CN101552488B - 备用电源系统及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种备用电源系统及其供电方法。该备用电源系统包括蓄能装置、蒸汽循环装置、汽轮机以及发电机；所述蓄能装置包括蓄能壳体；及设置在蓄能壳体内的至少一个蓄热体；蒸汽循环装置包括充有吸收溶液的蒸汽循环壳体，并连接于汽轮机的排汽端；及蒸汽发生器，设置在蒸汽循环壳体内，并连接于汽轮机的进汽端；蓄能壳体通过管道连接于蒸汽循环壳体。本发明的备用电源系统可以将蓄热体所储存的热量转变为电力，也可以通过其他热源向蓄热体蓄积热量。该电源系统具有良好的循环性能，适用面宽、使用方法简单可靠且安全清洁环保，便于实用。

Description

备用电源系统及其供电方法 

技术领域

本发明涉及一种热能工程领域的供电和供热技术，特别涉及一种通过蓄热剂来储存能量并通过吸收溶液的吸收热来制造高温蒸汽推动汽轮发电机进行发电的备用电源系统及其供电方法。 

背景技术

现有的供电系统一般为电网供电和备用电源供电。通常，用于停电或者自然灾害时的备用电源供电主要有二次电池和柴油(或者其他燃料油)发电机等。二次电池由于需要市电或其他发电装置对其进行充电，因而在电力供应中断的情况下无法长时间持续对外供应电力。而柴油发电机具有清洁环保性差、噪音振动大以及燃料单一等缺点。 

因此，有必要提出一种具有安全可靠、清洁环保且燃料来源广泛特性的备用电源系统。 

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的备用电源存在的缺陷，而提供一种新型结构的备用电源系统及其供电方法，所要解决的技术问题是使其利用吸收溶液在吸收蒸汽时放出吸收热产生高温高压蒸汽，进而推动汽轮发电机发电。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的备用电源系统，其包括：蓄能装置、蒸汽循环装置、汽轮机以及发电机；所述汽轮机，具有进汽端和排汽端，该汽轮机通过传动装置连接于所述发电机；所述蓄能装置包括蓄能壳体；及至少一个蓄热体，设置在蓄能壳体内；所述蒸汽循环装置包括蒸汽循环壳体，充有吸收溶液，并通过管道连接于汽轮机的排汽端；及蒸汽发生器，设置在蒸汽循环壳体内，并通过管道连接于汽轮机的进汽端；所述蓄能壳体通过管道连接于所述蒸汽循环壳体。 

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 

优选的，前述的备用电源系统，其中所述的吸收溶液的工质为水、氨、甲醇、乙醇、甲醇和水的混合物或者乙醇和水的混合物；所述吸收溶液的吸收剂为水、LiBr、LiCl，LiNO₃，NaBr，KBr，CaCl₂和MgBr₂的其中之一或者至少二种物质的混合物。 

优选的，前述的备用电源系统，其还包括加热装置，用于向蒸汽循环装置提供热量，以浓缩蒸汽循环壳体内的吸收溶液。 

优选的，前述的备用电源系统，其中所述的加热装置为换热器、蓄热式加热器、太阳能集热器或者燃烧器。 

优选的，前述的备用电源系统，其中所述的燃烧器的燃料为天然气、液化气、沼气、乙醇、甲醇、柴油、汽油、煤油、煤炭或薪柴。 

前述的备用电源系统，其中所述的蓄热体包括：封装壳体以及填充在封装壳体内的蓄热剂。 

优选的，前述的备用电源系统，其中所述的蓄热剂为潜热蓄热剂，其凝固点为100～180℃。 

优选的，前述的备用电源系统，其中所述的潜热蓄热剂为硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸锂中的一种或者至少二种的混合物。 

优选的，前述的备用电源系统，在所述的排汽端和蒸汽循环壳体之间设置有汽液分离器。 

前述的备用电源系统，其中所述的蓄能壳体内设有供热换热器。 

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种供电方法，采用上述的备用电源系统，该方法包括以下步骤： 

