CN112112735A - 一种可移动式联合循环发电系统 - Google Patents

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沈闻凯
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胡启明
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Abstract

本发明创造提供了一种可移动式联合循环发电系统，包括单级微型燃气轮机发电子系统、双级有机朗肯循环发电子系统和电池组，单级微型燃气轮机发电子系统包括Ⅰ级压气机、Ⅱ级压气机、燃烧室、透平、回热器、换热器一、换热器二、空冷发电机一、转子一和燃料泵；双级有机朗肯循环发电子系统包括Ⅰ级驱动泵、Ⅱ级驱动泵、Ⅰ级循环工质、Ⅱ级循环工质、蒸发器、Ⅰ级膨胀机、Ⅱ级膨胀机、冷凝器、冷凝泵、燃料箱、转子二和空冷发电机二；空冷发电机一和空冷发电机二均向电池组供电，电池组向用电侧供电。本发明创造系统流程简单，具有高度集成化特性，操作方便，调节范围广，污染物排放低，可针对不同的燃料和环境条件，实现发电效率的提高。

Description

一种可移动式联合循环发电系统
技术领域
本发明创造属于发电技术领域，尤其是涉及一种可移动式联合循环发电系统。
背景技术
电能在能源梯级利用中属于高阶能源，提高发电效率是每个发电系统所追求的目标。受限于装备尺寸和重量，可移动式发电系统的发电功率普遍在百千瓦级别，并且由于可移动式发电系统的运行温度和压力比固定式发电系统低很多，这导致了可移动式发电系统的发电效率很低，各可移动式发电系统在简单循环条件下的发电效率很难超过20％。因此，针对可移动式发电系统较低的运行温度和压力条件，考虑其系统高度集成化要求，有必要提出一种在保证系统移动性的基础上实现发电效率提高的一种可移动式联合循环发电系统。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种可移动式联合循环发电系统，系统流程简单，具有高度集成化特性，操作方便，调节范围广，污染物排放低，可针对不同的燃料和环境条件，实现发电效率的提高。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种可移动式联合循环发电系统，包括单级微型燃气轮机发电子系统、双级有机朗肯循环发电子系统和电池组，所述的单级微型燃气轮机发电子系统包括Ⅰ级压气机、Ⅱ级压气机、燃烧室、透平、回热器、换热器一、换热器二、空冷发电机一、转子一和燃料泵；所述双级有机朗肯循环发电子系统包括Ⅰ级驱动泵、Ⅱ级驱动泵、Ⅰ级循环工质、Ⅱ级循环工质、蒸发器、Ⅰ级膨胀机、Ⅱ级膨胀机、冷凝器、冷凝泵、燃料箱、转子二和空冷发电机二；
所述的Ⅰ级压气机、Ⅱ级压气机、透平和空冷发电机一依次排布并共用转子一；所述Ⅰ级膨胀机、Ⅱ级膨胀机和空冷发电机二依次排布并共用转子二；
Ⅰ级压气机的进气口连通空气，加压后的空气分成冷却空气和做功空气，Ⅰ级压气机的出气口分别与换热器一的热流体入口和换热器二的热流体入口连通；换热器一的热流体出口排出降温后的冷却空气，换热器一的冷流体入口与燃料泵出口连通，换热器一的冷流体出口与燃烧室连通；换热器二的热流体出口与Ⅱ级压气机的进气口连通，Ⅱ级压气机的出气口与回热器的冷流体入口连通，回热器的冷流体出口与燃烧室连通，燃烧室所生成的高温燃气进入透平做功，透平的出气口与回热器的热流体入口连通，回热器的热流体出口与蒸发器的热流体入口连通，蒸发器的热流体出口与大气连通；
燃料箱给燃料泵提供燃料，所述燃料箱与冷凝泵连通，所述冷凝泵与冷凝器的冷流体入口连通，经过冷凝泵的燃料为冷凝工质，冷凝器的冷流体出口与燃料箱的入口连通，冷凝器的高温冷凝段与Ⅰ级驱动泵、换热器二的高温换热段、蒸发器的高温蒸发段和Ⅰ级膨胀机依次连通构成Ⅰ级循环工质的循环回路，冷凝器的低温冷凝段与Ⅱ级驱动泵、换热器二的低温换热段、蒸发器的低温蒸发段和Ⅱ级膨胀机依次连通构成Ⅱ级循环工质的循环回路；
所述空冷发电机一和空冷发电机二均向电池组供电，所述电池组向用电侧供电。
