一種基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，特別是涉及一種基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，屬于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要制約因素，隨著人類社會(huì)的發(fā)展，能源利用總量不斷增長，一次能源的價(jià)格也在不斷攀升，同時(shí)由于環(huán)境污染，持續(xù)電力供應(yīng)緊張，大型電力系統(tǒng)不能靈活跟蹤負(fù)荷變化導(dǎo)致設(shè)備投資浪費(fèi)，大型互聯(lián)電網(wǎng)大面積停電事故頻繁發(fā)生，以及人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，傳統(tǒng)以燃煤大型電站為主的電源結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將難以滿足我國未來發(fā)展需求。燃?xì)廨啓C(jī)是21世紀(jì)動(dòng)力設(shè)備的核心，由于在航天航空等領(lǐng)域長期發(fā)展的積累，所形成的微型燃?xì)廨啓C(jī)是目前技術(shù)最成熟、最具有商業(yè)潛力的分布式發(fā)電裝置，它具有重量輕體積小、建造運(yùn)行成本具有競爭力、發(fā)電效率高污染少、運(yùn)行維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]以天然氣、煤層氣或沼氣等為常用燃料，燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)和微型燃?xì)廨啓C(jī)等為基本核心的發(fā)電系統(tǒng)是目前廣泛應(yīng)用的一種分布式發(fā)電方式，內(nèi)燃機(jī)單機(jī)容量通常在I?2MW以下，由于它的初投資較低，在過去的10多年中銷售量要大于燃?xì)廨啓C(jī)，因環(huán)保的制約，燃天然氣(及沼氣)的內(nèi)燃機(jī)比柴油機(jī)發(fā)展得更快些，現(xiàn)代的高效內(nèi)燃機(jī)的效率可接近40%，采用熱電聯(lián)產(chǎn)或者冷熱電聯(lián)產(chǎn)方式發(fā)電系統(tǒng)的余熱利用效率也可達(dá)40 %?50 %，因此總效率可達(dá)80%?90%，燃?xì)廨啓C(jī)是應(yīng)用極其廣泛的原動(dòng)機(jī)，單機(jī)容量大、高效(可達(dá)35%?38%)且安裝迅速，世界上己安裝成千上萬臺(tái)，一般按容量劃分:大于20MW的屬于重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，100kw?2000kw的屬于小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，而小于100kw的則為微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，因燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組起停快速，發(fā)達(dá)國家往往將它們作為調(diào)峰、調(diào)頻機(jī)組，在整個(gè)電力產(chǎn)業(yè)中保持著8 %?12 %的比例，根據(jù)預(yù)測，到2020年我國天然氣發(fā)電的裝機(jī)容量將達(dá)到6000萬kw，微型燃?xì)廨啓C(jī)因結(jié)構(gòu)簡單而得到越來越多的應(yīng)用，它的容量一般在10kw?200kw以下，燃?xì)廨啓C(jī)有單軸、雙軸等多種結(jié)構(gòu)，它通常采用永磁可變速發(fā)電機(jī)以減輕重量，并產(chǎn)生頻率很高的交流電，再通過整流和逆變轉(zhuǎn)換成50Hz的工頻交流電并入電網(wǎng)，燃?xì)廨啓C(jī)的效率可達(dá)30%左右。
[0004]隨著清潔能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)得到了快速的發(fā)展。常規(guī)簡單循環(huán)的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)主要包括壓氣機(jī)、燃燒室和透平膨脹機(jī)三個(gè)部分，其基本原理是:空氣經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮到一定的氣壓后，進(jìn)入燃燒室與噴入的燃料混合燃燒，形成高溫燃?xì)夂筮M(jìn)入透平膨脹機(jī)做功，推動(dòng)透平轉(zhuǎn)子帶著壓氣機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功，輸出電能。目前現(xiàn)有技術(shù)中的燃?xì)廨啓C(jī)的尾氣具有較高的溫度，直接排入大氣，造成很大的熱能損失，降低機(jī)組的熱效率。