在蓄能装置内，蓄热体加热工质并产生蒸汽，将蒸汽导入蒸汽循环壳体内； 

在蒸汽循环壳体内，吸收溶液吸收蒸汽同时产生吸收热，并将该吸收热传导给蒸汽发生器； 

在蒸汽发生器内，工质受热产生蒸汽，并将该蒸汽通过进汽端导入汽轮机，驱动汽轮机对发电机做功，使发电机产生电力；以及 

汽轮机的排汽通过排汽端导入蒸汽循环壳体内，被吸收溶液吸收并释放出吸收热，将该吸收热传导给蒸汽发生器。 

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的供电方法，其还包括以下步骤：在蓄能装置内，向蓄能装置内的供热换热器输送热媒，由蓄热体加热该热媒向外供热。 

优选的，前述的供电方法，其中所述的汽轮机的排汽导入蒸汽循环壳体内的步骤包括：将汽轮机的排汽进行气液分离；和将气液分离之后的气体导入蒸汽循环壳体内。 

借由上述技术方案，本发明备用电源系统及其供电方法至少具有下列适于实用的优点： 

(1)由于直接用于发电的热量是由蓄热体供给的，发电时没有燃烧过 程，因而具有安全可靠、清洁环保以及无噪音振动小的特点； 

(2)用于发电的热量可由太阳能、天然气、液化气、沼气、乙醇、甲醇、柴油、汽油、煤油、煤炭以及薪柴等转换而来，因而适用面广、实用性强； 

(3)通过进行热电联供，可实现极高的能量利用效率。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 

附图说明

图1是本发明实施例1的备用电源系统的示意图。 

图2是本实施例1的备用电源系统的蓄能过程的结构示意图。 

图3本发明实施例2的备用电源系统的示意图。 

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的备用电源系统及其供电方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。 

请参阅图1所示，是本发明实施例1的备用电源系统的示意图。本实施例的备用电源主要包括：蓄能装置10、蒸汽循环装置20、汽轮机30以及发电机40。所述汽轮机30，具有进汽端和排汽端，在进汽端输入高温高压蒸汽推动汽轮机对外做功，同时高温蒸汽的温度降低从排汽端输出。所述发电机40通过传动装置连接于汽轮机30，其被汽轮机驱动产生电力。 

所述蓄能装置10，包括蓄能壳体110及设置在蓄能壳体10内的至少一个蓄热体120。该蓄能壳体110为一容器，其内充有工质150，蓄热体120浸入工质150。所述蓄热体120由封装壳体以及封装在该封装壳体内的蓄热剂所构成。该封装壳体采用传热性能较佳的材料构成，如金属。封装壳体应设计为具有较大换热面的结构或者形状。所述的蓄热剂以凝固点为100～180℃的潜热蓄热剂为佳，其包括硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸锂中的一种或者至少二种的混合物等。在蓄能装置10中可以设置有多个蓄热体120，有利于迅速吸收或者放出热量。并且各个蓄热体120中的蓄热剂可以采用相同的物质，也可以采用不同的物质。 

所述蒸汽循环装置20包括蒸汽循环壳体210和蒸汽发生器220。蒸汽循环壳体210为一容器，其内充有吸收溶液230，并通过管道250连接于汽轮机的排汽端，用于接收汽轮机的排汽。蒸汽发生器220设置在蒸汽循环壳体210内，为一容器，其内充有工质150。该蒸汽发生器220通过管道240连接于汽轮机30的进汽端，用于向汽轮机提供蒸汽。在蒸汽发生器220还连接有管道260，用于向蒸汽发生器内补充工质。所述蒸汽循环壳体210通过管道140连接于所述蓄能壳体110。较佳的还在管道140上设有管道270，用于连接蒸汽循环壳体210和蓄能壳体110的底部。在蓄能壳体110上还设有管道130，用于补充或者排出蓄能壳体内的工质150。在管道130、管道140、管道240、管道250、管道260和管道270上分别设有阀门131、141、251、261、271，用于控制管道的导通和关闭，以控制工质的流动方向。上述吸收溶液的工质为水、氨、甲醇、甲醇和水的混合物、乙醇或乙醇和水的混合物；所述吸收溶液的吸收剂为水、Li Br、LiCl，LiNO₃，NaBr，KBr，CaCl₃和MgBr₂的其中之一或者几种物质的混合物。较佳的，还在管道250上设置有气液分离器252，用于将排汽中的液态工质与气态工质进行分离，至将气态工质导入蒸汽循环壳体210内。 

