本发明涉及一种多级热力压水堆循环发电装置及方法。
背景技术：
目前使用水轮发电机、汽轮机发电时，由于设计的不合理，采用水轮发电机、汽轮机发电具有以下缺陷，一是发电效率较低，二是水轮发电机、汽轮机工作后含有热量的介质都直接排放，造成资源的浪费。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够对能源进行循环利用，且提升发电效率的多级热力压水堆循环发电装置及方法。
实现本发明的技术方案如下：
一种多级热力压水堆循环发电装置，包括锅炉、水轮发电机、汽轮机、压气机，以及至少包括第一级热力压水堆、第二级热力压水堆，所述锅炉内设置有换热管，换热管的出口端与第一级热力压水堆的蒸汽进入端形成连通向热力压水堆中输入蒸汽，第一级热力压水堆的蒸汽排出端与第二级热力压水堆的蒸汽进入端之间设置有将第一级热力压水堆中排出的蒸汽热量换给第二级热力压水堆的蒸汽输入端中蒸汽的换热装置，所述第一级热力压水堆的蒸汽排出端、第二级热力压水堆的蒸汽排出端与汽轮机的介质输入端形成连通，从压水堆内排出的蒸汽进入汽轮机中进行做功，汽轮机的介质输出端与压气机的介质输入端形成连通，压气机的介质输出端与锅炉内的换热管进口端形成连通；
所述第一级热力压水堆的液体排出端、第二级热力压水堆的液体排出端排出的液体经过水轮发电机做功后回流到各自的热力压水堆中，以将热力压水堆内做完功的蒸汽压送到汽轮机中。
所述第一、第二级热力压水堆分别包括第一水罐、第二水罐，以及设置于第一水罐、第二水罐内将各自水罐内分隔为气体空间和液体空间的活塞，活塞在水罐内朝向气体空间或液体空间形成压缩运动；每个水罐的气体空间连通有进汽管道、排汽管道，每个水罐的液体空间连通有液体管道；每个水罐的排汽管道与汽轮机的介质输入端形成连通；
所述换热管的出口端与第一级热力压水堆中的第一水罐、第二水罐的气体空间分别形成连通，换热管排出的蒸汽交替进入第一级热力压水堆中第一水罐、第二水罐的气体空间内以驱使相应的活塞朝向对应的液体空间形成压缩运动；
以及向第二级压水堆中第一水罐、第二水罐的气体空间内通入蒸汽的蒸汽管道，蒸汽管道内的蒸汽交替进入第二级压水堆中第一水罐、第二水罐的气体空间内以驱使相应的活塞朝向对应的液体空间形成压缩运动；所述换热装置处于第一级热力压水堆中的水罐排汽管道与第二级热力压水堆中的水罐进汽管道之间进行热交换；
所述第一水罐/第二水罐的液体空间内排出的液体经过水轮发电机做功后回流到第二水罐/第一水罐的液体空间中。
所述蒸汽管道与压气机的介质输出端形成连通。
所述汽轮机与压气机为同轴设置，在汽轮机或/和气压机的动力输出端装设有发电机。
一种多级热力压水堆循环发电方法，包括如下步骤：
S1，锅炉内进行燃烧加热，使锅炉内的换热管中的气体介质形成高温高压气体介质，换热管中排出的高温高压气体介质进入第一级热力压水堆中做功，以驱使第一级热力压水堆中的液体排出并进入水轮发电机中做功进行发电，做完功的液体回到第一级热力压水堆中；
第一级热力压水堆中做完功的高温高压气体介质在回流液体的作用下排出并依次经过汽轮机、压气机进行做功后，回流到锅炉内的换热管中进行升温升压，以实现蒸汽循环；
S2，在第一级热力压水堆中做完功的高温高压气体介质进入汽轮机之前，经过换热装置将其中的热量换给进入第二级热力压水堆中的蒸汽；
S3，进入第二级热力压水堆中的蒸汽升温升压后，进入第二级热力压水堆中进行做功，以使第二级热力压水堆中的液体排出并进入水轮发电机中做功发电，做完功的液体回流到第二级热力压水堆中，以驱使第二级热力压水堆中做完功的蒸汽排出并依次经过汽轮机、压气机进行做功后，回流到锅炉内的换热管中进行升温升压，以实现蒸汽循环；
S4，通过第一级热力压水堆或/和第二级热力压水堆，实现水轮发电机、汽轮机的循环工作，为循环发电提供不间断的动力。
步骤S1中，换热管排出的高温高压气体介质进入第一级热力压水堆的第一水罐气体空间内，驱使第一水罐中活塞向液体空间进行压缩运动，第一水罐液体空间内的液体被活塞压出并进入水轮发电机中进行做功，汽轮机内做功后的液体回流到第一级热力压水堆的第二水罐液体空间中，并驱动第二水罐内活塞向第二水罐的气体空间压缩运动，将第二水罐中气体空间的气体介质压出并依次经过汽轮机、压气机，回流到锅炉内的换热管中进行升温升压；
