提高发电效率的装置的制作方法

本实用新型涉及到的是发电技术领域，具体涉及到一种提高发电效率尤其是提高火力或风电发电效率的装置。

背景技术：

参见图2所示，现有技术火力发电的介质为蒸汽，热能通过汽轮机转化为机械能，此机械能提供发电所需的扭矩。

蒸汽的膨胀做功吸收热量，促使蒸汽向水凝聚，所以要提高发电效率就要提高压力与温度（目的是提高温度，避免汽生成水，而生成的水却是系统致命，因为汽轮机一般转速很高，叶轮直径较大，出现的微小的小水珠都是致命的，温度提高了意味着压力相应提高），此就是超临界发电技术或超超临界发电技术的兴起。在374.15摄氏度、22.115兆帕压力下，水蒸气的密度会增大到与液态水一样，这个条件叫做水的临界参数。比这还高的参数叫做超临界参数。温度和气压升高到600摄氏度、25~28兆帕这样的区间，就进入了超超临界的"境界"。超超临界机组蒸汽参数（温度和压力）愈高，热效率也随之提高。热力循环分析表明，在超超临界机组参数范围的条件下，主蒸汽压力提高1MPa，机组的热耗率就可下降0.13%~0.15%;主蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.25~0.30%;再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.15%~0.20%。在一定的范围内，如果采用二次再热，则其热耗率可较采用一次再热的机组下降1.4%~1.6%。

根据专利《基于固体燃料热解和半焦燃烧的分级混合发电系统》（申请号：CN201120180206.9 申请人：中国科学院过程工程研究所）提供的数据：亚临界发电机组的典型参数16.7MPa/538℃/538℃，对应发电效率约38%；超临界发电机组，典型参数24.1MPa/538℃/538℃，对应发电效率约41%；超超临界发电机组的主蒸汽压力25~31MPa，温度580~610℃，发电效率约在45%左右。超临界机组的热效率比亚临界机组的高2%~3%左右，而超超临界机组的热效率比超临界机组的高4%左右。由此可得出两个结论：

第一个结论：增加蒸汽热容能量是提高有效作用能量、提高发电效率的有效途径。增加蒸汽热容能量可以通过提高蒸汽温度或增大蒸汽质量实现，也可以通过提高蒸汽温度间以增大蒸汽质量实现。

第二个结论：效率增长缓慢，且效率底数较低，系统存在重大缺陷。根据能量守恒定律及公式W=Q*P，W为功率，Q为流量，P为压力，转换的常温液压能采用液压马达变成扭矩与转换前高温高压蒸汽采用汽轮机变成扭矩，都是纯理想化，那么同样压力同样流量，可视作同样功。但实际上是不可能的，这里提出来这是定量分析，进行对比。以此说明传统火力发电仅仅是这部分蒸汽用来做功，而本申请方法却回收再利用是额外的多出来的。

但汽轮机这种形式决定了进出汽轮机组的蒸汽质量不会发生变化，变化的只是蒸汽的温度，利用的是蒸汽热容能量。从汽轮机内排出蒸汽，该蒸汽一般称为废气（汽），它要形成大量的低价值的热水，因为要使汽轮机背压愈小，做功越大，汽轮机末段蒸汽尽可能冷凝成水，这就是产生冷凝水和与之相冷却而成的热循环水。该冷凝水一般称为废水，该冷凝水是要进入锅炉回收利用的，而废气（汽）也是要尽可能冷凝/以使真空机组功率减少，汽轮机背压小，而且以免造成热污染，这就出现大量的热水。废水和废气两者含有大量热能，该热能也被称为潜热（这个热量主要是潜热所致，当然也有热容能量，主要看汽轮机末段的蒸汽温度，此也是衡量传统火力发电效率的重要信息），是系统外耗能的主要方面，显然，就发电而言，潜热始终沒有被利用，系统外耗能较多，能量转换效率低下。不管超超临界发电技术如何发展，始终利用的只是部分能量，这就是现有技术火力发电效率未能得到根本性提高的强相关原因。

显然，若潜热可以回收利用，则使提高火力发电效率潜力巨大。

蒸汽温度的提高使P91、S304H、P122、HR3C等许多高温合金钢被大量使用，增加制造成本，并且温度升高压力必然升高危险性升高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种能够提高发电效率的装置。

