CN103382859B - 综合能源汽轮机发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综合能源汽轮机发电系统，该发电系统通过太阳能、风能或水动力势能所发出的原始电能供给强力送风机、空压机及其他原始用电装置。水泵把水箱的水抽入到低压加热膨胀装置，使其瞬间变成水蒸汽后进行除氧和高压加热膨胀，最后进到汽轮机里，带动发电机发电。气体经过汽轮机从出口中排出时，有部分水蒸汽冷凝成水进入给水箱，再次回收利用；另外一部份水蒸汽和空气进入气体回收罐，连同从送风机进来的气体进入空压机再次回收利用，通过压缩、储存、除氧、高压加热膨胀，最后进入汽轮机。汽轮机不间断地把蒸汽转化为机械能，从而带动发电机发电，满足供电需求。

Description

综合能源汽轮机发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统，具体而言，涉及一种综合能源汽轮机发电系统。

背景技术

具有一定压力、温度的蒸汽，进入汽轮机，流过喷嘴内膨胀获得很高的速度。高速流动的蒸汽流经汽轮机转子上的动叶片做功，当动叶片为反动式时，蒸汽在动叶片发生膨胀产生的反动力亦使动叶片做功，动叶片带动汽轮机转子，按一定的速度均匀转动,这就是汽轮机最基本的工作原理。从能量转换的角度讲，蒸汽的热能在喷嘴内转换成气流动能，动叶片又将动能转换成机械能，反动式叶片，蒸汽在动叶膨胀部分，直接由热能转换成机械能。

现有的汽轮机发电系统中有一锅炉，它产生的水蒸汽送到汽轮机中，汽轮机带动发电机发电。这种发电系统存在多种困难，即对煤炭的需求量大、对环境的污染、无法储存电能。为了解决上述问题，有的发电系统建设一体积宏大的高位蓄水池：需要储存电能时，就用大型水泵将水送到该高位蓄水池中；需要释放电能时，就打开高位蓄水池的闸门，放出其中的水，让它进入水轮发电机，由后者供电。这种系统的缺点是投资巨大。另外，由于先进可开采的煤矿有限，煤炭在燃烧时将产生CO2、SO2以及其它有害气体，为了实现人类的可持续发展，我们必须减少CO2、SO2及其它有害气体的排放。

太阳能具有分布广泛、储量无限、收集利用清洁、CO2和SO2零排放等优点，但由于其能量较为分散、受天气影响较大、能量汇集不稳定不连续等问题，长期以来太阳能聚热发电的大规模开发利用受到了很大的限制。现代大工业生产中，会有相当多的副产物比如废热蒸汽，这些废热蒸汽的利用率极低。

例如中国专利号为95233641.3的蒸汽蓄能汽轮机发电装置，其包括锅炉、汽轮机、发电机、凝结器，锅炉和汽轮机之间连接有增压装置，结构较为简单，容易制造投资小，不受自然环境条件的限制，但是该装置中使用锅炉会产生CO2、SO2及其他有害气体，需燃烧大量的煤炭。

又例如申请号为201110411979.8所公开的太阳能与外源蒸汽互补发电设备，其利用太阳能的同时补充水蒸汽带动汽轮机发电，相对于原始发电系统，太阳能发电不排放CO2、SO2及其他有害气体，又充分利用了废热资源。但是这种发电设备将给水箱中的水加热成水蒸汽的时候用的是锅炉对其进行加热，虽然平抑了天气对太阳能的波动影响，使发电设备无论白天黑夜、无论晴天阴天均可二十四小时全天候稳定运转发电，但是同时会产生CO2、SO2及其他有害气体，并且需要燃烧大量的煤炭。

为此，本申请的发明人针对上述传统技术的缺陷，通过本申请特提出有效的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种综合能源汽轮机发电系统，并将其公之于众，依法获得该技术方案的专利权。该发电系统不仅能克服现有技术中的各种缺陷，而且能够利用清洁能源，太阳能、风能和水能的综合利用。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种综合能源汽轮机发电系统，包括送风机、除氧器、空压机、介质加热膨胀催化剂装置、汽轮机和发电机。其中，太阳能、风能或水动力势能所发出的原始电能供给送风机、空压机及其他原始用电装置，送风机抽取外面的空气经除氧器除氧后送入空压机，经空压机压缩后送往高压储气罐，再由高压储气罐送入除氧器再次进行除氧；两次除氧后的空气和水经水泵送入介质加热膨胀催化剂装置并在其中进行高温汽化，尔后供给汽轮机；汽轮机中多余的气体由气体回收罐(进行回收后送入空压机进行循环利用；汽轮机中多余的水蒸汽冷凝成水，进入给水箱后以备综合能源汽轮机发电系统循环利用。如此一来，汽轮机不间断地把蒸汽转化为机械能，从而带动发电机发电，满足供电需求。