进一步的，所述换热器一内的热流体为冷却空气，冷流体为燃料；所述换热器二内的热流体为做功空气，高温换热段的冷流体为Ⅰ级循环工质，低温换热段的冷流体为Ⅱ级循环工质；所述回热器内的热流体为高温燃气，冷流体为做功空气；所述蒸发器内的热流体为高温燃气，高温蒸发段的冷流体为Ⅰ级循环工质，低温蒸发段的冷流体为Ⅱ级循环工质；所述的冷凝器内高温冷凝段的热流体为Ⅰ级循环工质，低温冷凝段的热流体为Ⅱ级循环工质，冷流体为冷凝工质。
进一步的，所述换热器二包括热空气换热通道、Ⅰ级循环工质高温换热段通道和Ⅱ级循环工质低温换热段通道，且热空气换热通道同时与Ⅰ级循环工质高温换热段通道和Ⅱ级循环工质低温换热段通道进行换热，且Ⅰ级循环工质高温换热段通道和Ⅱ级循环工质低温换热段通道相互独立不连通。
进一步的，所述蒸发器包括热燃气换热通道、Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道和Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道，且热燃气换热通道同时与Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道和Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道进行换热，且Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道和Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道相互独立不连通。
进一步的，所述冷凝器包括冷凝工质换热通道、Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道和Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道，且冷凝工质换热通道同时与Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道和Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道进行换热，且Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道和Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道相互独立不连通。
进一步的，所述转子一采用空气轴承支撑，转子二采用滑动轴承支撑。
进一步的，换热器一的热流体出口排出冷却空气经管道输入空气轴承空冷发电机一和空冷发电机二的线圈。
进一步的，所述燃烧室配有高能点火器，所述高能点火器由电池组供电。
进一步的，所述燃烧室设置为贫预混燃烧室。
进一步的，所述燃料箱的体积为300-500L；所述电池组的容量为100-200kWh。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种可移动式联合循环发电系统具有以下优势：
本可移动式联合循环发电系统注重集成化设计，减少运行设备，通过精密的能源梯级利用逻辑和合理的能量损失方案，实现了系统的可移动性，提高了系统的发电效率。
本可移动式联合循环发电系统充分利用微型燃气轮机启动快、额定工况下效率高的特点，使单级微型燃气轮机发电子系统在额定工况下运行发电，避免变工况运行带来的效率降低。
本可移动式联合循环发电系统充分利用空气轴承高转速运行的特点，可使压气机和透平尺寸减小，设备重量减轻。与此同时，相较于采用水冷和氢冷的发电机，利用冷却空气的空冷发电机不需要考虑密封和防爆结构，结构复杂度降低，维护方便。冷却空气经换热器降温后，可实现冷却效率的提升，并且被加热的燃料温度升高，有助于降低燃料消耗量。
本可移动式联合循环发电系统采用贫预混燃烧室，该种燃烧室燃烧效率高，在额定工况条件下，CO排放量几乎为零，NOx排放量低于25ppm。
本可移动式联合循环发电系统的换热器、蒸发器和冷凝器充分利用不同温度区间的冷源或热源工质进行换热，实现了结构集成化设计，可大幅提高系统能源利用率，其发电效率比单级微型燃气轮机发电子系统增加25％-50％。
