃氣而排放并且即使有些好處，它的熱回收率和循環(huán)效率的凈增收效甚微。最近有人提出，用直接把水噴入氣流中作為級間冷卻的一種辦法，可是這也有二個缺點，一個缺點是離開級間冷卻段的空氣，它的溫度受到飽和空氣露點溫度的限制。也就是在級間冷卻器內(nèi)依靠直接噴水到氣流中，起熱加稀作用的水蒸汽在連續(xù)多級過程中需被壓縮，這就排除了利用加入水蒸汽作為一種節(jié)約壓縮功率的辦法。

在美國專利2869324發(fā)明人福特所敘述的是在對空氣和水都預(yù)熱后再把水加到壓縮空氣中進行蒸發(fā)，可是，這種蒸發(fā)辦法為了獲得空氣中充滿有用的濕氣就要求較高的溫度級，因為留在蒸發(fā)器的空氣和水要相互保持平衡，這種蒸發(fā)水的辦法比起本發(fā)明的效率要差些，本發(fā)明可以利用空氣在低溫下進入飽和器內(nèi)。

蒸汽循環(huán)有它的固有不可逆性，因水的蒸發(fā)發(fā)生在常溫下，而熱量釋放發(fā)生在變溫下，以下坐標(biāo)圖所示即為熱量釋放曲線和水蒸發(fā)線：

從坐標(biāo)圖中可看出，隨著蒸汽產(chǎn)生，就不再能維持熱源與載熱流體之間的微小溫差，這會導(dǎo)致系統(tǒng)大的不可逆性，因此也就導(dǎo)致低的效率。

采用聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電廠費用也是昂貴的，因它需要一套附加的汽輪發(fā)電機組、汽鼓、凝結(jié)汽輪機排汽的冷凝器以及把冷凝器的熱量排到大氣中的冷卻塔。