优选的是，所述空压机和送风机之间连接有一次除氧装置，以防止氧气进入汽轮机对其零部件氧化生锈影响汽轮机的正常工作。

优选的是，所述高压储气罐上安装有压力表，高压储气罐中的压缩空气可以达到9MPa以上。

优选的是，所述高压空气流经水泵和高压介质加热膨胀催化剂装置的高压空气可以达到9MPa∽35MPa。

从高压储气罐中出来的压缩空气再次进入除氧装置进行二次除氧（这样就更进一步地防止对汽轮机氧化腐蚀）；从除氧器出来的带有水分的高压空气通过水泵打入高压介质加热膨胀催化剂装置，使其瞬间变成水蒸汽进入到汽轮机里，气体膨胀做功推动每级叶轮转动，带动发电机发电。

优选的是，所述汽轮机与发电机之间安装有调速器，用来调节汽轮机的转速。

优选的是，所述汽轮机中的蒸汽从出气口排出分为两部分，一部分冷凝成水，流经管道进入给水箱；一部分通过涡轮机排出后与空气混合进入气体回收罐。

水蒸汽经过汽轮机后，从其出口中排出时分为两部分：一部分水蒸汽冷凝成水，单向阀打开，将水流经管道进入给水箱，再次回收利用；一部分水蒸汽及具有一定压力的空气进入气体回收罐，然后连同从送风机进来的气体进入空压机再次回收利用，进入该发电系统进行压缩、储存、除氧、高压介质加热膨胀催化剂装置，最后进入汽轮机。

优选的是，所述汽轮机与气体回收罐之间配置有增压泵，用于将从汽轮机排出的气体迅速加压至9MPa以上，通过输气管道被输送到空压机进入该发电系统进行循环利用。

优选的是，所述增压泵将气体迅速加压到9MPa以上。

优选的是，所述气体回收罐的排气口排出的气体进入一次除氧器和空压机，再依次进入该发电系统。

优选的是，所述给水箱中的水通过水泵打入低压介质加热膨胀催化剂装置。

优选的是，所述高压储气罐为圆筒形或球形。

优选的是，所述高压储气罐上安装有安全防泄露信号灯、超高压电磁阀、压力表、手动泄压安全阀和超高压排水阀。

优选的是，所述发电机输出功率为1MW，电压为380V的电能。

进一步优选的是，发电机输出的电能经过逆变滤波器对其进行转换为可用电能。

三项交流电源输出功率为1MW，电压为380V的电能，连接一个快速开关DF，通过三相整流器DQ，把交流电（AC）转换为直流电（DC），再通过逆波器（EMC）变成具有一定频率的电流信号成分，再经过控制中心里的三相逆变桥模块，把直流电（DC）转换为交流电（AC），随后在工频滤波器里进行工频滤波，再在滤波器里进行二次滤波，输出稳定频率的三相交流电。其中控制中心由远程控制或现场操作人员通过入机界面进行控制，正常工作时运行指示灯亮，一旦发生故障，报警指示灯亮起，快速开关DF断开，电源跳闸，从而使机器停机消除故障。

附图说明

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，其中：

图1所示为按照本发明的综合能源汽轮机发电系统的一优选实施例的结构示意图；

图2所示为按照本发明的综合能源汽轮机发电系统的一优选实施例的图1的结构原理图；

图3所示为按照本发明的综合能源汽轮机发电系统的一优选实施例的图1中电流的逆变滤波原理图。

图中标注说明：气体回收罐100，汽轮机200，发电机300，气压表400，高压介质加热膨胀催化剂装置500，水泵600，二次除氧器700， 高压储气罐800，空压机900，低压介质加热膨胀催化剂装置110，单向阀120，给水箱130，调速器140，送风机150，一次除氧器160，快速开关DF 1，三相整流器DQ 2，滤波器EMC 3，三相逆变桥模块4，工频滤波器5，控制中心6，报警灯7，运行指示灯8，操作人员9，入机界面10，远程控制11。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述。

参阅图1和图2，其示出了按照本发明的综合能源汽轮机发电系统的一优选实施例的结构示意图。该发电系统包括送风机150、一次除氧器160、二次除氧器700、空压机900、高压介质加热膨胀催化剂装置500、低压介质加热膨胀催化剂装置110、汽轮机200和发电机300。该发电系统通过太阳能、风能或水动力势能所发出的原始电能供给强力送风机150、空压机900及其他原始用电装置，送风机150抽取外面的空气经一次除氧器160除氧后送入空压机900，经空压机900压缩后经送往高压储气罐800，再由高压储气罐800送入二次除氧器700进行二次除氧。水泵600把给水箱130的水抽入到低压介质加热膨胀催化剂装置110，使其瞬间变成水蒸汽后进行除氧和高压加热膨胀，最后进到汽轮机200内，带动发电机300发电。气体经过汽轮机200从出口中排出时，有部分水蒸汽冷凝成水进入给水箱130，再次回收利用；另外一部份水蒸汽和空气进入气体回收罐100，连同从送风机150进来的气体进入空压机900再次回收利用，通过压缩、储存、除氧、高压加热膨胀，最后进入汽轮机200。这样不断地循环，汽轮机200不间断地把蒸汽转化为机械能，从而带动发电机300发电，满足供电需求。