[0005]SiC作為一種具有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ膶捊麕滦桶雽?dǎo)體材料，具有大禁帶寬度、高擊穿電場、高飽和電子漂移速率、高熱導(dǎo)率和高鍵合能等優(yōu)異的物理特性，SiC電力電子器件在減小通態(tài)損耗和開關(guān)損耗、提高系統(tǒng)效率的同時(shí)也使器件在高溫、高功率、高壓、高頻、高濕度以及抗輻射等等惡劣環(huán)境中的應(yīng)用更為可靠，這也是傳統(tǒng)的Si基器件無法實(shí)現(xiàn)的，高壓碳化硅(SiC)器件能夠承受高于600V或更高的電壓，而現(xiàn)有的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)中，均未有關(guān)于SiC器件的使用。
[0006]針對(duì)以上問題，基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)日益受到各個(gè)國家的重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的是為了解決目前現(xiàn)有技術(shù)中燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)存在的上述問題，提供一種基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過采用如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0009]—種基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，包括一空濾器、一發(fā)電機(jī)、一燃燒室透平、一離心式壓氣機(jī)、一回?zé)崞鳌⒁蝗紵液鸵挥来虐l(fā)電機(jī)，所述空濾器與所述發(fā)電機(jī)之間設(shè)有一氣體分析儀和一第一流量檢測儀，所述發(fā)電機(jī)、所述燃燒室透平與所述離心式壓氣機(jī)之間同軸連接，所述燃燒室透平與所述回?zé)崞鳌⑺鋈紵?、所述永磁發(fā)電機(jī)之間連接，所述永磁發(fā)電機(jī)還與一 SiC器件連接，所述燃燒室與一溫度監(jiān)測儀、一溫度控制器連接，所述SiC器件包括多個(gè)場效應(yīng)管Q，多個(gè)所述場效應(yīng)管Q均為碳化硅SiC金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管，所述SiC器件還包括多個(gè)二極管D，多個(gè)所述二極管D均為SiC續(xù)流二極管，所述二極管D與所述場效應(yīng)管Q之間均通過光耦合器連接，并構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。
[0010]進(jìn)一步的，所述空濾器的輸入端與一空氣導(dǎo)入裝置的輸出端連接，所述空氣導(dǎo)入裝置用于導(dǎo)入空氣，所述空濾器用于過濾所述空氣導(dǎo)入裝置導(dǎo)入的空氣。
[0011]進(jìn)一步的，所述第一流量檢測儀與所述發(fā)電機(jī)之間還設(shè)有一第一調(diào)節(jié)閥、一流量積算儀，所述第一調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)空氣流量，所述流量積算儀用于計(jì)算和顯示空氣流量。
[0012]進(jìn)一步的，所述氣體分析儀、所述第一流量檢測儀、所述第一調(diào)節(jié)閥、所述流量積算儀均與一工控機(jī)電連接。
[0013]進(jìn)一步的，所述流量積算儀計(jì)算和顯示的空氣流入所述發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)用于對(duì)流入的空氣進(jìn)行冷卻后，輸入所述離心式壓氣機(jī)，所述離心式壓氣機(jī)用于將冷卻后的空氣輸入至所述回?zé)崞鳌?br>[0014]進(jìn)一步的，所述燃燒室還與一第二調(diào)節(jié)閥連接，所述第二調(diào)節(jié)閥與一燃料供給裝置連接，所述燃料供給裝置用于向所述燃燒室提供燃料，所述第二調(diào)節(jié)閥用于控制所述燃料供給裝置提供燃料的流量。