本实用新型所述的提高发电效率的装置，包括产生或储存高压流体的动力源、隔热保温的耐压容器、液压马达、气水输送装置、工作介质和发电机；隔热层移动设置在耐压容器内、将耐压容器物理隔离为上下两个腔；上腔为高压流体腔，下腔为工作介质腔，工作介质腔内充满工作介质；耐压容器的上腔通过开关与动力源的高压流体出口相通、下腔通过开关与液压马达的工作介质入口相通；

液压马达的动力输出端与发电机的输入轴相连，驱动发电机发电；

用于将高压流体腔内生成的携带潜热的废气和/或废水送入动力源的气水输送装置的输入端、输出端分别与高压流体腔、动力源相通，液压马达的工作介质排出口与工作介质腔相通。

本实用新型的有益效果是：上述提高发电效率的装置的工作时，在耐压容器内，由动力源输送来的高压流体进入高压流体腔，通过隔热层对工作介质腔内的工作介质加压，高压流体的压力能转变成常温高压工作介质的压力能；携带压力能的工作介质驱动液压马达，液压马达驱动发电机发电；高压流体腔内生成的携带潜热的废气和/或废水由气水输送装置回收送入动力源再利用，从液压马达排出的压力能减少的工作介质回收至工作介质腔。

如果动力源为锅炉，所述的高压流体即是高温高压蒸汽，则本实用新型就是提高火力发电效率的方法。当然，动力源也可以是一个用于储存高压气体的储汽包。高压流体可以是气、汽、水或特定液体如液压油，或者它们的混合物，只要能形成流体压能就能发电。

为了说明的方便，下面以动力源为锅炉，高压流体为高温高压蒸汽为例进行说明。

火力发电机组可视作一个系统，从系统出来的介质尽可能满足常温、常态，根据能量守恒定律，系统外耗能最少，则能量转换效率最高。

高温高压蒸汽转变成高压常温的工作介质，即，在耐压容器内，在由作为动力源的锅炉输送来的高温高压蒸汽作用下，高温高压蒸汽的热能可以转变成高压常温工作介质的压力能，也就是常温液态压力能。水蒸汽在374.15摄氏度，22.115MPa条件下，密度会增大到与液态水一样，依据压力传递原则，高温高压蒸汽可以等体积等压力替换常温工作介质。

携带压力能的工作介质通过液压马达转变成发电所需的扭矩驱动发电机发电。液压马达的压力与流量这两个参数根据需要调节。

蒸汽腔（即高压流体腔）内生成的携带潜热的废气和废水由气水输送装置回收至动力源再利用，从液压马达排出的压力能减少的工作介质回收至耐压容器。

这样，在一个耐压容器中加入的高温高压蒸汽完成一个工作循环。

重复上述过程步骤（循环过程），保证发电的连续性和持续性。

蒸汽腔内生成的携带潜热的废气和废水由气水输送装置回收至动力源再利用、从液压马达排出的压力能减少的工作介质回收至耐压容器，事实上是废气、废水和工作介质仅在系统内循环，可有效提高火力发电的发电效率。

作为对本实用新型的改进，工作介质为水，或液压油。

这种改进，以水或液压油作为工作介质，合理利用水或液压油的物理性质、化学性质，即不可压缩性与化学稳定性。用液压油目的是为了提高工作介质的使用温度与金属的防腐蚀，因为水的气蚀与生锈很麻烦，最好所述液压油具有的沸点高与合适的稠度。

作为对本实用新型的另一种改进，耐压容器至少有两个；每个耐压容器的高压流体腔通过开关与一动力源的高压流体出口相通；每个耐压容器的高压流体腔通过开关与一气水输送装置的输入端相通，该气水输出装置的输出端与动力源相通；液压马达的工作介质入口通过开关与一个耐压容器的工作介质腔相通，液压马达的工作介质排出口通过开关与另一个耐压容器的工作介质腔相通。当然，若从液压马达出来的工作介质因为温度的关系，若温度过高需要降温，可以通过一个工作介质冷却釜来调节控制温度后，再送入另一个耐压容器的工作介质腔。

这种改进，保证耐压容器可承受高压流体作用的前提下，尽量避免能量损失；隔热层将耐压容器物理隔离为上下两个腔，仅利用高压流体如高温高压蒸汽的压力转换成常温液压能，避免高压流体与工作介质发生热交换；更为重要的是，耐压容器有至少两个，可以保障其中一个耐压容器在做功发电时，另一个耐压容器的工作介质腔用于回收做功后压力能减少的工作介质，保证两个耐压容器交替工作，实现系统运转的连续性和持续性。