当换热管排出的高温高压气体介质进入第一级热力压水堆的第二水罐气体空间内，驱使第二水罐中活塞向液体空间进行压缩运动，第二水罐液体空间内的液体被活塞压出并进入水轮发电机中进行做功，汽轮机内做功后的液体回流到第一级热力压水堆的第一水罐液体空间中，并驱动第一水罐内活塞向第一水罐的气体空间压缩运动，将第一水罐中气体空间的气体介质压出并依次经过汽轮机、压气机，回流到锅炉内的换热管中进行升温升压；
如此循环，实现不间断的为汽轮机、水轮发电机提供工作动力。
步骤S3中，第二级热力压水堆的结构与第一级热力压水堆相同；第二级热力压水堆内的蒸汽以及液体空间中的液体流动过程与步骤S1中的相同。
采用了上述技术方案，通过锅炉加热使换热管内的气体加热升温成高温高压的气体，换热管中出来的高温高压气体进入第一级热力压水堆中进行做功，以将第一级热力压水堆中的液体推出并压入水轮发电机中进行做功，使水轮发电机进行发电工作；水轮发电机做功后的液体回流到第一级热力压水堆中进行循环并将做完功的气体压出并依次经过汽轮机、压气机再进入锅炉内的换热管中进行升温升压，如此循环；回流的蒸汽进入汽轮机中做功为汽轮机的发电提供动力，以及高温高压气体压出的液体进入水轮发电机中做功，实现不间断的为水轮发电机及汽轮机提供发电的动力，提升发电装置的发电效率，通过对蒸汽与液体的循环式利用，达到节能的目的。另外，从第一级热力压水堆中排出的气体含有较高的温度，将气体的中热量通过换热装置转换给第二级热力压水堆中，以使进入第二级热力压水堆中的蒸汽进行升温升压，第二级热力压水堆的工作过程与第一级热力压水堆内的工作过程相同，两级热力压水堆共用一组水轮发电机、汽轮机及压气机，通过将第一级热力压水堆的排出的热量进行再利用，实现资源的充分利用，避免资源的浪费。本发电装置及方法在结构上设计合理，能够将水轮发电机、汽轮机进行联合发电，且发电过程中，流动的液体介质处于封闭的环境下，能够避免外界污染且液体介质不会造成损耗且延长设备的使用寿命，保证水轮发电机的发电效率；而锅炉产生的高温高压气体进入第一级热力压水堆做功后，其中含有的热量能够被换给第二级热力压水堆，以对进入第二级热力压水堆内的蒸汽进行升温升压，能够源源不断的为水轮发电机、汽轮机提供工作的动力，而气体能够循环进行利用，为汽轮机提供发电动力达到节能目的，从而保证水轮发电机、汽轮机连续不断的发电工作，实现电能的较高转化效率。
附图说明
图1为本发明的实施例结构示意图；
图中：1为锅炉，2为水轮发电机，3为汽轮机，4为压气机，5为第一级热力压水堆，6为第二级热力压水堆，7为第三级热力压水堆，8为换热管，9为第一水罐，10为第二水罐，11为第三水罐，12为第四水罐，13为第五水罐，14为第六水罐，15为气体空间，16为液体空间，17为活塞，18为汽管道，19为排汽管道，20为液体管道，21为电子阀门，22为进液管，23为回液管，24为进液电子阀，25为回液电子阀，26为换热装置，27为蒸汽管道，28为发电机，29为连通管道，30为气体介质补充管，31为补气罐，32为补气阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例的附图1中示出了包含三级热力压水堆的发电装置，但并不是说只能采用三级热力压水堆进行组合利用，可以根据需要进行选择两级、四级、五级或者更多级。下面结合图1对本发电装置及方法进行说明。
一种多级热力压水堆循环发电装置，包括锅炉1、水轮发电机2、汽轮机3、压气机4，以及包括第一级热力压水堆5、第二级热力压水堆6、第三级热力压水堆7，锅炉内设置有换热管8，换热管为螺旋布置在锅炉内的上部，锅炉内的燃气燃烧直接对换热盘管进行加热升温，以保证加热的效率。
