[发明专利]中间再热双工质混合循环动力装置

说明书

本发明涉及一种动力装置，特别是一种以中间再热双工质混合循环工作的动力装置。

双工质混合循环的特点有两种工质混合在一起作功的工作过程，今主要是蒸汽燃气混合循环，又名蒸汽燃气轮机，它比燃气轮机效率高，比蒸汽燃气联合循环投资费用少。

现有技术的双工质混合循环主要是把从锅炉或其他型式的蒸汽发生器出来的蒸汽，直接与燃气轮机混合在一起作功，膨胀到接近大气压力，这样的循环可称之为简单双工质混合循环。这种想法提出已百余年，上世纪末俄国库斯明斯基已作过试验。五十年代以来，随着燃气轮机的应用推广，苏、美、日、中及本人都在研究。1976-1981，美国Cheng    Dahyu获得四个有关此技术的专利，专利号是3，978，661;4，128，994;4，128，996;4，265，713;并进行了试验。1984年7月份《Journal    of    Engineering    For    Gas    Turbine    and    Power》有专文报导。

现有的简单混合循环包括Cheng专利不足之处，是蒸汽的膨胀与受燃气轮机膨胀比的限制，目前燃气轮机的技术水平还不能将空气压缩到蒸汽所能达到的那样高的压力，蒸汽可获大焓降的潜力未能充分发挥。

本发明的目的就是提供一种能使蒸汽获得较大焓降，以一种不同于现有技术的循环-中间再热双工质混合循环工作的动力装置，这种装置比现有技术有更高的效率。

与相关文献US    PATENT4，128，994公开内容相比较，本发明和现有技术的共同点是都有双工质混合在一起作功的过程，不同于现有技术的特征是：

1.以中间再热循环工作。

首先，温度较低而压力较高的一种工质（如蒸汽），在两种工质混合之前，全部先单独膨胀作功，然后两种工质混合，蒸汽通过与高温燃气混合中间再热;这样可用较高的蒸汽压力并利用高压一段的焓降，功率可输出也可用来压缩空气，增加燃气轮机的压比。能量转换可通过背压式汽轮机，旋转或往复式蒸汽机或压力交换器（如气波机）来完成，有不同的方案。

还有，为了提高混合工质的余热锅炉进口的温度，满足一定蒸发量的需要，可对经过混合的工质进行中间再热;蒸汽以二次中间再热，燃气以一次中间再热循环工作。

2.通过降低气体涡轮出口背压来提高焓降，办法是在混合工质排气出口，用冷凝器对排气中的蒸汽成分冷凝，这样水可回收，对余下经过冷却的燃气用真空泵抽出，虽然真空泵要消耗功率，但一则蒸汽冷凝之后工质流量减少了，二则燃气已冷却到100℃以下，远低于涡轮中工质的温度，由于涡轮背压降低而增加的功率，远超过真空泵消耗的功率，装置的效率得到进一步提高。

本循环与现有简单的双工质混合循环比较，有下优点：

1.蒸汽焓降得到较充分利用。可用较高压力的蒸汽，在燃气轮机涡轮前温度压力相同时，热效 率比现有双工质循环显著提高，比简单燃气轮机提高更多。今对三种不同型号的燃气轮机，用于不同循环的动力装置，算出经过优化的工况点最佳效率见表1。（蒸汽燃气混合工质的热力计算是用经过研究发展的较精确方法）。

三种不同型号的燃气轮机用不同循环工作优化工况点效率对比

从表1看到，对效率较低的老式燃气轮机，用本发明的装置效率提高更多。这样，过时的老式机组仍能有效利用，可获很大的经济效益。

2.用本发明装置发出的功率也相应增加。

3.用有冷凝抽气的中间再热混合循环，水能回收，可节约用水。

本发明与一般蒸汽燃气联合循环动力装置比较，具有下列优点：

1.蒸汽通过与燃气混合可获得过热器难以达到的高温，且无须中间再热器而获得中间再热的效果。燃气与蒸汽混合后，工质的比热与焓降都增加;同时燃气轮机的部件效率也较蒸汽轮机高，有冷凝抽气的中间再热混合循环动力装置，效率已超过联合循环动力装置。

2.所用的背压式汽轮机比联合循环所用的凝汽式汽轮机级数少，造价也低得多。

3.虽然也用冷凝器，但用的是接触式冷凝器，造价比列管热面式低得多，且能节约大量有色金属。

4.燃烧室渗混蒸汽，可减少污染物的形成。

本发明目前可用于烧气体或液体燃料的场合：在我国可用于油田，天然气田，用石油的船舶，机车等交通运输，与及有气体燃料的化工，冶金工业，今后随着水煤浆燃烧，煤气化，沸腾炉，陶瓷燃气轮机及陶瓷耐磨涂层的研究发展，本发明便可以煤作燃料，将有更广泛的发展前途。

今结合附图，对本发明的结构与原理进一步详细说明。