CN101936274A

CN101936274A - 太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统

Info

Publication number: CN101936274A
Application number: CN 201010248172
Authority: CN
Inventors: 黄德中
Original assignee: University of Shaoxing
Current assignee: University of Shaoxing
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2011-01-05

Abstract

本发明公开一种太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，采用氨作为制冷剂工质，在高温换热器内二次吸收太阳能热量从液态变成高温高压气体，推动低温工质燃气轮机旋转作功，燃气轮机拖动发电机发电；以冷却水为低温源，低温工质在燃气轮机内膨胀作功后的气体由冷凝器冷凝成气液混合体，由轴流式二级压气机压缩成液体送回到换热器，采用回热再热中冷循环，完成一个工作。本发明具有能替代石油、煤，不污染环境，无碳的特点。

Description

太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，用在太阳能发电的场合。

背景技术

目前，石油、煤炭储藏量有限，价格上涨，以石油煤炭为燃料燃烧产生的CO₂、SO₂对环境产生很大的危害，危极人类的生存。利用太阳能发电，没有废气排放。燃气轮机功率大，体积小，可靠性好，发电效率高，极具发展潜力和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供了太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，针对上述所要解决的技术问题，本发明的主要目的是提供一种结构设计合理、适用范围广、无碳的一种太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，具有替代石油、煤，不污染环境，无碳的优点。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，采用氨作为制冷剂工质，在高温换热器内二次吸收太阳能热量从液态变成高温高压气体，推动低温工质燃气轮机旋转作功，燃气轮机拖动发电机发电；以冷却水为低温源，低温工质在燃气轮机内膨胀作功后的气体由冷凝器冷凝成气液混合体，由轴流式二级压气机压缩成液体送回到换热器，采用回热再热中冷循环，完成一个工作。

所述的冷凝器采用中冷冷凝器和低温冷凝器。

所述的燃气轮机发电机组采用二级压缩机系统和二级涡轮机膨胀作功驱动发电机发电。

所述的回热再热中冷循环中，再热是指一级涡轮机膨胀作功后气体再由二级太阳能聚集器加热，回热是指二级涡轮机膨胀作功后气体与二级压缩机出来的气体进行热交换，中冷是指一级压缩机出来的气体由冷却水冷却后进入二级压缩机。

本发明的有益效果为：太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统没有碳排放。是一种无碳发电技术。其工质采用氨、也可以是其它新型制冷剂工质，不破坏臭氧层。其燃气轮机是一种低温汽轮机，有很好的防腐和密封性能；与现有技术相比具有以下优点：1、不用煤、石油燃料，没有锅炉；2、无环境污染；3、可以采用太阳能热能驱动。

附图说明

图1为本发明实施例太阳能热力发电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例太阳能热力发电系统工质相变太阳能燃气轮机循环模型。

具体实施方式

实施例1

所述的冷凝器采用中冷冷凝器和低温冷凝器。

如图1所示，本实施例的太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，由太阳能聚集器A1、A2，高温换热器R2、R2，中冷器R4，低温换热器R5，回热器R3，低温工质燃气轮机T1、T2，发电机D，轴流式压气机C1、C2，冷却塔C，相应管路系统等组成。换热器内存储制冷剂，工作过程如下；氨等制冷剂工质在高温换热A1内吸收太阳能热量从液态变成高温高压气体，推动低温工质一级燃气轮机T1旋转作功，作功后气体到二级太阳能聚集器A2再次加热，推动低温工质二级燃气轮机T2旋转作功，两级燃气轮机带动发电机发电，低温工质在燃气轮机内膨胀作功后的气体到回热器R3冷凝成气液混合体，将余热传给经二级压缩机C2的气体，回气由低温换热器R5冷却回到一级压气机C1，从一级压缩机C1出来的气体再次由中冷器R4冷却到二级压气机C2，由轴流式压气机C2压缩成液体送回到，回热器R3，送到高温换热A1内完成一个工作。中冷器R4和低温换热器R5的冷却水由冷却塔循环。如图2所示，工作于恒温热源Tmax和Tmin间的不可逆闭式中冷回热再热燃气轮机循环，即不可逆恒温源布雷顿循环1--2--3--4--5--6--7--8--9-10--1。1-2为气在低压压气机中的不可逆绝热压缩过程(压比为π₁，也称中冷压比)；2-3为气体在中冷器中的冷却过程；3--4为气体在高压压气机中的不可逆绝热压缩过程(压比为π₁，π为总压比)；4--5为气体在回热器中的预热过程；5--6为工质从一级太阳能聚集器吸热过程；6-7为工质在一级涡轮中的不可逆绝热膨胀过程；7-8为工质从二级太阳能聚集器吸热过程，8-9为工质在二级涡轮中的不可逆绝热膨胀过程；9-10为排气在回热器中的放热过程；10-1为排气向低温热源的放热过程。1--2s、3-4s和6-7s为1-2、3-4和6-7相应的可逆绝热压缩和膨胀过程。压气机内损失用内效率η_c(设高压压气机和低压压气机的效率相同)，涡轮机的内损失用内效率η_T来表示，即有：

