用于燃煤電廠高效節(jié)能動力裝置

一、背景技術

普通電廠采用由鍋爐、汽輪機和冷凝器構成的蒸氣動力系統帶動發(fā)電機產生電力，由于流出汽輪機做功后的乏汽要經冷凝器放出潛熱變成水再返回鍋爐，從而產生了大量的冷凝熱量損失（占總燃料熱量的45%—55%），使蒸汽電廠的發(fā)電效率只有35%—48%，浪費了大量的煤碳資源，也排放了很多的二氧化碳氣體和廢熱。

二、基本構成與原理

作為節(jié)能電廠動力系統的核心動力裝置，中冷等壓吸熱空氣輪機主要由壓氣機、中間冷卻器、活塞式配氣裝置、加熱器、氣輪機和鍋爐等部件構成。為能發(fā)電，還設有被氣輪機帶動的發(fā)電機。中冷等壓吸熱空氣輪機是一種外燃動力裝置，它可燃用煤炭等固體燃料，并以空氣作工質，從而消除了普通蒸汽電廠中的蒸汽冷凝損失。由于這種動力裝置采用了具有很大作功能力的葉輪式機械作為壓氣機和氣輪機，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，從而使整套動力系統特別適合制成燃煤電廠的大功率動力裝置。

在中冷等壓吸熱空氣輪機運行過程中，壓氣機把吸入的空氣壓縮后，經中間冷卻器把產生的壓縮熱散到外界，讓壓縮過程接近等溫狀態(tài)。等溫壓縮使壓縮空氣的壓力和溫度都相應降低，壓力的降低減少了壓氣機的壓縮功消耗，溫度的降低則為將要進行的等壓吸熱過程提供了最大的溫度差。經中間冷卻器冷卻的低溫壓縮空氣在配氣裝置的小副缸轉到吸氣位置時充入小副缸；當小副缸轉到排氣位置時，其內的低溫壓縮空氣沿管路流向加熱器，被外面鍋爐產生的高溫煙氣加熱，形成高溫作功氣體。這部分作功氣體在配氣裝置另一側的大副缸轉到吸氣位置時進入大副缸，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程在等壓狀態(tài)進行。

等壓吸熱使低溫壓縮空氣的溫度并不上升，仍以較低溫度進入加熱器，讓溫度已經降低、快流過加熱器外圍的鍋爐煙氣中最后一小部分熱量還能加熱進入加熱器的低溫壓縮空氣，使鍋爐產生的高溫煙氣中的全部熱量能通過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到排氣位置時沖向氣輪機，直接推動氣輪機對外作功，并帶動壓氣機和配氣裝置聯動運轉，氣輪機所產生的額外動力再帶動發(fā)電機發(fā)出電力，從而完成節(jié)能電廠的動力循環(huán)發(fā)電過程。

在采用鍋爐作為加熱器的外部熱源時，從氣輪機排出的作功后氣體因還具有較高的溫度，這時，氣輪機的較高溫度排氣便被引向鍋爐參與燃燒，讓氣輪機的排氣熱量被直接回收利用，從而使整體動力循環(huán)過程的熱效率又進一步提高。

對于中間冷卻器所散發(fā)出的熱量，在氣輪機的排氣量已滿足鍋爐進氣量的條件下，可利用這部分熱量加熱流向煙囪的低溫煙氣，因從煙囪排出的煙氣需達到110度左右才能升向高空。當然，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

在中冷等壓吸熱空氣輪機循環(huán)過程中，因中間冷卻而使壓氣機所消耗的壓縮功減少，也因中間冷卻擴大了加熱器的熱量吸收能力，并讓加熱器能把鍋爐產生的高溫煙氣熱量基本吸盡，而氣輪機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)的小部分熱量無法再變成動力，但這小部分熱量仍可用來加熱流向煙囪的低溫煙氣，或者用于供熱供暖。由于整個循環(huán)過程的熱量損失很少，在采用中冷等壓吸熱空氣輪機作動力裝置的電廠中，達到70%的發(fā)電效率是很容易的，在對中間冷卻器和加熱器作好優(yōu)化設計及制造，對配氣裝置作好隔熱耐熱處理后，讓電廠實現80%的發(fā)電效率也是可能的。

由于中冷等壓吸熱空氣輪機循環(huán)過程中以空氣為工質，同時熱量損失也很少，因此作為電廠動力裝置便不用設冷卻塔，也沒有水的消耗。這對減少電廠建設投資和電廠的廠址選擇都特別有利。