第一级热力压水堆包括第一水罐9、第二水罐10，第二级热力压水堆包括第三水罐11、第四水罐12，第三级热力压水堆包括第五水罐13、第六水罐14，在第一水罐至第六水罐中分别设置有将罐内分成气体空间15、液体空间16的活塞17，活塞在压力的作用下可以朝向气体空间或液体空间方向压缩运动，将气体空间内的气体或液体空间中的液体压出水罐；这里水罐与活塞的结构可以设置与现有的液压油缸或气缸类似，活塞的设置要保证气体空间与液体空间的完全隔绝，避免出现气体空间与液体空间中的介质相互渗透。每个水罐的气体空间连通有进汽管道18、排汽管道19，每个水罐的液体空间连通有液体管道20；每个水罐的排汽管道19与汽轮机3的介质输入端形成连通，以便于水罐内排出的蒸汽能够进入汽轮机中进行做功；且在每个进汽管道、排汽管道、液体管道上均装配有电子阀门21。
由于第二、第三级热力压水堆的结构与第一级热力压水堆相同，唯有不同的是第二、第三级热力压水堆的输入蒸汽不是从换热管的出口端直接排出；下面针对第一级热力压水堆的结构及原理进行详细的描述：
换热管8的出口端分别与第一水罐9、第二水罐10的进汽管道形成连通，这样换热管内的高温高压气体通过电子阀门的控制能够交替进入第一水罐、第二水罐的气体空间中，以驱动第一水罐或第二水罐内的活塞向液体空间形成压缩运动；与第一水罐、第二水罐的液体空间形成连通的液体管道分别连通有进液管22、回液管23，在进液管上安装有进液电子阀24，回液管上安装有回液电子阀25，进液管与水轮发电机的介质输入端连通，回液管与水轮发电机的介质输出端连通；当第一级热力压水堆工作时，换热管内排出的高温高压蒸汽通过第一水罐的进汽管道进入第一水罐的气体空间中(此时，第二水罐进汽管道上的电子阀门处于关闭状态，换热管内的蒸汽无法进入第二水罐的气体空间中)，进入第一水罐气体空间的蒸汽推动罐内的活塞朝向液体空间压缩运动，将液体空间内的液体压出并经过与其连通的液体管道、进液管进入水轮发电机中驱使水轮发电机做功发电，做完功后的液体会从水轮发电机的介质输出端排出，并依次经过与第二水罐液体空间连通的回液管、液体管道进入第二水罐的液体空间中，以驱使第二水罐内的活塞朝向气体空间压缩运动，这样第二水罐内气体空间中的蒸汽在活塞压力作用下，从第二水罐中排出，并经过与第二水罐气体空间连通的排汽管道依次进入汽轮机、压气机中进行做功，最终再回流到锅炉内的换热管中进行升温升压；在进入下次循环过程中，换热管排出的高温高压蒸汽会进入第二水罐的气体空间中(此时，与第一水罐进汽管道上的电子阀门处于关断状态，蒸汽无法进入第一水罐气体空间中)，驱使第二水罐内的活塞朝向液体空间压缩运动，将第二水罐液体空间内的液体压出并经过与液体空间连通的液体管道、进液管进入水轮发电机中驱使水轮发电机做功发电，做完功后的液体会从水轮发电机的介质输出端排出，并依次经过与第一水罐液体空间连通的回液管、液体管道进入第一水罐的液体空间中，以驱使第一水罐内的活塞朝向气体空间压缩运动，这样第一水罐内气体空间中的蒸汽在活塞压力作用下，从第一水罐中排出，并经过与第一水罐气体空间连通的排汽管道依次进入汽轮机、压气机中进行做功，最终再回流到锅炉内的换热管中进行升温升压；综上所述，从换热管内排出的蒸汽呈交替式进入第一水罐、第二水罐的气体空间中对相应的活塞进行推动做功，做完功的蒸汽则会进入汽轮机中驱使汽轮机工作；而两个水罐内的液体在蒸汽的作用下始终在两个水罐之间往复流动，为水轮发电机的提供动力，这样实现换热管内排出的蒸汽以及液体空间内液体的整个工作流程，如此往复的流动便能够实现不间断的为汽轮机、水轮发电机提供源源不断的发电动力。
由于第一水罐、第二水罐的气体空间中排出的蒸汽仍含有较高的热量，在蒸汽进入汽轮机做功前通过换热装置26将蒸汽中的热量换给第二级热力压水堆的蒸汽输入端中的蒸汽。同样，从第二级热力压水堆排出的蒸汽进入汽轮机做功前，也通过换热装置将蒸汽中的热量换给第三级热力压水堆的蒸汽输入端中的蒸汽，以提升输入第三级热力压水堆中蒸汽的压力与稳定。在具体实施中，为了实现热能的节能且循环利用，向第二、三级热力压水堆中输入蒸汽的蒸汽管道27可以连通在压气机的介质输出端，这样经过压气机压缩成的高压气体，一部分回到换热管中，另一部分进入经过两个换热装置分别进入第三水罐、第四水罐、第五水罐、第六水罐的气体空间中，其中，进入第三水罐、第四水罐时为交替式进入，进入第五水罐、第六水罐时为交替式进入；由于第二、三级热力压水堆与第一级热力压水堆工作原理相同，在此就不多赘述。其中，换热装置可以采用板式或管壳式等非介质直接接触式的换热器来实现。
