CN109139159A - 一种热力锅炉蒸汽轮机式发电系统及发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热力锅炉蒸汽轮机式发电系统及发电方法，其中发电系统包括锅炉、汽轮机、凝汽器和回热装置，锅炉、汽轮机、凝汽器和回热装置依次首尾连接，还包括工质，工质在锅炉、汽轮机、凝汽器和回热装置中循环流通，工质为四氯化碳，本发明的热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，相较于现有技术的热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，热效率显著提高，进而达到节能减排、保护环境和保护资源的有益效果。

Description

一种热力锅炉蒸汽轮机式发电系统及发电方法

技术领域

本发明涉及热力锅炉发电技术领域，具体涉及一种热力锅炉蒸汽轮机式发电系统及发电方法。

背景技术

热力锅炉蒸汽轮机式发电系统是目前常用的发电系统。现有技术的热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，存在热效率低的问题。经过学者研究，造成该问题的主要原因是，采用水作为工质，将热能转换为机械能，水的汽化热较高，造成了很多的能源消耗。但自从瓦特等人改进蒸汽机，到现在的热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，由于水具有比热大、来源丰富、廉价和无污染等优点，因此水作为工质一直未被人动摇或怀疑过。目前通常采用如下两种方式，提高热力锅炉蒸汽轮机式发电系统的热效率：(1)提高锅炉出汽温度，目前已将锅炉出汽温度提高到了水的超超临界温度610℃左右；(2)降低汽轮机出汽温度，目前已将汽轮机出汽温度降低至33℃甚至更低一些，上述两种方法的原理是增加汽轮机进出汽的温度差，以提高工质在每一个卡诺循环过程中的做功量，进而提高热效率，上述两种方法目前均已达到极限，仍未显著的提高热效率，且会造成大量资源浪费。

鉴于此，特提出此发明。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，相较于现有技术的热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，热效率显著提高，进而达到节能减排、保护环境和保护资源的有益效果。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，包括锅炉、汽轮机、凝汽器和回热装置，锅炉、汽轮机、凝汽器和回热装置依次首尾连接，还包括工质，工质在锅炉、汽轮机、凝汽器和回热装置中循环流通，工质为四氯化碳。

进一步，针对现有技术中存在的不足，本发明还提供一种热力锅炉蒸汽轮机式发电方法，包括如下步骤：

锅炉将液态四氯化碳加热至气态，进入汽轮机；

气态四氯化碳进入汽轮机推动汽轮机转动做功，进入凝汽器；

凝汽器将气态四氯化碳冷凝至液态，进入回热装置；

回热装置将液体四氯化碳加热至锅炉所需温度，进入锅炉，重复上述步骤。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，工质为四氯化碳，四氯化碳的常温常压下汽化热(即将单位重量下某物质从液态转换至相同温度的汽态所需的能量)为194.3KJ/kg，远低于水的2250KJ/kg，因此能大幅度降低液体气体之间相互转换时吸收或排放的能量，进而可显著提高卡诺循环过程的热效率，同时达到节能减排、保护环境和保护资源的有益效果，且本发明的方法无需对现有的工艺结构流程进行改造，成本较低。

(2)四氯化碳的临界压力为4.558MPa，临界温度为283.2℃，水的临界压力为22.565MPa，临界温度为374.15℃，四氯化碳的临界压力和临界温度均小于水的值，因此相比与水，锅炉将液态四氯化碳加热至气态进行做功时更加容易，进一步，对锅炉的要求更低，对系统的要求更小。

(3)四氯化碳的饱和蒸汽压力在25℃时为15.26KPa，水的饱和蒸汽压力在25℃时为3.2KPa，四氯化碳的饱和蒸汽压力与水接近，因此在凝汽器将气态四氯化碳冷凝至液态，无需对凝汽器做重大改动，在一方面，结合有益效果(1)，四氯化碳的汽化热为194.3KJ/kg，远低于水的汽化热2250KJ/kg，因此在凝汽器将汽四氯化碳冷凝至液态时，所消耗的能量远小于冷凝水至液体所消耗的能量。

(4)四氯化碳的熔点为-22.92℃，在冬季具有更好的停机防冻能力；四氯化碳的分解温度高，无氧条件下，分解温度为560℃，化学性质稳定，热力锅炉蒸汽轮机式发电系统为无氧无水环境，因此四氯化碳能够稳定工作；四氯化碳为灭火剂，不燃烧，没有火灾隐患；热力锅炉蒸汽轮机式发电系统为密闭循环系统，四氯化碳能重复利用，成本较低。

附图说明

图1为热力锅炉蒸汽轮机式发电系统的结构示意图。

图中：1-锅炉，2-汽轮机，3-凝汽器，4-回热装置,5-发电机。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例的一种热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，包括锅炉1、汽轮机2、凝汽器3和回热装置4，锅炉1、汽轮机2、凝汽器3和回热装置4依次首尾连接，分别将水和四氯化碳作为工质，对二者的耗能进行对比。

使用水作为工质时，发电流程如下：锅炉1将液态水加热至气态，然后进入汽轮机2；推动汽轮机2转动做功，然后进入凝汽器3，汽轮机2连接发电机5，汽轮机3转动带动发电机5转动，完成发电；凝汽器3将气态水冷凝至同温液态，然后进入回热装置4；回热装置4将液体水加热至锅炉1所需温度，然后进入锅炉1，重复上述步骤。

使用四氯化碳作为工质时，发电流程如下：锅炉1将液态四氯化碳加热至气态，然后进入汽轮机2；气态四氯化碳进入汽轮机1后推动汽轮机2转动，然后进入凝汽器3，汽轮机2连接发电机5，汽轮机2转动带动发电机5转动，完成发电；凝汽器3将气态四氯化碳冷凝至同温液态，然后进入回热装置4；回热装置4将液体四氯化碳加热至锅炉1所需温度，然后进入锅炉1，重复上述步骤。

以锅炉向汽轮机输送1GJ功为例，对比将水和四氯化碳作为工质的耗能，见表1。

表1水、四氯化碳作为工质的耗能对比

表中，工作状态为工质进入汽轮机时的状态，温差为工质进出汽轮机的温差。现有技术中锅炉1与汽轮机2两设备发电的热效率可控，即锅炉向汽轮机输送1GJ功时，通过锅炉和汽轮机技术调整，锅炉和汽轮机的效率可达到或接近原有水平，加热四氯化碳和水所消耗的能量接近，因此四氯化碳和水作为工质时，所需能量的差别主要在凝汽器，从表中可以得出，四氯化碳相较于超临界及超超临界的水，在凝汽器冷凝时所需能量均有显著降低，进而可显著提高热效率。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种热力锅炉蒸汽轮机式发电系统，其特征在于，包括锅炉、汽轮机、凝汽器和回热装置，锅炉、汽轮机、凝汽器和回热装置依次首尾连接，还包括工质，工质在锅炉、汽轮机、凝汽器和回热装置中循环流通，工质为四氯化碳。

2.一种热力锅炉蒸汽轮机式发电方法，其特征在于，包括如下步骤：

锅炉将液态四氯化碳加热至气态，进入汽轮机；

气态四氯化碳进入汽轮机推动汽轮机转动做功，进入凝汽器；

凝汽器将气态四氯化碳冷凝至液态，进入回热装置；

回热装置将液体四氯化碳加热至锅炉所需温度，进入锅炉，重复上述步骤。