作为对本实用新型的进一步改进，气水输送装置的输入端通过开关与蒸汽腔相通。气水输送装置可以是气压放大器。

工作介质驱动液压马达，便于流体的压力能转换成驱动发动机所需的扭矩。

附图说明

图1是本实用新型原理示意图；

图2是现有技术发电系统示意框图；

图3是本实用新型发电系统示意框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明：

实施例1：提高发电效率的装置(以锅炉作为动力源)

参见图1、图3所示，隔热保温的耐压容器有至少两个，具体实施时，耐压容器有多个。耐压容器2的内胆203与外壳201间敷衬隔热保温材料202。内胆203内移动设置有隔热层4，隔热层4将耐压容器2分割为上下两个腔，上腔为蒸汽腔204，下腔为工作介质腔205，工作介质腔205内充满工作介质3。蒸汽腔204和工作介质腔205不相通，即隔热层4将耐压容器2物理隔离为蒸汽腔204和工作介质腔205上下两个腔。

每个耐压容器的蒸汽腔204皆通过开关5与锅炉1相通，工作介质腔205皆通过开关8与一个顶部具有排气口121的排气罐12的输入口相通，排气罐12的底部出口与液压马达9的工作介质入口相通。

每个耐压容器的蒸汽腔通过两级气水输送装置与锅炉的汽水系统相通，气水输送装置为气压放大器，两个蒸汽腔分别通过开关、第一级气压放大器61、过渡罐13、第二级气压放大器62与锅炉1的汽水系统相通。蒸汽腔内生成的携带潜热的废气和/或废水由第一级气压放大器61增压后送入过渡罐，再经第二级气压放大器62增压后回收送入锅炉再利用。当然，也可只使用一级气水输送装置（也就是说，蒸汽腔分别通过开关、第一级气压放大器61直接与锅炉1的汽水系统相通）或者更多级的气水输送装置。

液压马达的工作介质排出口通过开关11与耐压容器的工作介质腔205相通，液压马达的动力输出端驱动发电机10转子转动切割磁力线发电。

现有技术的锅炉至少包括汽水系统（锅）、燃烧系统（炉）和辅助系统组成，汽水系统（图中未示出）主要任务就是有效的吸收燃料燃烧释放出的热量，将进入锅炉的给水加热以使之形成具有一定温度和压力的过热蒸汽。锅炉的燃烧系统由炉膛、烟道、燃烧器、空气预热器等组成，其主要任务就是使燃料在炉内能够良好燃烧，放出热量。

工作介质3为水或液压油等物理性质和化学性质稳定的液体，本案中，选用水作为工作介质3。

下面以使用两个耐压容器100、200的系统为例对于本实用新型进行详细说明。

一个工作循环，耐压容器100作为做功装置，耐压容器200作为压力能减少的工作介质回收装置使用，为便于表述，不同耐压容器上的同一个装置、零构件采用不同的编号。

火力发电机组可视作一个系统，从系统出来的工作介质尽可能满足常温、常态，根据能量守恒定律，系统外耗能最少，则能量转换效率最高。

与耐压容器100相连的锅炉1输送来的高温高压蒸汽热能转变成高压常温的工作介质3的压力能，即，对于耐压容器100，开启开关5、开关8，关闭开关11、开关7；对于耐压容器200，关闭开关51、开关81，开启开关111、开关71；与耐压容器100相连的锅炉1输送来的高温高压蒸汽充盈蒸汽腔204，在高温高压蒸汽作用下，高温高压蒸汽的热能可以转变成高压常温工作介质3的压力能，也就是常温液态压力能。水蒸汽在374.15摄氏度，22.115MPa条件下，密度会增大到与液态水一样，依据压力传递原则，高温高压蒸汽可以等体积等压力替换常温工作介质3，即含有较大压力能的工作介质3做功时，进入蒸汽腔204内一定体积的高温高压蒸汽，则工作介质腔205可以排出与高温高压蒸汽等体积等压力的常温工作介质3用于驱动液压马达。

事实上，工作介质3被加压，压力能增大，温度会上升但远远低于高温高压蒸汽的温度，故此时的工作介质温度可以视为常温。

携带压力能的工作介质3送入排气罐12后排出气体（如果工作介质中气体含量比较低，可以省去排气罐12），高压工作介质3再通过液压马达9转变成发电所需的扭矩驱动发电机10的转子转动切割磁力线发电，此时，耐压容器100中的隔热层4下移，工作介质腔205的容积减小，工作介质3排出。至工作介质腔205的容积最小、蒸汽腔204最大时，完成一个工作循环。

