[其他]生產(chǎn)動(dòng)力的流程

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85107411
• 申請(qǐng)日: 1985-10-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN85107411A
• 公開(kāi)（公告）日: 1986-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿壽克·多馬爾帕里·拉奧;杰里·李·劉易斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福陸公司
• 主分類號(hào): F02C3/00
• 分類號(hào): F02C3/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 陳申賢,劉征

本發(fā)明是有關(guān)用燃?xì)廨啓C(jī)把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)生機(jī)械能或電能的生產(chǎn)流程。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)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(jī)械能，該機(jī)械能也可用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)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(jìn)入膨脹階段的工作流體溫度為最高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率也達(dá)到最大。

就燃?xì)廨啓C(jī)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?xì)廨啓C(jī)中膨脹而產(chǎn)生了機(jī)械能，未轉(zhuǎn)化的熱量由燃?xì)廨啓C(jī)排氣管排出，就在燃燒溫度最高時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)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(huì)產(chǎn)生上述情況，也就是說(shuō)充分燃燒需要足夠的空氣，但不要過(guò)量。

然而，燃料在理想配比條件下燃燒，燃溫約達(dá)4000°F，此溫度已超過(guò)了燃?xì)廨啓C(jī)葉片金屬疲勞的極限，結(jié)果在燃燒階段，人們必須用過(guò)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(guò)量空氣也必然在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生了大的附加載荷，因?yàn)榭諝鈮嚎s需要機(jī)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?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的另一缺點(diǎn)是加壓階段需要壓縮空氣，而氣體壓縮是非常耗能的。因?yàn)樗枰獧C(jī)械能，而機(jī)械能是能量中最高的形式，而且可降級(jí)轉(zhuǎn)化為熱能。通過(guò)利用級(jí)間冷卻可減小空氣壓縮所需要的機(jī)械能，也就是說(shuō)在多級(jí)壓縮過(guò)程中，依靠冷卻相應(yīng)級(jí)中間的壓縮空氣溫度來(lái)達(dá)到。然而從總的循環(huán)效率來(lái)說(shuō)，只有級(jí)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(jí)間冷卻才可采用。要是熱量只是簡(jiǎn)單地排到大氣中，實(shí)際上整個(gè)循環(huán)的效率是下降的，因?yàn)檫@會(huì)形成消耗更多燃料來(lái)補(bǔ)償級(jí)間冷卻器所損耗的熱能。因此，在實(shí)際使用中，當(dāng)壓縮氣流中包含熱量時(shí)，寧可容忍壓縮機(jī)消耗功率大，也不簡(jiǎn)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?xì)廨啓C(jī)，因?yàn)樗墒拱l(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械能，然而，由于燃?xì)廨啓C(jī)固有的高排氣溫度，熱循環(huán)效率受到限制，但該燃?xì)廨啓C(jī)的排氣卻又可用作開(kāi)動(dòng)另一發(fā)動(dòng)機(jī)的熱源，諸如汽輪機(jī)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?xì)廨啓C(jī)排氣所含熱量的途徑是提高過(guò)熱蒸汽溫度，并把該過(guò)熱蒸汽噴回到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，請(qǐng)閱美國(guó)專利No.3978661，另外還有一個(gè)辦法是用燃?xì)廨啓C(jī)的排氣預(yù)熱離開(kāi)壓縮機(jī)的空氣，同時(shí)在壓縮時(shí)采用級(jí)間冷卻（請(qǐng)參閱肯特的機(jī)械工程師手冊(cè)1950年版），這些系統(tǒng)就利用燃料中的化學(xué)能來(lái)說(shuō)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(jī)級(jí)間冷卻，因?yàn)榭諌簷C(jī)級(jí)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(guó)專利No.3335，565艾格尼特發(fā)明人所敘述的，但這會(huì)形成更多的熱量隨著燃?xì)舛欧挪⑶壹词褂行┖锰?，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(jí)間冷卻的一種辦法，可是這也有二個(gè)缺點(diǎn)，一個(gè)缺點(diǎn)是離開(kāi)級(jí)間冷卻段的空氣，它的溫度受到飽和空氣露點(diǎn)溫度的限制。也就是在級(jí)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(jí)過(guò)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(guó)專利2869324發(fā)明人福特所敘述的是在對(duì)空氣和水都預(yù)熱后再把水加到壓縮空氣中進(jìn)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(jí)，因?yàn)榱粼谡舭l(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(jìn)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(huì)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(fèi)用也是昂貴的，因它需要一套附加的汽輪發(fā)電機(jī)組、汽鼓、凝結(jié)汽輪機(jī)排汽的冷凝器以及把冷凝器的熱量排到大氣中的冷卻塔。