[0015]進(jìn)一步的，所述燃燒室還與一點(diǎn)火裝置連接，所述點(diǎn)火裝置用于對(duì)所述燃燒室進(jìn)行點(diǎn)火。
[0016]進(jìn)一步的，所述回?zé)崞鞯呐艢饪谂c一排氣回收裝置的輸入端相連，所述排氣回收裝置的輸出端與一排氣鍋爐的輸入端相連。
[0017]進(jìn)一步的，所述回?zé)崞鞯妮斎攵伺c所述離心式壓氣機(jī)的輸出端相連，所述回?zé)崞鞯妮敵龆伺c所述燃燒室的輸入端相連，所述燃燒室的煙氣的輸出端與所述燃燒室透平的輸入端相連。
[0018]進(jìn)一步的，所述永磁發(fā)電機(jī)與所述SiC器件之間連接有一整流器，所述SiC器件與運(yùn)行電網(wǎng)連接。
[0019]本發(fā)明的有益技術(shù)效果:
[0020]1、本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，SiC器件包括的多個(gè)場效應(yīng)管Q均為碳化硅SiC金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管，SiC器件包括的多個(gè)二極管D均為SiC續(xù)流二極管，解決了現(xiàn)有技術(shù)的，特別是逆變器無法在高溫、高頻率和高壓下工作的條件，利用SiC材料的SiC器件可以在高溫下減少、甚至不需要冷卻，SiC器件的快速開通和關(guān)斷特性，可以高頻工作，以及SiC的寬的禁帶，SiC的器件可以在高壓下工作。
[0021]2、本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，通過氣體分析儀、第一流量檢測儀、第一調(diào)節(jié)閥、流量積算儀和工控機(jī)，可以控制和掌握空氣的實(shí)時(shí)流量，通過燃料供給裝置和第二調(diào)節(jié)閥，可以控制燃料供應(yīng)流量，通過溫度監(jiān)測儀和溫度控制器，可以控制和掌握燃燒室內(nèi)的溫度。
[0022]3、本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，通過設(shè)置排氣回收裝置和排氣鍋爐，解決了目前現(xiàn)有技術(shù)中的燃?xì)廨啓C(jī)的尾氣具有較高的溫度，直接排入大氣，造成很大的熱能損失，降低機(jī)組的熱效率的問題，本發(fā)明熱能利用效率高，有效的避免產(chǎn)生溫室效應(yīng)，發(fā)電產(chǎn)量大，清潔無污染。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)示意圖。
[0024]圖中:1-空氣導(dǎo)入裝置，2-空濾器，3-氣體分析儀，4-第一流量檢測儀，5-第一調(diào)節(jié)閥，6-流量積算儀，7-工控機(jī)，8-發(fā)電機(jī)，9-燃燒室透平，10-離心式壓氣機(jī)，11-回?zé)崞鳎?2-排氣回收裝置，13-排氣鍋爐，14-燃料供給裝置，15-第二調(diào)節(jié)閥，16-燃燒室，17-點(diǎn)火裝置，18-溫度監(jiān)測儀，19-溫度控制器，20-永磁發(fā)電機(jī)，21-整流器，22-SiC器件，23-運(yùn)行電網(wǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚和明確本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0026]如圖1所示，一種基于SiC器件的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，包括一空濾器2、一發(fā)電機(jī)8、一燃燒室透平9、一離心式壓氣機(jī)I O、一回?zé)崞?1、一燃燒室16和一永磁發(fā)電機(jī)20，所述空濾器2與所述發(fā)電機(jī)8之間設(shè)有一氣體分析儀3和一第一流量檢測儀4，所述發(fā)電機(jī)8、所述燃燒室透平9與所述離心式壓氣機(jī)10之間同軸連接，所述燃燒室透平9與所述回?zé)崞?1、所述燃燒室16、所述永磁發(fā)電機(jī)20之間連接，所述永磁發(fā)電機(jī)20還與一 SiC器件連接，所述燃燒室16與一溫度監(jiān)測儀18、一溫度控制器19連接，所述SiC器件22包括多個(gè)場效應(yīng)管Q，多個(gè)所述場效應(yīng)管Q均為碳化硅Si