当本实施例的备用电源系统发电时，循环蒸汽壳体内的吸收溶液为高浓度，阀门141、241、251同时开启，阀门131、261、271同时关闭。蓄能装置10中的工质蒸汽通过管道140流入到蒸汽循环壳体210内，高浓度的吸收溶液吸收蒸汽同时释放出吸收热，从而提高吸收溶液的温度。温度升高了的吸收溶液向蒸汽发生器220传热并加热其中的工质，使其变为高温高压蒸汽，通过管道240导入汽轮机30，推动汽轮机做功使发电机发电。从汽轮机排出的蒸汽通过管道250导入循环蒸汽壳体210内。从汽轮机排出的蒸汽通过管道250经汽液分离器252导入蒸汽循环壳体210内。由于从汽轮机排出的蒸汽包含有气态工质和液态工质，该汽液分离器252的作用在于将排汽中的液态工质与气态工质分离，使液态工质不进入到蒸汽循环壳体内，而只将气态工质输入蒸汽循环壳体内。气态工质在被吸收溶液吸收时同时释放吸收热，将该吸收热传导给蒸汽发生器，从而可以使本备用电源系统具有更高的热效率。 

请参阅图2所示，是本实施例1备用电源系统的蓄能过程示意图。在本实施例的备用电源系统发电过程中，吸收溶液230不断吸收蒸汽，其浓度逐渐降低，释放吸收热的工作温度也随之降低，从而引起蒸汽发生器220内的蒸汽温度和压力降低。当蒸汽发生器所产生的蒸汽温度和压力低于所采用汽轮机的设计范围时，则需要对该备用电源系统进行蓄能。在蓄能过程中，本备用电源系统还包括加热装置50，用于向蒸汽循环装置20提供热量，加热蒸汽循环壳体210内的吸收溶液230。该加热装置50选择为换热器、蓄热式加热器、太阳能集热器或者燃烧器。在蓄热过程中，阀门131、141、241、251、261关闭，阀门271开启，通过加热装置50提供的热量来使吸收溶液230的工质蒸发，形成的蒸汽通过管道270进入蓄能壳体向蓄热体120传递 热量，蒸汽在蓄能壳体内成为液态，其释放的冷凝热被蓄热体120吸收。对于蓄能壳体110中溢出的工质可以通过管道130排出。随着蓄能过程的进行，吸收溶液230的浓度不断提高，当其到达一定浓度时蓄能过程即告完成。当蒸汽发生器220中的工质量不足时，可以通过管道260进行补充。也可以将管道130于管道260相连，使从蓄能壳体流出的工质进入到蒸汽发生器中，从而避免工质和能量的浪费。 

请参阅图3所示，是本发明实施例2的备用电源系统的示意图。与实施例1相比，本实施例的备用电源系统还在蓄能壳体110内设有供热换热器60，在该供热换热器60内流动有热媒，例如水。通过蓄热体120向热媒放热，使本备用电源系统同时还具备供热功能，从而成为一种分布式热电联共系统。 

