專利名稱：一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及蒸汽機裝置，特別是涉及到應(yīng)用從蒸汽機裝置中抽出或排出的蒸 汽或冷凝物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以交換方式回收蒸汽的能量以進行發(fā)電。
背景技術(shù)：
直接空冷電站顧名思義就是采用直接空冷技術(shù)的空冷電站。在直接空冷電站的熱 力循環(huán)系統(tǒng)中，工質(zhì)水在鍋爐中吸收熱能變成飽和蒸汽，再在過熱器中變成過熱蒸汽，然后 進入汽輪機做功，從汽輪機流出的乏汽在空冷凝汽器中被外界空氣冷卻而凝結(jié)成水，乏汽 與空氣之間的熱交換是在表面式凝汽器上完成。在直接空冷換熱過程中，利用空冷凝汽器 翅片管外側(cè)流過的冷空氣，將空冷凝汽器中乏汽冷凝成凝結(jié)水。最后，水泵將凝結(jié)水提高壓 力重新泵入鍋爐。傳統(tǒng)的直接空冷電站效率不高(40%左右)，這是所有該類火電站的通病，至今沒 有有效的解決措施。據(jù)分析，該類火電站熱能流失的最主要渠道是乏汽通過空冷凝汽器散 熱，外界冷空氣擄走乏汽的熱能，這部分被擄走的能量在火電站燃料燃燒放出的熱能總量 中所占比例近50 %。這是因為雖然直接空冷電站乏汽溫度比較低，但是由于乏汽要釋放汽 化潛熱凝結(jié)成液態(tài)水，所以總熱能還是非常巨大。但是要利用這部分熱能還是有很大困難， 由于熱能溫度比較低，屬于低品位熱能，目前運行的直接空冷電站都將這部分低品位熱能 當(dāng)作“廢熱”直接排放到了大氣環(huán)境當(dāng)中。由于大部分熱能都散失到大氣環(huán)境中，不僅造成 環(huán)境污染，而且還造成能源浪費。另外，現(xiàn)有的直接空冷電站均需要空冷風(fēng)機鼓風(fēng)，利用鼓 風(fēng)實現(xiàn)強制對流換熱來冷卻乏汽。這樣鼓風(fēng)機不僅消耗巨大的電能，而且保養(yǎng)維修成本較 高，同時也發(fā)出巨大的噪聲。因此，提高直接空冷電站的能量利用率是一項節(jié)約能源、保護 環(huán)境的有利舉措。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提高整體發(fā)電效 率，達到節(jié)能減排的效果。本實用新型提供的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，包括鍋爐、過熱器、汽輪機、換熱器和給水 泵，鍋爐、過熱器、汽輪機、換熱器和給水泵通過管道依次連接，最后給水泵通過管道連接鍋 爐，汽輪機與電站發(fā)電機組連接，帶動電站發(fā)電機組發(fā)電；其特征在于該系統(tǒng)還包括集熱 棚、抽吸管、渦輪，發(fā)電機組和導(dǎo)流塊；集熱棚呈倒置的漏斗形，覆蓋布置在換熱器的上方，集熱棚的四周作為空氣的進 口，集熱棚中部開有圓形出口，集熱棚進口的截面積大于出口的截面積，抽吸管豎直安裝在 集熱棚的中部，抽吸管入口與集熱棚出口直接密封連接，渦輪設(shè)置在抽吸管的入口處或者 集熱棚內(nèi)，導(dǎo)流塊安裝在渦輪下方，發(fā)電機組通過連接軸直接連接或者通過變速器與渦輪 連接。本實用新型充分利用了換熱器，將蒸汽動力循環(huán)部分和乏氣熱能再利用部分耦合
3在一起以形成聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。本實用新型的顯著優(yōu)點表現(xiàn)為1、提出一種新的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，蒸汽動力循環(huán)部分通過蒸汽推動汽輪機做功 發(fā)電；乏氣熱能再利用部分能夠有效利用乏汽的低品位熱能產(chǎn)生自然通風(fēng)，再通過流動的 空氣推動渦輪做功發(fā)電回收再利用部分以往被直接排放到大氣中的乏汽的低品位熱能進 行發(fā)電，從而提高熱能的利用效率，減少冷源損失。