开式回热循环与回热式燃气轮机装置的制作方法

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1.本发明属于热力学与热动技术领域。


背景技术：

2.冷需求、热需求和动力需求，为人类生活与生产当中所常见。采用柴油、重油或天然气等优质燃料，基于布雷顿正向循环的燃气轮机装置，是实现热变功的重要手段；在适当条件下——比如，循环工质流经燃气轮机出口时的温度必须要大于压缩机出口温度——采用回热手段，以提高热效率；在传统的燃气轮机装置中，由于气体工质以显热方式获取高温热负荷，需要大流量以提高装置热变功负荷；叶轮式压缩机适合输送大流量工作介质，但要求较低的压缩比；因此，在燃气轮机装置中，采取适当的技术手段来降低压缩比(相应降低最高工作压力)也是具有积极意义的。
3.本发明提出了两种新的开式回热循环，其回热技术手段的采用以降低压缩比为目的，且不受制于循环工质膨胀过程末端温度必须超过压缩过程末端温度条件限制，回热幅度选择范围大，并保持热效率的合理化；基于两种开式回热循环，本发明给出了对应的回热式燃气轮机装置。


技术实现要素：

4.本发明主要目的是要提供开式回热循环与回热式燃气轮机装置，具体

技术实现要素：
分项阐述如下：
5.1.开式回热循环，是指在由一定质量的循环工质依序进行的七个过程——升压过程12，自循环工质吸热过程23，自高温热源吸热过程34，降压过程45，向循环工质放热过程56，降压过程67，向低温热源放热过程71——中，取消向低温热源放热过程71之后形成的非闭合过程1234567；其中，过程56的放热满足过程23的吸热。
6.2.开式回热循环，是指在由一定质量的循环工质依序进行的七个过程——升压过程12，自循环工质吸热过程23，升压过程34，自高温热源吸热过程45，降压过程56，向循环工质放热过程67，向低温热源放热过程71——中，取消向低温热源放热过程71之后形成的非闭合过程1234567；其中，过程67的放热满足过程23的吸热。
7.3.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、燃气轮机、燃烧室和回热器所组成；外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有空气通道经回热器与燃烧室连通，外部还有燃料通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有燃气通道经回热器与自身连通，燃气轮机还有燃气通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机并传输动力，形成回热式燃气轮机装置；其中，不包括燃气轮机在进行回热过程之前输出动力等于压缩机需求动力的情形。
8.4.回热式燃气轮机装置，主要由压缩机、燃气轮机、燃烧室和回热器所组成；外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有空气通道经回热器与自身连通，压缩机还有空气通道与燃烧室连通，外部还有燃料通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，
燃气轮机还有燃气通道经回热器与外部连通，燃气轮机连接压缩机并传输动力，形成回热式燃气轮机装置。
附图说明：
9.图1是依据本发明所提供的开式回热循环第1种原则性流程示例图。
10.图2是依据本发明所提供的开式回热循环第2种原则性流程示例图。
11.图3是依据本发明所提供的回热式燃气轮机装置第1种原则性热力系统图。
12.图4是依据本发明所提供的回热式燃气轮机装置第2种原则性热力系统图。
13.图中，1-压缩机，2-燃气轮机，3-燃烧室，4-回热器。
具体实施方式：
14.首先要说明的是，在结构和流程的表述上，非必要情况下不重复进行；对显而易见的流程不作表述。下面结合附图和实例来详细描述本发明。
15.图1所示t-s图中的开式回热循环示例是这样进行的：
16.(1)从循环过程上看：
17.循环工质进行——绝热升压升温过程12，自循环工质吸热升温过程23，自高温热源吸热升温过程34，绝热降压膨胀过程45，向过程23进行放热的回热降温过程56，绝热降压膨胀过程67——共6个过程。