本发明的实施例3还提出了一种供电方法，其采用上述实施例1或2所述的备用电源系统，该供电方法包括以下步骤：在蓄能装置内，蓄热体120加热工质150并产生蒸汽，将该蒸汽通过管道140导入蒸汽循环壳体210内；在蒸汽循环壳体210内，高浓度的吸收溶液230吸收蒸汽产生吸收热，使吸收溶液230的温度升高，由于吸收溶液的浓度较高，其释放吸收热的工作温度也较高；温度升高后的吸收溶液向蒸汽发生器220传热；在蒸汽发生器220内，工质受热产生蒸汽，并将该蒸汽通过管道240导入汽轮机30，以驱动汽轮机对发电机40做功，使发电机产生电力并向外输出，实现发电功能；该汽轮机30的排汽通过管道250导入蒸汽循环壳体210内，进而被吸收溶液吸收。通过蓄热体不断地释放热量，并通过蒸汽循环过程可以实现发电机不断运转向外供电。当蓄热壳体内的工质温度等于或略低于蓄热体内的蓄热剂的凝固点时，蓄热剂发生相变(融化)释放相变热，并保持蓄热壳体内的工质温度基本不变。随着吸收溶液230不断吸收蒸汽，其浓度逐渐降低，其释放吸收热的工作温度也随之下降，当其工作温度降低到致使蒸汽发生器中产生的蒸汽不能满足汽轮机的设计要求时，则停止发电。上述的吸收溶液的组成为：吸收溶液的工质为水、氨、甲醇和乙醇的其中之一；吸收溶液的吸收剂为水、LiBr、LiCl，LiNO₃，NaBr，KBr，CaCl₂和MgBr₂ 的其中之一或者几种物质的混合物。上述的蓄热体中具有蓄热剂，所述的蓄热剂以凝固点为100～180℃的潜热蓄热剂为佳，其包括硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸锂中的一种或者两种以上的混合物等。较佳的，在蓄能装置内，供热换热器内流动有热媒，蓄热体加热该热媒向外供热，从而实现电力和热力的同时供应；也可以停止向蒸汽循环壳体110供应蒸汽，而仅进行循环热媒向外供热的过程。 

在完成供电过程后，需要进行蓄能过程，以便进行下一次的供电和/或供热过程。该蓄能过程包括：通过加热装置加热蒸汽循环壳体210内的稀 吸收溶液，使工质蒸发形成蒸汽；将该蒸汽通入蓄能壳体110内，该蒸汽冷凝为液态，释放出冷凝热并被蓄热剂所吸收，当蓄热剂吸收足够的热量时，其会发生相变，比如从固相变为液相，此时会在蓄热剂中蓄积大量的热。当蒸汽循环壳体210内的吸收溶液230到达一定浓度时，蓄热过程即告完成。当蒸汽发生器中的工质不足时，向蒸汽发生器补充工质；蓄热壳体内的工质过多时，可以排出多余的工质。较佳的，将蓄热壳体内过多的工质通入蒸汽发生器中，从而避免工质和热量的浪费。 

以下通过具有具体参数的实例来说明上述实施例的可实施性。 

实例1 

蓄热过程 

采用曲面集光方式收集太阳热，在蓄热过程中为蒸汽循环壳体内的吸收溶液供给温度为250℃的热源。吸收溶液的工质为水、吸收剂为Li Br，蓄热起始时，吸收溶液质量百分浓度为60wt％。蓄热壳体与蒸汽循环壳体保持连通。蓄热剂为NaNO₃、KNO₃和NaNO₂的混合物，该蓄热剂的NaNO₃、KNO₃和NaNO₂的质量百分浓度分别为7wt％、53wt％和40wt％，蓄热剂的凝固点为142℃。蓄热终止时，吸收溶液浓度升至70wt％，90％的蓄热剂熔化为液态，其温度为142℃。 

发电过程 

本实例采用实施例3所述的发电方法，汽轮机绝热效率为0.8，发电机效率为0.9。以上述蓄热过程终止时的系统状态作为发电过程的起始状态。蒸汽发生器所产生蒸汽即汽轮机进汽的温度为230℃、压力为2.79MPa，汽轮机排汽的温度为140℃、压力为0.36MPa，此时本系统的每公斤进汽的发电量为74wh，发电效率为12.4％。当发电过程临近终止时，吸收溶液的浓度降至60wt％，汽轮机进汽的温度为175℃、压力为0.89MPa，汽轮机排汽的温度为119℃、压力为0.19MPa，此时本系统的每公斤进汽的发电量为54wh，发电效率为9.1％。此时，90％的蓄热剂凝固为固态，其温度为142℃。 