继续参阅图1所示，该综合能源汽轮机发电系统有三部分组成：一、将外面的压缩空气经送风机150抽取到该发电系统中通过压缩、储存、除氧、高压加热膨胀，最后进入汽轮机200；二、从汽轮机200出口处排出的水蒸汽通过气体回收罐100进行回收再输送到该发电系统中通过压缩、储存、除氧、高压加热膨胀，最后进入汽轮机200；三、从汽轮机200出口处排出的水蒸汽冷凝为水通过输送管道输送到给水箱130，再通过水泵600打入低压介质加热膨胀催化剂装置110，接着再输送到该发电系统中通过压缩、储存、除氧、高压加热膨胀，最后进入汽轮机200。

下面结合图1、图2对该综合能源汽轮机发电系统的上述三部分进行详细的说明介绍。

首先，通过太阳能、风能或水动力势能所发出的原始电能供给强力送风机150、空压机900及其他原始用电装置，送风机150抽取外面的空气进入一次除氧器160，把空气中的氧气除去以防止进入汽轮机200里生锈影响汽轮机200的正常工作，然后空压机900对除去氧气的气体进行压缩，变成高压气体储存到高压储气罐800里，随后进入二次除氧器700中进行二次除氧（这样就更进一步地防止对汽轮机发生氧化腐蚀）。经过两次除氧后的气体的进入水泵600，单向阀120打开，高压空气进入高压介质加热膨胀催化剂装置500中，使其变成高温超压的气体，高温超压的气体最后进到汽轮机200里，气体膨胀做功推动每级叶轮转动，带动发电机300发电。

气体经过汽轮机200从出口中排出时，有一部份水蒸气及具有一定的压力的空气进入气体回收罐100，然后连同从送风机150进来的气体进入空压机900再次回收利用，按上面流程进行压缩、储存、除氧、高压加热膨胀，最后进入汽轮机。照这样一直循环下去，汽轮机200就可以不间断地把蒸汽转化为机械能，从而带动发电机300发电。

气体经过汽轮机200从出口中排出时，有部分水蒸气冷凝成水，单向阀120打开将水送入给水箱130，单向阀120打开给水箱130中的水经过另一水泵600输送到低压介质加热膨胀催化剂装置110对其加热，使其转换为水蒸汽。从低压介质加热膨胀催化剂装置110出来的水蒸汽按上面流程进行除氧、高压加热膨胀，最后进入汽轮机。照这样一直循环下去，汽轮机就可以不间断地把蒸汽转化为机械能，从而带动发电机300发电，满足供电需求。

空压机900和送风机150之间连接有一次除氧器160。

高压空气流经水泵600和高压介质加热膨胀催化剂装置500的高压空气可以达到9MPa∽35MPa。

从二次除氧器700出来的带有水分的高压空气通过水泵600打入高压介质加热膨胀催化剂装置500，使其瞬间变成水蒸汽进入到汽轮机200里，气体膨胀做功推动每级叶轮转动，带动发电机300发电。

为了调节汽轮机200的转速，在汽轮机200与发电机300之间安装有调速器140。

另外，汽轮机200与气体回收罐100之间配置有增压泵，将气体迅速加压到9MPa以上。

高压储气罐800为圆筒形或球形。

为了使该系统更加安全可靠，高压储气罐800上安装有安全防泄露信号灯、超高压电磁阀、压力表、手动泄压安全阀和超高压排水阀。

该系统最终通过发电机300输出功率为1MW，电压为380V的电能，而我们日常所使用的电压为220V，所以要通过逆变滤波器对其电能进行转换。

现在参阅图3所示，三相交流电源输出功率为1MW，电压为380V的电能，连接一个快速开关DF 1，通过三相整流器DQ 2，把交流电AC 转换为直流电DC，再通过滤波器EMC 3变成具有一定频率的电流信号成分，再经过控制中心6里的三相逆变桥模块4，把直流电DC转换为交流电AC，随后在工频滤波器5里进行工频滤波，再在滤波器5里进行二次滤波，输出稳定频率的三相交流电。其中控制中心6由远程控制11或现场操作人员9通过入机界面10进行控制，正常工作时运行指示灯89亮，一旦发生故障，报警灯7亮起，快速开关DF 1断开，电源跳闸，从而使机器停机消除故障。