18.(2)从能量转换上看：
19.①
吸热过程——循环工质进行23过程需要的热量，由56放热过程来满足——回热；循环工质进行34过程需要的热量，由高温热源提供。
20.②
放热过程——循环工质进行56过程的放热，用于满足23过程的吸热需求；循环工质完成开式循环1234567带走低温热负荷(等同于向低温热源放热)。
21.③
能量转换过程——循环工质的升压过程12，需要机械能；循环工质的降压膨胀过程45、67两个过程，释放机械能；膨胀释放机械能大于升压消耗机械能，循环净功对外输出，形成开式回热循环。
22.图2所示t-s图中的回热式热力循环示例是这样进行的：
23.(1)从循环过程上看：
24.循环工质进行——绝热升压升温过程12，自循环工质吸热升温过程23，绝热升压升温过程34，自高温热源吸热升温过程45，绝热降压膨胀过程56，向过程23进行放热的回热降温过程67——共6个过程。
25.(2)从能量转换上看：
26.①
吸热过程——循环工质进行23过程需要的热量，由67放热过程来满足——回热；循环工质进行45过程需要的热量，由高温热源提供。
27.②
放热过程——循环工质进行67过程的放热，用于满足23过程的吸热需求；循环工质完成开式循环1234567带走低温热负荷(等同于向低温热源放热)。
28.③
能量转换过程——循环工质的升压过程12和升压过程34，需要机械能；循环工质的降压膨胀过程56，释放机械能；膨胀释放机械能大于升压消耗机械能，循环净功对外输出，形成回热式热力循环。
29.图3所示的回热式燃气轮机装置是这样实现的：
30.(1)结构上，它主要由压缩机、燃气轮机、燃烧室和回热器所组成；外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有空气通道经回热器4与燃烧室3连通，外部还有燃料通道与燃烧室3连通，燃烧室3还有燃气通道与燃气轮机2连通，燃气轮机2还有燃气通道经回热器4与自身连通，燃气轮机2还有燃气通道与外部连通，燃气轮机2连接压缩机1并传输动力。
31.(2)流程上，外部空气流经压缩机1升压升温，流经回热器4吸热升温，之后进入燃烧室3；外部燃料进入燃烧室3与空气混合并燃烧成高温燃气，燃气进入燃气轮机2降压作功至一定程度之后流经回热器4并放热、进入燃气轮机2继续降压作功和对外排放；燃气轮机2输出的功提供给压缩机1和外部作动力，形成回热式燃气轮机装置。
32.图4所示的回热式燃气轮机装置是这样实现的：
33.(1)结构上，它主要由压缩机、燃气轮机、燃烧室和回热器所组成；外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有空气通道经回热器4与自身连通，压缩机1还有空气通道与燃烧室3连通，外部还有燃料通道与燃烧室3连通，燃烧室3还有燃气通道与燃气轮机2连通，燃气轮机2还有燃气通道经回热器4与外部连通，燃气轮机2连接压缩机1并传输动力。
34.(2)流程上，外部空气进入压缩机1升压升温，至一定程度之后流经回热器4吸热升温，进入压缩机1继续升压升温，之后进入燃烧室3；外部燃料进入燃烧室3与空气混合并燃烧成高温燃气，燃气流经燃气轮机2降压作功，流经回热器4并放热，之后对外排放；燃气轮机2输出的功提供给压缩机1和外部作动力，形成回热式燃气轮机装置。
35.本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的开式回热循环与回热式燃气轮机装置，具有如下效果和优势：
36.(1)开式回热循环，符合热力学原理；回热方式灵活，回热幅度选择范围大。
37.(2)开式回热循环，不同温差下对应合适的回热幅度，并保持合理的热效率。
38.(3)开式回热循环，有效降低循环压缩比，为提高循环工质流量和选用大流量压气机提供基本工作原理。
39.(4)开式回热循环，提升吸热平均温度，降低平均放热温度，提高循环热效率。
40.(5)回热式燃气轮机装置，提高能源合理利用水平。
41.(6)回热式燃气轮机装置，技术措施简单合理，有利于扩展燃气轮机装置的应用范围。