η_{c} = \frac{T_{2 s} - T_{1}}{T_{2} - T_{1}} = \frac{T_{4 s} - T_{3}}{T_{4} - T_{3}}

η_{T} = \frac{T_{6} - T_{7}}{T_{6} - T_{7 S}} = \frac{T_{8} - T_{9}}{T_{84} - T_{9 S}} - - - (1)

设工质为定比热的理想气体，其热容率为C_wf；工质与高低温热源间的换热器、回热器和中冷器均为逆流式，其热导率(传热系数与传热面积之积)分别为U_H、U_L、U_R和U₁。由工质性质、热源与工质间的传热和换热器理论可知吸、放热率、回热热流率和中冷换热热流率分别为：

Q_H1＝C_wf(T₆-T₅)＝U_H1(T₅-T₆)/ln[T_max-T₆)/(T_ma-T₅)] (2)

Q_H2＝C_wf(T₈-T₇)＝U_H2(T₇-T₈)/ln[T_max-T₈)/(T_ma-T₇)] (3)

Q_L＝C_wf(T₁₀-T₁)＝U_L1(T₁₀-T_min)/ln[T₁₀-T_min)/(T₁-T_min)] (4)

Q_R＝C_wf(T₉-T₁₀)＝C_wf(T₅-T₄) (5)

Q₁＝C_wf(T₂-T₃)＝U₁(T₂-T₃)/ln[T₂-T₁)/(T₃-T₁)] (6)

循环输出功率和效率为：

P＝Q_H1+Q_H2-Q_L-Q_I，

η＝P/QH (7)

本发明通过利用氨等制冷剂工质，从高温热源吸收热量时从液态变成气态，体积膨胀作功；向低温热源放热时，体积收缩，从气态变回液态，推动汽轮机做功。具有替代石油、煤，不污染环境，无碳的优点。

Claims

1.一种太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，其特征在于：采用氨作为制冷剂工质，在高温换热器内二次吸收太阳能热量从液态变成高温高压气体，推动低温工质燃气轮机旋转作功，燃气轮机拖动发电机发电；以冷却水为低温源，低温工质在燃气轮机内膨胀作功后的气体由冷凝器冷凝成气液混合体，由轴流式二级压气机压缩成液体送回到换热器，采用回热再热中冷循环，完成一个工作。

2.如权利要求1所述的太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，其特征在于：所述的冷凝器采用中冷冷凝器和低温冷凝器。

3.如权利要求1所述的太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，其特征在于：所述的燃气轮机发电机组采用二级压缩机系统和二级涡轮机膨胀作功驱动发电机发电。

4.如权利要求1所述的太阳能回热再热中冷燃气轮机循环的热力发电系统，其特征在于：所述的回热再热中冷循环中，再热是指一级涡轮机膨胀作功后气体再由二级太阳能聚集器加热，回热是指二级涡轮机膨胀作功后气体与二级压缩机出来的气体进行热交换，中冷是指一级压缩机出来的气体由冷却水冷却后进入二级压缩机。