2、在采用直接空冷技術(shù)的空冷電站上利用本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)自然通風(fēng)冷卻空 冷冷凝器內(nèi)的乏汽，不需要再單獨設(shè)置空冷風(fēng)機，從而減少火電站自身耗電量，進一步降低 電廠的建設(shè)和運行成本，同時消除了空冷風(fēng)機的噪聲，減少噪聲污染。3、在采用直接空冷的空冷電站上利用本實用新型的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，乏氣熱能 再利用部分的發(fā)電連續(xù)性和穩(wěn)定性比傳統(tǒng)自然風(fēng)發(fā)電要好，且可以不受到地域以及氣候等 因素對發(fā)電效率的影響，只要電站穩(wěn)定工作，即可以實現(xiàn)整個聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。4、在采用直接空冷的空冷電站上利用本實用新型的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)能夠利用 電站現(xiàn)有的輸電設(shè)施，避免了風(fēng)力發(fā)電以及太陽能煙囪發(fā)電技術(shù)需要重新建設(shè)輸電設(shè)施的 問題，減少建設(shè)成本。5、克服了太陽能煙囪發(fā)電技術(shù)中的覆蓋層的花費成本過高的問題、覆蓋層所使用 的材料使用壽命太短的問題、集熱棚占地面積巨大以及受光照時間和光照強度影響較大。

圖1是本實用新型的一種實施例聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的原理示意圖。圖2是本實用新型的實施例聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的T-S圖。圖3、4、5、6、7、8、9、10是本實用新型的實施例中乏汽熱能再利用部分的剖視圖， 其中此剖視圖表示若干種不同的實施方式。各圖中，1-鍋爐，2-過熱器，3-汽輪機，4-電站發(fā)電機組，5-給水泵，6_換熱器， 7-集熱棚，8-抽吸管，9-渦輪，10-發(fā)電機組，11-導(dǎo)流塊，12-管道。
具體實施方式
下面通過借助實施例更加詳細地說明本實用新型，但以下實施例僅是說明性的， 本實用新型的保護范圍并不受這些實施例的限制。如圖1所示，本實用新型提供的發(fā)電系統(tǒng)包括蒸汽動力循環(huán)部分和乏汽熱能再利 用部分。蒸汽動力循環(huán)部分包括鍋爐1、過熱器2、汽輪機3、換熱器6和給水泵5。鍋爐1、 過熱器2、汽輪機3、換熱器6和給水泵5通過管道12依次連接，最后給水泵5通過管道連 接鍋爐1，以實現(xiàn)工質(zhì)蒸汽在其中能夠進行熱力循環(huán)；汽輪機3與電站發(fā)電機組4連接，帶 動電站發(fā)電機組4發(fā)電。乏汽熱能再利用部分包括集熱棚7、抽吸管8、渦輪9，發(fā)電機組10和導(dǎo)流塊11。集熱棚7呈倒置的漏斗形，用鋼結(jié)構(gòu)框架固定在換熱器6的上方，并能完全覆蓋布 置在地面上的換熱器6 ；集熱棚7的四周作為空氣的進口，集熱棚7中部開有圓形出口 ；在 換熱器6安裝的位置處，地面到集熱棚7的距離與換熱器6高度相同；集熱棚7進口流通面 積大于出口流通面積，使空氣在流動過程逐漸加速；集熱棚7由絕熱性能較好的材料制成，以起到絕熱的作用，所述絕熱材料優(yōu)選為柔性泡沫橡塑，或者在一般鋼鐵材料制成后在其 外表面涂敷絕熱材料以起到絕熱的效果，所述絕熱材料優(yōu)選為礦物纖維、膨脹珍珠巖和多 孔混凝土 ；抽吸管8垂直地面設(shè)在集熱棚7的中心，下方設(shè)有專門的支撐固定結(jié)構(gòu)，上方還 設(shè)有拉索牽拉固定；抽吸管8的入口與集熱棚7的出口相連，且要求密封；抽吸管8入口截 面積與集熱棚7出口截面積相同；抽吸管8由絕熱性能較好且摩擦較小的材料制成，以起到 絕熱的作用，所述絕熱材料優(yōu)選為泡沫玻璃，或者在一般摩擦較小的鋼鐵材料或鋼筋混泥 