实施中，汽轮机与压气机为同轴设置，在汽轮机或/和气压机的动力输出端装设有发电机28，以提升发电效率。在汽轮机与压力机之间的连通管道29上连通有气体介质补充管30，该气体介质补充管连通补气罐31，在气体介质补充管上安装有控制补气罐中气体工质通过介质补充管进入管道中的补气阀32，在汽轮机与压力机之间的连通管道中可以设置有对其中气体工质进行压力检测的检测器，当检测器检测到的气体工质压力低于设定压力值时，便会通过控制器自动开启补气阀，以及时通过补气罐向管道中进行气体工质的补充，以保管道系统中的气体介质的压力。本发电装置中的所有阀均采用电子控制方式来实现开启或关断，提升发电装置的自动化程度。
一种多级热力压水堆循环发电方法，包括如下步骤：
S1，锅炉内进行燃烧加热，使锅炉内的换热管中的气体介质形成高温高压气体介质，换热管中排出的高温高压气体介质进入第一级热力压水堆中做功，以驱使第一级热力压水堆中的液体排出并进入水轮发电机中做功进行发电，做完功的液体回到第一级热力压水堆中；
第一级热力压水堆中做完功的高温高压气体介质在回流液体的作用下排出并依次经过汽轮机、压气机进行做功后，回流到锅炉内的换热管中进行升温升压，以实现蒸汽循环；
S2，在第一级热力压水堆中做完功的高温高压气体介质进入汽轮机之前，经过换热装置将其中的热量换给进入第二级热力压水堆中的蒸汽；
S3，进入第二级热力压水堆中的蒸汽升温升压后，进入第二级热力压水堆中进行做功，以使第二级热力压水堆中的液体排出并进入水轮发电机中做功发电，做完功的液体回流到第二级热力压水堆中，以驱使第二级热力压水堆中做完功的蒸汽排出并依次经过汽轮机、压气机进行做功后，回流到锅炉内的换热管中进行升温升压，以实现蒸汽循环；
同样，在第二级热力压水堆中做完功的气体介质进入汽轮机之前，经过换热装置将其中的热量换给进入第三级热力压水堆中的蒸汽；进入第三级热力压水堆中的蒸汽升温升压后，进入第三级热力压水堆中进行做功，以使第三级热力压水堆中的液体排出并进入水轮发电机中做功发电，做完功的液体回流到第三级热力压水堆中，以驱使第三级热力压水堆中做完功的蒸汽排出并依次经过汽轮机、压气机进行做功后，回流到锅炉内的换热管中进行升温升压，以实现蒸汽循环；
其中，进入第二级热力压水堆、第三级热力压水堆的蒸汽来自于从压气机的介质排出端回流的低温蒸汽；当然这里也可以采用其他产生蒸汽的设备对第二、三级热力压水堆的进入蒸汽进行提供。
S4，通过第一级热力压水堆或/和第二级热力压水堆或/和第三级热力压水堆的相互配合，不仅实现为水轮发电机、汽轮机的循环发电工作，提供不间断的动力，还能提升电能较高的转化效率。
步骤S1中，换热管排出的高温高压气体介质进入第一级热力压水堆的第一水罐气体空间内，驱使第一水罐中活塞向液体空间进行压缩运动，第一水罐液体空间内的液体被活塞压出并进入水轮发电机中进行做功，汽轮机内做功后的液体回流到第一级热力压水堆的第二水罐液体空间中，并驱动第二水罐内活塞向第二水罐的气体空间压缩运动，将第二水罐中气体空间的气体介质压出并依次经过汽轮机、压气机，回流到锅炉内的换热管中进行升温升压；
当换热管排出的高温高压气体介质进入第一级热力压水堆的第二水罐气体空间内，驱使第二水罐中活塞向液体空间进行压缩运动，第二水罐液体空间内的液体被活塞压出并进入水轮发电机中进行做功，汽轮机内做功后的液体回流到第一级热力压水堆的第一水罐液体空间中，并驱动第一水罐内活塞向第一水罐的气体空间压缩运动，将第一水罐中气体空间的气体介质压出并依次经过汽轮机、压气机，回流到锅炉内的换热管中进行升温升压；
如此循环，实现不间断的为汽轮机、水轮发电机提供工作动力。
步骤S3中，第二级热力压水堆、第三级热力压水堆的结构与第一级热力压水堆相同；第二级热力压水堆内的蒸汽以及液体空间中的液体流动过程与步骤S1中的相同。仅是进入第一级热力压水堆与第二级热力压水堆、第三级热力压水堆中的蒸汽来源不同。