本说明书详细地公开了本发明，包括最佳模式，并且也能使本领域的任何人员实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何引入的方法。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (27)

1.一种综合能源汽轮机发电系统,包括:送风机(150)、除氧器(160,700)、空压机(900)、介质加热膨胀催化剂装置(500,110)、汽轮机(200)和发电机(300)，其特征在于：太阳能、风能或水动力势能所发出的原始电能供给送风机(150)、空压机(900)，送风机(150)抽取外面的空气经除氧器(160,700)除氧后送入空压机(900)，经空压机(900)压缩后送往高压储气罐(800)，再由高压储气罐(800)送入除氧器(160,700)再次进行除氧；两次除氧后的空气和水经水泵（600）送入介质加热膨胀催化剂装置并在其中进行高温汽化，而后供给汽轮机（200）；汽轮机(200)中多余的气体由气体回收罐(100)进行回收后送入空压机(900)进行循环利用；汽轮机(200)中多余的水蒸汽冷凝成水，进入给水箱(130) 以备综合能源汽轮机发电系统循环利用。

2.如权利要求1的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述空压机(900)和送风机(150)之间连接有一次除氧器（160）。

3.如权利要求1或2的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述高压储气罐（800）上安装有压力表，高压储气罐（800）中的压缩空气达到9MPa以上。

4.如权利要求1的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：经水泵（600）和高压介质加热膨胀催化剂装置（500）的高压空气达到9MPa∽35MPa。

5.如权利要求3的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：经水泵（600）和高压介质加热膨胀催化剂装置（500）的高压空气达到9MPa∽35MPa。

6.如权利要求1或5的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述汽轮机（200）与发电机（300）之间安装有调速器（140）。

7.如权利要求4的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述汽轮机（200）与发电机（300）之间安装有调速器（140）。

8.如权利要求1或5或7的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述汽轮机（200）中的蒸汽从出气口排出分为两部分，一部分冷凝成水，流经管道进入给水箱（130）；一部分通过涡轮机排出后与空气混合进入气体回收罐（100）。

9.如权利要求4的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述汽轮机（200）中的蒸汽从出气口排出分为两部分，一部分冷凝成水，流经管道进入给水箱（130）；一部分通过涡轮机排出后与空气混合进入气体回收罐（100）。

10.如权利要求6的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述汽轮机（200）中的蒸汽从出气口排出分为两部分，一部分冷凝成水，流经管道进入给水箱（130）；一部分通过涡轮机排出后与空气混合进入气体回收罐（100）。

11.如权利要求1或5或7或9或10中任一项的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述汽轮机（200）与气体回收罐（100）之间配置有增压泵。

12.如权利要求4的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述汽轮机（200）与气体回收罐（100）之间配置有增压泵。

13.如权利要求6的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述汽轮机（200）与气体回收罐（100）之间配置有增压泵。

14.如权利要求8的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述汽轮机（200）与气体回收罐（100）之间配置有增压泵。

15.如权利要求11的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述增压泵将气体迅速加压到9MPa以上。

16.如权利要求12-14中任一项的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述增压泵将气体迅速加压到9MPa以上。

17.如权利要求1或9或10或12或13或14中任一项的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述气体回收罐（100）的排气口排出的气体进入一次除氧器（160）和空压机（900），再依次进入该发电系统。

18.如权利要求11的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述气体回收罐（100）的排气口排出的气体进入一次除氧器（160）和空压机（900），再依次进入该发电系统。

19.如权利要求1或9或10中任一项的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：给水箱（130）中的水通过水泵（600）打入低压介质加热膨胀催化剂装置（110）。

20.如权利要求8的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：给水箱（130）中的水通过水泵（600）打入低压介质加热膨胀催化剂装置（110）。

21.如权利要求1或5的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述高压储气罐（800）为圆筒形或球形。

22.如权利要求3的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述高压储气罐（800）为圆筒形或球形。

23.如权利要求4的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述高压储气罐（800）为圆筒形或球形。

24.如权利要求3的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述高压储气罐（800）上安装有安全防泄露信号灯、超高压电磁阀、压力表、手动泄压安全阀和超高压排水阀。

25.如权利要求22或23的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述高压储气罐（800）上安装有安全防泄露信号灯、超高压电磁阀、压力表、手动泄压安全阀和超高压排水阀。

26.如权利要求21的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述高压储气罐（800）上安装有安全防泄露信号灯、超高压电磁阀、压力表、手动泄压安全阀和超高压排水阀。

27.如权利要求1的综合能源汽轮机发电系统，其特征在于：所述发电机（300）输出功率为1MW，电压为380V的电能。