本可移动式联合循环发电系统利用燃料作为冷凝器的冷凝工质，与此同时系统单次运行时间短，多次运行间隔时间长，冷凝工质具有足够长时间自然降温，省去对冷凝工质降温的冷却塔，能够大幅降低系统设备尺寸和质量，并保证系统可移动性。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的一种可移动式联合循环发电系统的结构示意图；
图2为本发明创造实施例所述的换热器二的原理示意图；
图3为本发明创造实施例所述的蒸发器的原理示意图；
图4为本发明创造实施例所述的冷凝器的原理示意图。
附图标记说明：
1-单级微型燃气轮机发电子系统；2-双级有机朗肯循环发电子系统；3-电池组；4-用电侧；5-空气；6-空气轴承；7-Ⅰ级压气机；8-Ⅱ级压气机；9-转子一；10-透平；11-空冷发电机一；12-冷却空气；13-换热器一；14-做功空气；15-燃料；16-燃料泵；17-换热器二；18-回热器；19-燃烧室；20-高能点火器；21-高温燃气；22-大气；23-蒸发器；24-Ⅰ级驱动泵；25-Ⅱ级驱动泵；26-Ⅰ级循环工质；27-Ⅱ级循环工质；28-Ⅰ级膨胀机；29-滑动轴承；30-Ⅱ级膨胀机；31-转子二；32-空冷发电机二；33-冷凝器；34-燃料箱；35-冷凝泵；36-冷凝工质；17-1-热空气换热通道；17-2-Ⅰ级循环工质高温换热段通道；17-3-Ⅱ级循环工质低温换热段通道；23-1-热燃气换热通道；23-2-Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道；23-3-Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道；33-1-冷凝工质换热通道；33-2-Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道；33-3-Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1所示，一种可移动式联合循环发电系统，包括单级微型燃气轮机发电子系统1、双级有机朗肯循环发电子系统2和电池组3，所述的单级微型燃气轮机发电子系统1包括Ⅰ级压气机7、Ⅱ级压气机8、燃烧室19、透平10、回热器18、换热器一13、换热器二17、空冷发电机一11、转子一9和燃料泵16；所述双级有机朗肯循环发电子系统包括Ⅰ级驱动泵24、Ⅱ级驱动泵25、Ⅰ级循环工质26、Ⅱ级循环工质27、蒸发器23、Ⅰ级膨胀机28、Ⅱ级膨胀机30、冷凝器33、冷凝泵35、燃料箱34、转子二31和空冷发电机二32；
所述的Ⅰ级压气机7、Ⅱ级压气机8、透平10和空冷发电机一11依次排布并共用转子一9；所述Ⅰ级膨胀机28、Ⅱ级膨胀机30和空冷发电机二32依次排布并共用转子二31；
Ⅰ级压气机7的进气口连通空气5，加压后的空气5分成冷却空气12和做功空气14两部分，Ⅰ级压气机7的出气口分别与换热器一13的热流体入口和换热器二17的热流体入口连通；换热器一13的热流体出口排出降温后的冷却空气12，换热器一13的冷流体入口与燃料泵16出口连通，换热器一13的冷流体出口与燃烧室19连通；换热器二17的热流体出口与Ⅱ级压气机8的进气口连通，Ⅱ级压气机8的出气口与回热器18的冷流体入口连通，回热器18的冷流体出口与燃烧室19连通，燃烧室19所生成的高温燃气21进入透平10做功，透平10的出气口与回热器18的热流体入口连通，回热器18的热流体出口与蒸发器23的热流体入口连通，蒸发器23的热流体出口与大气22连通；
燃料箱34给燃料泵16提供燃料15，所述燃料箱34与冷凝泵35连通，所述冷凝泵35与冷凝器33的冷流体入口连通，经过冷凝泵35的燃料为冷凝工质36，冷凝器33的冷流体出口与燃料箱34的入口连通，冷凝器33的热流体高温冷凝段与Ⅰ级驱动泵24、换热器二17的热流体高温换热段、蒸发器23的冷流体高温蒸发段和Ⅰ级膨胀机28依次连通构成Ⅰ级循环工质26的循环回路，冷凝器33的热流体低温冷凝段与Ⅱ级驱动泵25、换热器二17的冷流体低温换热段、蒸发器23的冷流体低温蒸发段和Ⅱ级膨胀机30依次连通构成Ⅱ级循环工质27的循环回路；