供热过程 

采用水作为热媒，热媒的进口温度为20℃，出口温度为42℃，系统散热损失15％，系统供热效率为73％。 

上述系统发电效率和系统供热效率的计算式为： 

系统发电效率＝发电过程每公斤进汽的发电量/蓄热过程蒸汽循环壳体每公斤发生蒸汽的蒸发潜热 

系统供热效率＝1(0.15+系统发电效率/发电机效率) 

上述蒸发潜热是指工质蒸发为蒸汽时的相变热。 

上述如此结构构成的本发明备用电源系统及其供电方法的技术创新，对于现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (13)

1.一种备用电源系统，其特征在于其包括：蓄能装置、蒸汽循环装置、汽轮机以及发电机；

所述汽轮机，具有进汽端和排汽端，该汽轮机通过传动装置连接于所述发电机；

所述蓄能装置包括

蓄能壳体；及

至少一个蓄热体，设置在蓄能壳体内；

所述蒸汽循环装置包括

蒸汽循环壳体，充有吸收溶液，并通过管道连接于汽轮机的排汽端；及

蒸汽发生器，设置在蒸汽循环壳体内，并通过管道连接于汽轮机的进汽端；

所述蓄能壳体通过管道连接于所述蒸汽循环壳体。

2.根据权利要求1所述的备用电源系统，其特征在于其中所述的吸收溶液的工质为水、氨、甲醇或乙醇，或者为甲醇和水的混合物，或者为乙醇和水的混合物；所述吸收溶液的吸收剂为水、LiBr、LiCl，LiNO₃，NaBr，KBr，CaCl₂和MgBr₂的其中之一或至少二种物质的混合物。

3.根据权利要求1所述的备用电源系统，其特征在于其还包括加热装置，用于向蒸汽循环装置提供热量，以浓缩蒸汽循环壳体内的吸收溶液。

4.根据权利要求3所述的备用电源系统，其特征在于其中所述的加热装置为蓄热式加热器、太阳能集热器或者燃烧器。

5.根据权利要求4所述的备用电源系统，其特征在于其中所述的燃烧器的燃料为天然气、液化气、沼气、乙醇、甲醇、柴油、汽油、煤油、煤炭或者薪柴。

6.根据权利要求1所述的备用电源系统，其特征在于其中所述的蓄热体包括：封装壳体以及填充在封装壳体内的蓄能剂。

7.根据权利要求6所述的备用电源系统，其特征在于所述的蓄能剂为潜热蓄热剂，其凝固点为100～180℃。

8.根据权利要求7所述的备用电源系统，其特征在于所述的蓄热剂为硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸锂中的一种或者至少二种的混合物。

9.根据权利要求1所述的备用电源系统，其特征在于其在所述排汽端和蒸汽循环壳体之间设置有汽液分离器。

10.根据权利要求1-9任一项所述的备用电源系统，其特征在于其中所述的蓄能壳体内设有供热换热器。 

11.一种供电方法，采用权利要求1-10任一项所述的备用电源系统，其特征在于包括以下步骤： 

在蓄能装置内，蓄热体加热工质并产生蒸汽，将蒸汽导入循环壳体内； 

在蒸汽循环壳体内，吸收溶液吸收蒸汽产生吸收热，并将该吸收热传导给蒸汽发生器； 

在蒸汽发生器内，工质受热产生蒸汽，并导入汽轮机，驱动汽轮机对发电机做功，使发电机产生电力；以及 

汽轮机的排汽导入蒸汽循环壳体内，被吸收溶液吸收并释放出吸收热，将该吸收热传导给蒸汽发生器。 

12.根据权利要求11所述的供电方法，其特征在于其还包括以下步骤：向蓄能装置内的供热换热器输送热媒，由蓄热体加热该热媒向外供热。 

13.根据权利要求11或者12所述的供电方法，其特征在于汽轮机的排汽导入蒸汽循环壳体内的步骤包括：将汽轮机的排汽进行气液分离；和将气液分离之后的气体导入蒸汽循环壳体内。 

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