土制成后在其外表面涂敷絕熱材料以起到絕熱的效果，所述絕熱材料優(yōu)選為礦物纖維、膨 脹珍珠巖和多孔混凝土 ；渦輪9設(shè)在抽吸管8的入口處，可以為單級或者多級；導(dǎo)流塊11設(shè) 在渦輪9下方；所述導(dǎo)流塊11優(yōu)選為螺旋狀導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、二次曲面形和三次曲面形；導(dǎo)流塊 11不僅用于引導(dǎo)空氣流動，而且用于支撐渦輪9，并在其內(nèi)部安裝發(fā)電機組10 ；發(fā)電機組10 通過連接軸直接連接或者通過變速器與渦輪9連接。此實施例中所述的抽吸管8可以為圓柱形、雙曲線形、漸擴形和漸縮形。圓柱形抽 吸管8結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性稍差；雙曲線形抽吸管8流動性能較好，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。此實施例中所述的渦輪9為單個，其級數(shù)可為單級或者多級，如圖3、4。多級的渦 輪9可以充分利用熱空氣的能量。優(yōu)選的，此實施例中所述的抽吸管8和集熱棚7可以不是直接連接，而是設(shè)有過渡 結(jié)構(gòu)；該過渡結(jié)構(gòu)與導(dǎo)流塊11固定在一起；在過渡結(jié)構(gòu)中開設(shè)至少一個通道，空氣只能經(jīng) 其從集熱棚7進入抽吸管8內(nèi)；若通道是多個，則各個通道相互獨立；通道的截面是先縮后 擴；每個通道中設(shè)置一個渦輪9和一個發(fā)電機組10，且設(shè)置在通道截面積最小處，如圖5、6 ； 渦輪9個數(shù)和發(fā)電機組10個數(shù)都與通道個數(shù)相等，級數(shù)可為單級或者多級，且其軸垂直地 面。設(shè)計這種結(jié)構(gòu)的主要原因是減小渦輪9的尺寸。優(yōu)選的，用圓環(huán)形分隔板將集熱棚7下方空間分成內(nèi)外兩個空間，圓環(huán)形分隔板 內(nèi)外直徑之差為5 10米；在圓環(huán)形分隔板上開設(shè)通道，空氣只能經(jīng)其從集熱棚7的外部 空間進入集熱棚7的內(nèi)部空間；通道軸線水平，且形狀為先縮后擴；通道個數(shù)多于3個，且 均勻分布在圓環(huán)形分隔板上，各個通道相互獨立；換熱器6設(shè)在外部空間內(nèi)，并被集熱棚7 完全罩?。粶u輪9設(shè)在通道截面積最小處，其軸水平，其級數(shù)可為單級或者多級；每個通道 內(nèi)安裝一個渦輪9和一個發(fā)電機組10，如圖7、8。設(shè)計這種結(jié)構(gòu)的主要原因是減小渦輪9 的尺寸，降低渦輪9和發(fā)電機組10的安裝高度。優(yōu)選的，用圓環(huán)形分隔板將集熱棚7下方空間分成內(nèi)外兩個空間，圓環(huán)形分隔板 內(nèi)外直徑之差為5 10米；在圓環(huán)形分隔板上開設(shè)通道，空氣只能經(jīng)其從集熱棚7的外部 空間進入集熱棚7的內(nèi)部空間；通道軸線傾斜，且傾斜度不超過集熱棚的傾斜度，形狀為先 縮后擴；通道個數(shù)多于3個，且均勻分布在圓環(huán)形分隔板上，各個通道相互獨立；換熱器設(shè) 在外部空間內(nèi)，并被集熱棚7完全罩住；渦輪9設(shè)在通道截面積最小處，其軸傾斜，且傾斜度 與通道軸線傾斜度相同；渦輪9級數(shù)可為單級或者多級；每個通道內(nèi)安裝一個渦輪9和一 個發(fā)電機組10，如圖9、10。設(shè)計這種結(jié)構(gòu)的主要原因是減小渦輪9的尺寸，降低渦輪9和 發(fā)電機組10的安裝高度。圖2是本實用新型的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的熱力循環(huán)過程T-S圖。圖中熱力循環(huán)過 程包括蒸汽動力循環(huán)過程和乏汽熱能再利用部分的熱力循環(huán)過程。蒸汽動力循環(huán)過程如下[0029]蒸汽動力循環(huán)的工質(zhì)是蒸汽。