所述空冷发电机一11和空冷发电机二32均向电池组3供电，所述电池组3向用电侧4供电。当电池组3电量低于20％-30％时，单级微型燃气轮机发电子系统1和双级有机朗肯循环发电子系统2启动，并在额定工况下运行，向电池组3充电。空冷发电机一11在单级微型燃气轮机发电子系统1启动时作为起动机使用，并由电池组3向起动机供电。空冷发电机一11和空冷发电机二32的发电效率为95％-99％。
所述的换热器一13内的热流体为冷却空气12，冷流体为燃料15；所述的换热器二17内的热流体为做功空气14，高温换热段的冷流体为Ⅰ级循环工质26，低温换热段的冷流体为Ⅱ级循环工质27；所述的回热器18内的热流体为高温燃气21，冷流体为做功空气14；所述的蒸发器23内的热流体为高温燃气21，高温蒸发段的冷流体为Ⅰ级循环工质26，低温蒸发段的冷流体为Ⅱ级循环工质27。所述的冷凝器33内的高温冷凝段的热流体为Ⅰ级循环工质26，低温冷凝段的热流体为Ⅱ级循环工质27，冷流体为冷凝工质36。
如图2-图4所示，换热器二17、蒸发器23和冷凝器33的具体结构如下：
换热器二17包括热空气换热通道17-1、Ⅰ级循环工质高温换热段通道17-2和Ⅱ级循环工质低温换热段通道17-3，且热空气换热通道17-1同时与Ⅰ级循环工质高温换热段通道17-2和Ⅱ级循环工质低温换热段通道17-3进行换热，且Ⅰ级循环工质高温换热段通道17-2和Ⅱ级循环工质低温换热段通道17-3相互独立不连通；
蒸发器23包括热燃气换热通道23-1、Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道23-2和Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道23-3，且热燃气换热通道23-1同时与Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道23-2和Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道23-3进行换热，且Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道23-2和Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道23-3相互独立不连通；
冷凝器33包括冷凝工质换热通道33-1、Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道33-2和Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道33-3，且冷凝工质换热通道33-1同时与Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道33-2和Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道33-3进行换热，且Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道33-2和Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道33-3相互独立不连通；以上如此布置在保证系统整体集成化、小型化以及利于移动的情况下，实现了精准的能量梯级利用，发电效率大大提高。
转子一9采用空气轴承6支撑，转子二31采用滑动轴承29支撑；转子一9转速设置为40000-60000rpm；转子二31转速设置为2000-4000rpm。
燃烧室19配有高能点火器20，所述高能点火器20由电池组3供电，在燃烧室19点火时运行5-10s，其电火花能量为10-15J。
燃烧室19设置为贫预混燃烧室，其燃烧效率为98％-99％。做功空气14在燃烧室19内被分为燃烧空气和掺混空气。燃烧空气经燃烧室19头部2-3级空气旋流器进入火焰筒，与燃料15发生化学反应，生成大量高温燃气21。掺混空气经燃烧室19尾部的掺混孔进入火焰筒，对高温燃气21进行降温冷却，并保护火焰筒不被烧毁。燃烧室19出口的高温燃气21温度为850-900℃、燃烧室19压损为3％-5％。