该工作循环结束时，耐压容器100的蒸汽腔204充盈有含有较大潜热的废气（汽）、废水，以待下一个工作循环进行回收。

液压马达9的压力与流量这两个参数根据需要调节，功率要求由流量选择。

由工作介质腔205排出的含有较高压力能的工作介质3驱动液压马达做功后，工作介质3的压力能减少，但远远（删除）高于常压的工作介质的压力能。

压力能减少的工作介质3回收至耐压容器200的工作介质腔内2051，此过程中，耐压容器200的工作介质腔2051内的工作介质3体积增大，为下一个工作循环打下物质基础。

下一个工作循环，耐压容器200作为做功装置，耐压容器100作为压力能减少的工作介质回收装置使用：

与耐压容器200相连的锅炉1输送来的高温高压蒸汽的热能转变成高压常温的工作介质3，即，对于耐压容器100，关闭开关5、开关8，开启开关11、开关7；对于耐压容器200，开启开关51、开关81，关闭开关111、开关71；与耐压容器200相连的锅炉1输送来的高温高压蒸汽充盈蒸汽腔2041，在高温高压蒸汽作用下，高温高压蒸汽的热能可以转变成高压常温工作介质3的常温液态压力能。含有较大压力能的工作介质3做功时，进入蒸汽腔2041一定体积的高温高压蒸汽，则工作介质腔2051可以排出与高温高压蒸汽等体积等压力的常温工作介质3用于驱动液压马达。

携带压力能的工作介质3送入排气罐12后排出气体，高压工作介质3再通过液压马达9转变成发电所需的扭矩驱动发电机10的转子转动切割磁力线发电，此时，耐压容器200中的隔热层41下移，工作介质腔2051的容积减小，工作介质3排出。至工作介质腔2051的容积最小、蒸汽腔2041最大时，完成该工作循环。

同时，上一个工作循环中耐压容器100中的蒸汽腔204充盈的含有较大潜热的废气、废水由第一级气压放大器、过渡罐、第二级气压放大器回收至锅炉的汽水系统再利用。

如上所述，耐压容器100、耐压容器200的功能交替互换，使系统的工作循环得以延续、持续。

本实施例中，为了便于说明，采用两个耐压容器的系统。事实上，为了实现系统运转的延续性、持续性更好，具体生产实践中，可以选用多个耐压容器组成的系统。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型中，耐压容器采用隔热技术，携带潜热的废气和废水可全部回收至锅炉再利用，压力能减少的工作介质回收至系统，可有效减少系统热能耗，从而有效提高提高火力发电效率；又由于以液压马达取代汽轮机，提高系统的安全系数。

下面就本实用新型的有益效果做一简单展望：

现有技术中，隔热技术较易做到使系统热能耗小于1%。现设定系统热能耗为1%，在超临界发电机组中，典型参数24.1MPa/538℃/538℃的条件下，蒸汽密度达1000 Kg/m³。理论上计算一定体积的蒸汽可使等体积的常温水升温约2.7度。

在废水、废气回收利用时，冷凝水可重回系统利用，以典型数据：水蒸汽压力0.4MPa，温度150℃，密度为2.125Kg/m³，设定此典型数据就是能回收参数，那么此项能耗不足1%。上述两项相加能耗尚不足2%。

加上系统内其他各种耗能，设定总热能利用率为90%尚可。根据ZF97提供数据，假定机械能转化电效率为95%，这应算为合理。液压马达一般机械效率91~94%，假定效率在90%，锅炉热效率为80%，可看到：热电效率90%*90%*95%=81%，煤电效率在80%*81%约65%。那么采用本方法超临界煤炭发电可再提高效率为24%。

实施例2: 提高发电效率的装置(以储汽包作为动力源)

本实施例2与实施例1类似，具体地说，本实施例2是把用于储存高压气体的储汽包代替实施例1中的锅炉，耐压容器的上腔为高压气体腔（实施例1中为蒸汽腔）。其它结构与实施例1基本相同。

风是移动着的气体，是压力差的结果表现形式，是作用力大小不同的表现。可以利用风能收集器把风收集、固定在储罐中，形成一定的初压，再把储罐中的气体增压达到设计所需的压力，存储在储汽包中。本实施例一这个高压气体替换实施例1中的蒸汽做功，其余同实例1，来达到风能发电，大规模大功率发电，提高发电效率。