燃料在鍋爐1燃燒，放出熱能。水在鍋爐1中吸熱 變成飽和蒸汽，飽和蒸汽再在鍋爐過熱器2吸熱成為過熱蒸汽，如過程b-e。過熱蒸汽在汽 輪機3中膨脹，對外做功，在汽輪機3出口蒸汽達到低壓下的濕蒸汽狀態(tài)(乏汽)，如過程 e_f。在汽輪機3膨脹做完功后的乏汽進入換熱器6，釋放熱能凝結(jié)成水，如過程f-a。給水 泵5將凝結(jié)水提高壓力重新泵入鍋爐1，如過程a_b，完成一個循環(huán)。為說明問題，此處只是 示意性地介紹了朗肯循環(huán)，當(dāng)然為提高效率，蒸汽熱力循環(huán)也可采用回?zé)?、中間再熱措施。乏汽熱能再利用部分的熱力循環(huán)過程如下乏汽熱能再利用部分的熱力循環(huán)過程是以大氣中的空氣為工質(zhì)。地面空氣等壓吸 收乏汽釋放出來熱能Q，做功能力增加，如過程h-i ；推動渦輪9做功，如過程i-j ；并克服重 力流向高空，如過程j-k。做完功的低溫?zé)峥諝庠诟呖丈?，如過程k-g。高空的冷空氣在 重力作用下達到地面，壓力升高，實現(xiàn)壓縮過程，如過程g-h。在負壓的作用下進入集熱棚 7，完成一個循環(huán)。通過換熱器將蒸汽動力循環(huán)和乏汽熱能再利用部分的熱力循環(huán)復(fù)合到一起，即工 質(zhì)為蒸汽的蒸汽動力循環(huán)和工質(zhì)為空氣的熱力循環(huán)互相復(fù)合，將蒸汽動力循環(huán)中的換熱器 作為乏氣熱能再利用部分中的熱力循環(huán)的熱源(加熱空氣的設(shè)備)，從而形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。上述發(fā)明系統(tǒng)可應(yīng)用在新設(shè)計的采用直接空冷技術(shù)的空冷電站上，其中蒸汽動力 循環(huán)部分可以直接采用直接空冷電站中的鍋爐、過熱器、汽輪機、空冷凝汽器(相當(dāng)于換熱 器)和給水泵。當(dāng)然為提高直接空冷電站的效率，蒸汽熱力循環(huán)也可采用回?zé)?、中間再熱 措施。最終，通過空冷凝汽器將直接空冷電站的蒸汽動力循環(huán)和乏汽熱能再利用部分的熱 力循環(huán)復(fù)合到一起，即工質(zhì)為蒸汽的蒸汽動力循環(huán)和工質(zhì)為空氣的熱力循環(huán)互相復(fù)合，將 蒸汽動力循環(huán)中的換熱器作為乏氣熱能再利用部分中的熱力循環(huán)的熱源(加熱空氣的設(shè) 備)，從而形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。其工作過程為直接空冷電站運行時，水在鍋爐中吸收熱能變成飽和蒸汽，再在過 熱器中變成過熱蒸汽，然后進入汽輪機做功，在汽輪機做完功以后流出的乏汽通過空冷凝 汽器將熱能釋放到外界的冷空氣中，冷凝成液態(tài)水。給水泵再將凝結(jié)水提高壓力重新泵入 鍋爐，完成一個空冷電廠熱力循環(huán)。外界的冷空氣(此處是相對概念，指集熱棚7內(nèi)部的冷 空氣)吸收熱量，溫度升高，密度降低。在密度差的作用下，熱空氣匯聚到集熱棚的出口。 抽吸管的巨大抽吸作用將集熱棚出口的大量熱空氣抽吸到高空中，從而形成強烈的空氣流 動。集熱棚內(nèi)熱空氣被抽吸到高空后，在集熱棚內(nèi)形成一定的負壓。地面上外界的冷空氣 (指集熱棚外面的冷空氣)在壓差的作用下，流經(jīng)空冷凝汽器，與其換熱使乏汽被冷卻，溫 度升高，并再次匯集到集熱棚的出口，完成一個循環(huán)。當(dāng)熱空氣以較大的速度運動時，強烈 的熱氣流將推動安裝在抽吸管底部或集熱棚內(nèi)的渦輪做功，將熱氣流的動能和勢能轉(zhuǎn)換為 機械能。若將渦輪與發(fā)電機組相連，則可實現(xiàn)利用乏汽的熱能發(fā)電，實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。
