[实用新型]一种卡诺-开放式布雷顿混合循环发电设备

说明书

技术领域

本发明属于电力设备领域，特别涉及一种卡诺-开放式布雷顿混合循环发电设备。 

背景技术

卡诺循环(Carnot cycle)是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的，以分析热机的工作过程。卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程所构成的气体循环，其特点是气体工质的动力循环在热力循环中不存在相变，包括四个步骤：气体等温膨胀，气体绝热膨胀，气体等温压缩，气体绝热压缩。根据热力学第二定律，在相同的高、低温热源温度T1与T2之间工作的一切循环中,以卡诺循环的热效率为最高，称为卡诺定理。尽管卡诺循环的热效率高，但完全按照卡诺循环工作的热机在现实中是难以实现的，因为热机的膨胀做功的高压气体要求在等温加热的条件下才能实现，而实际上热机的膨胀做功是高压气体在很短的时间内迅速完成的，是绝热膨胀过程，很难在很短的时间内通过外部加热来实现等温膨胀过程；而低压气体等温放热压缩，必须使压缩气体的热量随时与外界交换，气体温度与外界相等，这在实际工作中是不可能实现的，气体的压缩过程，也是在较短的时间内完成的，也很难通过外部冷凝来实现气体等温压缩过程。 

布雷顿(George Brayton(1830–1892))，美国工程师，1872年提出，发动机工作时，不断从外界吸入空气，加压后的空气，经过加热做功等一系列热力过程，最后高温排出，排出的高温气体在外界逐步散失能量最终达到与外界大气平衡，构成一个开放式的循环过程。他的热力学循环理论(后称为布雷顿循环)的热效率被作为计算燃气轮机性能的方法。燃气轮机自大气吸入空气，在压缩机中压缩，压缩后的气体进入燃气轮机燃烧室，在此加入燃料燃烧加热。加热后的高温燃气进入燃气透平(以下简称透平)膨胀作功。膨胀后的燃气排向大气。透平排气温度还相当高(约400～550℃)，而压气机吸入的空气是大气温度，相当于在大气中进行了冷却。上述四个过程都是连续地进行的。透平膨胀功扣去压气机消耗的压缩功之后的净功，作为燃气轮机的输出功。布雷顿循环的特点是气体工质的等压动力循环，由四个热力过程组成，通过气体在热力设备中不断进行高压气体的等压加热膨胀、高压气体的绝热膨胀、低压气体的等压放热压缩和低压气体的绝热压缩4个过程，使热能不断转化为机械能，再由发电机将机械能转化为电能。 布雷顿循环分为开式循环及闭式循环两种：循环工质来自大气最后又排至大气的是开式循环；循环工质被封闭循环使用的是闭式循环。开放式布雷顿循环，吸入空气的初温和压缩机的压缩比，是影响热效率的两个主要因素。降低压缩气体的初温，并相应提高压缩比，可使布雷顿循环效率显著提高。开放式布雷顿循环有很多优点，体积小，做功发电量大，易实现各种规模发电，且其使用的工质为空气，具有廉价、无毒、无腐蚀等优点，因此广泛应用于各种规模的燃气轮机发电及飞机的引擎；然而，布雷顿循环最大的缺点是发电效率较低，例如，一般的燃气轮机的效率只有25-30％，跟内燃机相比稍高,大部分热能由尾气排出，其出口尾气的温度高达450-500℃。 

为了提高布雷顿循环燃气轮机的发电效率，工业上常用的方法是把燃气轮机做完工的高温尾气接到朗肯循环的蒸汽机上再发电，从而可使热效率增加20％左右，使整体效率达到50％左右,变成了“燃气轮机联合循环”。然而，燃气轮机联合循环尽管在一定程度上提高了效率，其代价是高昂的。由于多使用了一套朗肯循环发电系统，一方面大大增加了成本，另一方面使本来体积小的涡轮发动机加上汽轮机后体积过大，难以用于中小规模的发电。因此，难以推广应用，导致大部分燃气轮机均为较低效率的单一循环的布雷顿循环发电装置。 

卡诺循环及布雷顿循环都有各自的热力学优势，因此如何发挥其优势，克服缺点，探索新的循环方法及理论，找到提高布雷顿循环热效率的新途径，提高燃气轮机的发电效率，并简化设备，无疑具有十分重要的意义。 

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种发电效率高的卡诺-开放式布雷顿混合循环发电设备，利用卡诺循环热效率高的优点，对开放式布雷顿循环加以改进，从而实现大幅度提高布雷顿热力循环发电热效率的目的。 

技术方案：本发明提供的一种卡诺-开放式布雷顿混合循环发电设备，包括依次串联的一组压缩机、换热器、热功动力转换机械；所述一组压缩机两两之间设有冷却器。 

作为改进，所述压缩机的数量为两个以上。 

作为另一种改进，所述一组压缩机为涡旋式压缩机、螺杆式压缩机、离心式压缩机、活塞式压缩机、滑片压缩机或轴流式压缩机。 

作为另一种改进，还包括发电机，所述发电机与热功动力转换机械连接。