用于燃煤電廠高效節(jié)能動(dòng)力裝置

一、背景技術(shù)

普通電廠采用由鍋爐、汽輪機(jī)和冷凝器構(gòu)成的蒸氣動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，由于流出汽輪機(jī)做功后的乏汽要經(jīng)冷凝器放出潛熱變成水再返回鍋爐，從而產(chǎn)生了大量的冷凝熱量損失（占總?cè)剂蠠崃康?5%—55%），使蒸汽電廠的發(fā)電效率只有35%—48%，浪費(fèi)了大量的煤碳資源，也排放了很多的二氧化碳?xì)怏w和廢熱。

二、基本構(gòu)成與原理

作為節(jié)能電廠動(dòng)力系統(tǒng)的核心動(dòng)力裝置，中冷等壓吸熱空氣輪機(jī)主要由壓氣機(jī)、中間冷卻器、活塞式配氣裝置、加熱器、氣輪機(jī)和鍋爐等部件構(gòu)成。為能發(fā)電，還設(shè)有被氣輪機(jī)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)。中冷等壓吸熱空氣輪機(jī)是一種外燃動(dòng)力裝置，它可燃用煤炭等固體燃料，并以空氣作工質(zhì)，從而消除了普通蒸汽電廠中的蒸汽冷凝損失。由于這種動(dòng)力裝置采用了具有很大作功能力的葉輪式機(jī)械作為壓氣機(jī)和氣輪機(jī)，而活塞式的配氣裝置因只處理壓縮后的壓縮空氣其體積也不是很大，從而使整套動(dòng)力系統(tǒng)特別適合制成燃煤電廠的大功率動(dòng)力裝置。

在中冷等壓吸熱空氣輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，壓氣機(jī)把吸入的空氣壓縮后，經(jīng)中間冷卻器把產(chǎn)生的壓縮熱散到外界，讓壓縮過(guò)程接近等溫狀態(tài)。等溫壓縮使壓縮空氣的壓力和溫度都相應(yīng)降低，壓力的降低減少了壓氣機(jī)的壓縮功消耗，溫度的降低則為將要進(jìn)行的等壓吸熱過(guò)程提供了最大的溫度差。經(jīng)中間冷卻器冷卻的低溫壓縮空氣在配氣裝置的小副缸轉(zhuǎn)到吸氣位置時(shí)充入小副缸；當(dāng)小副缸轉(zhuǎn)到排氣位置時(shí)，其內(nèi)的低溫壓縮空氣沿管路流向加熱器，被外面鍋爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧訜幔纬筛邷刈鞴怏w。這部分作功氣體在配氣裝置另一側(cè)的大副缸轉(zhuǎn)到吸氣位置時(shí)進(jìn)入大副缸，并且作功氣體的體積因被加熱在大副缸中得到相應(yīng)的膨脹（也有一定程度的作功），讓作功氣體的壓力并不上升，使加熱器中的吸熱過(guò)程在等壓狀態(tài)進(jìn)行。

等壓吸熱使低溫壓縮空氣的溫度并不上升，仍以較低溫度進(jìn)入加熱器，讓溫度已經(jīng)降低、快流過(guò)加熱器外圍的鍋爐煙氣中最后一小部分熱量還能加熱進(jìn)入加熱器的低溫壓縮空氣，使鍋爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵械娜繜崃磕芡ㄟ^(guò)加熱器以逆流換熱方式被低溫壓縮空氣基本吸盡，大大提高了燃料熱量的吸收利用效率。

已充入大副缸的高溫作功氣體在大副缸轉(zhuǎn)到排氣位置時(shí)沖向氣輪機(jī)，直接推動(dòng)氣輪機(jī)對(duì)外作功，并帶動(dòng)壓氣機(jī)和配氣裝置聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，氣輪機(jī)所產(chǎn)生的額外動(dòng)力再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電力，從而完成節(jié)能電廠的動(dòng)力循環(huán)發(fā)電過(guò)程。

在采用鍋爐作為加熱器的外部熱源時(shí)，從氣輪機(jī)排出的作功后氣體因還具有較高的溫度，這時(shí)，氣輪機(jī)的較高溫度排氣便被引向鍋爐參與燃燒，讓氣輪機(jī)的排氣熱量被直接回收利用，從而使整體動(dòng)力循環(huán)過(guò)程的熱效率又進(jìn)一步提高。

對(duì)于中間冷卻器所散發(fā)出的熱量，在氣輪機(jī)的排氣量已滿足鍋爐進(jìn)氣量的條件下，可利用這部分熱量加熱流向煙囪的低溫?zé)煔猓驈臒焽枧懦龅臒煔庑柽_(dá)到110度左右才能升向高空。當(dāng)然，也可把中間冷卻器所散發(fā)的熱量用于企業(yè)及附近居民的供熱供暖。

三、綜合優(yōu)點(diǎn)

在中冷等壓吸熱空氣輪機(jī)循環(huán)過(guò)程中，因中間冷卻而使壓氣機(jī)所消耗的壓縮功減少，也因中間冷卻擴(kuò)大了加熱器的熱量吸收能力，并讓加熱器能把鍋爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔鉄崃炕疚M，而氣輪機(jī)的排氣熱量則可完全返回鍋爐被全部回收。這樣，只有中間冷卻器所散發(fā)的小部分熱量無(wú)法再變成動(dòng)力，但這小部分熱量仍可用來(lái)加熱流向煙囪的低溫?zé)煔猓蛘哂糜诠峁┡Ｓ捎谡麄€(gè)循環(huán)過(guò)程的熱量損失很少，在采用中冷等壓吸熱空氣輪機(jī)作動(dòng)力裝置的電廠中，達(dá)到70%的發(fā)電效率是很容易的，在對(duì)中間冷卻器和加熱器作好優(yōu)化設(shè)計(jì)及制造，對(duì)配氣裝置作好隔熱耐熱處理后，讓電廠實(shí)現(xiàn)80%的發(fā)電效率也是可能的。

由于中冷等壓吸熱空氣輪機(jī)循環(huán)過(guò)程中以空氣為工質(zhì)，同時(shí)熱量損失也很少，因此作為電廠動(dòng)力裝置便不用設(shè)冷卻塔，也沒(méi)有水的消耗。這對(duì)減少電廠建設(shè)投資和電廠的廠址選擇都特別有利。