權(quán)利要求一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，包括鍋爐(1)、過熱器(2)、汽輪機(3)、換熱器(6)和給水泵(5)，鍋爐(1)、過熱器(2)、汽輪機(3)、換熱器(6)和給水泵(5)通過管道依次連接，最后給水泵(5)通過管道連接鍋爐(1)，汽輪機(3)與電站發(fā)電機組(4)連接，帶動電站發(fā)電機組(4)發(fā)電；其特征在于該系統(tǒng)還包括集熱棚(7)、抽吸管(8)、渦輪(9)，發(fā)電機組(10)和導(dǎo)流塊(11)；集熱棚(7)呈倒置的漏斗形，覆蓋布置在換熱器(6)的上方，集熱棚(7)的四周作為空氣的進口，集熱棚(7)中部開有圓形出口，集熱棚(7)進口的截面積大于出口的截面積，抽吸管(8)豎直安裝在集熱棚(7)的中部，抽吸管(8)入口與集熱棚(7)出口直接密封連接，渦輪(9)設(shè)置在抽吸管(8)的入口處或者集熱棚內(nèi)，導(dǎo)流塊(11)安裝在渦輪(9)下方，發(fā)電機組(10)通過連接軸直接連接或者通過變速器與渦輪(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)流塊(11)為螺旋狀 導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、二次曲面形或三次曲面形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于抽吸管(8)為圓柱形、 雙曲線形、漸擴形或漸縮形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于抽吸管(8)通過過渡 結(jié)構(gòu)與集熱棚(7)連接，該過渡結(jié)構(gòu)中開設(shè)有一個通道或相互獨立的二個以上的通道，通 道的形狀是先縮后擴；渦輪(9)、發(fā)電機組(10)、與通道的個數(shù)均相等，且安裝在通道截面 最小處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于集熱棚(7)由圓環(huán)形 分隔板將下方空間分成內(nèi)、外部空間，換熱器(6)設(shè)置在外部空間內(nèi)，圓環(huán)形分隔板內(nèi)外直 徑之差為5 10米；在圓環(huán)形分隔板上開設(shè)均勻分布的通道，各通道的軸線水平，且形狀為 先縮后擴，渦輪(9)設(shè)在圓環(huán)形分隔板上的通道截面積最小處，且渦輪軸水平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于集熱棚(7)由圓環(huán)形 分隔板將下方空間分成內(nèi)、外部空間，換熱器(6)設(shè)置在外部空間內(nèi)，圓環(huán)形分隔板內(nèi)外直 徑之差為5 10米；在圓環(huán)形分隔板上開設(shè)均勻分布的通道，通道軸線傾斜，且傾斜度小于 等于集熱棚的傾斜度，渦輪(9)設(shè)在圓環(huán)形分隔板的通道截面積最小處，其渦輪軸傾斜，且 傾斜度與通道軸線傾斜度相同。
專利摘要本實用新型公開了一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，它將蒸汽動力循環(huán)部分和乏氣熱能再利用部分耦合在一起，乏氣熱能再利用部分的結(jié)構(gòu)為集熱棚呈倒置的漏斗形，覆蓋布置在換熱器的上方，集熱棚的四周作為空氣的進口，集熱棚中心開有圓形出口，集熱棚進口的截面積大于出口的截面積，抽吸管豎直安裝在集熱棚的中部，且其入口與集熱棚出口密封連接，渦輪設(shè)置在抽吸管的入口處，導(dǎo)流塊安裝在渦輪下方，發(fā)電機組通過連接軸直接連接或者通過變速器與渦輪連接。該系統(tǒng)不僅可以提高熱能的利用效率，減少冷源損失，達到節(jié)能減排的效果，還可以消除空冷風(fēng)機的噪聲，減少噪聲污染。
文檔編號F03D9/00GK201650391SQ200920229789
公開日2010年11月24日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者劉建軍, 周懷春, 王磊, 黃榮華 申請人:華中科技大學(xué)