本申请的空气5经Ⅰ级压气机7加压后，分为冷却空气12和做功空气14两部分。空气5的流量为1.5-2kg/s，温度为15-25℃，压力为常压；Ⅰ级压气机7为单级离心压气机，压比为1.8-2.2，等熵效率为0.7-0.8，机械效率为0.96-0.98。冷却空气12的流量占空气5流量的3％-7％；冷却空气12经换热器一13降温后，再输入空气轴承6、空冷发电机一11和空冷发电机二32的线圈；做功空气14经换热器二17降温后，进入Ⅱ级压气机8加压，再经回热器18加热后，进入燃烧室19；
换热器二17的冷热流体压损为0.5％-1％，热流体进口温度为100-110℃，热流体出口温度为70-90℃。Ⅱ级压气机8为单级离心压气机，压比为2-2.2，等熵效率为0.7-0.8，机械效率为0.96-0.98。回热器18的冷热流体压损0.5％-1％，热流体进口温度为610-620℃，热流体出口温度为250-300℃，冷流体进口温度为190-200℃，冷流体出口温度为520-540℃。
高温燃气21经透平10膨胀做功后，再经回热器18和蒸发器23降温后排向大气22。透平10的膨胀比为3.8-4，等熵效率为0.8-0.85，机械效率为0.96-0.98。蒸发器23的冷热流体压损为0.5％-1％，热流体出口温度为90-100℃；
燃料15可为乙醇、汽油、柴油等。燃料箱34里的燃料15经燃料泵16加压后，进入换热器一13升温，再进入燃烧室19。燃料15的流量为0.02-0.03kg/s。燃料箱34的体积为300-500L。燃料泵16的出口压力为9-11bar，水力学效率为0.65-0.75，驱动机效率为0.94-0.98；
双级有机朗肯循环发电子系统2的Ⅰ级循环工质26和Ⅱ级循环工质27可为正戊烷、R245FA、水等。Ⅰ级循环工质26和Ⅱ级循环工质27分别由Ⅰ级驱动泵24和Ⅱ级驱动泵25加压，均经过换热器二17加热后，进入蒸发器23换热蒸发汽化，再分别经过Ⅰ级膨胀机28和Ⅱ级膨胀机30做功后，进入冷凝器33降温液化，完成一次循环做功；冷凝工质36和燃料15相同，冷凝工质36由冷凝泵35加压，经过冷凝器33流回燃料箱34。
本申请的双级有机朗肯循环发电子系统2共用换热器二17对Ⅰ级循环工质26和Ⅱ级循环工质27分段加热，并对做功空气14降温，降低Ⅱ级压气机8功耗。Ⅰ级循环工质26在换热器二17的Ⅰ级循环工质高温换热段通道17-2进行加热升温，Ⅱ级循环工质27在换热器二17的Ⅱ级循环工质低温换热段通道17-3进行加热升温；双级有机朗肯循环发电子系统2共用蒸发器23对Ⅰ级循环工质26和Ⅱ级循环工质27分段加热蒸发汽化。Ⅰ级循环工质26在蒸发器23的Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道23-2进行换热汽化，Ⅱ级循环工质27在蒸发器23的Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道23-3进行换热汽化；双级有机朗肯循环发电子系统2共用冷凝器33对Ⅰ级循环工质26和Ⅱ级循环工质27分段降温冷凝。Ⅰ级循环工质26在冷凝器33的Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道33-2进行降温冷凝，Ⅱ级循环工质27在冷凝器33的Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道33-3进行降温冷凝。
Ⅰ级驱动泵24的出口压力为18-22bar，水力学效率为0.65-0.75，驱动机效率为0.94-0.98。Ⅱ级驱动泵25的出口压力为4-6bar，水力学效率为0.65-0.75，驱动机效率为0.94-0.98。
Ⅰ级循环工质26和Ⅱ级循环工质27的流量比为2.5-3:1；Ⅰ级循环工质26在换热器二17的冷流体高温换热段出口温度为60-65℃，在蒸发器23的冷流体高温蒸发段出口温度为150-170℃，在冷凝器33的热流体高温冷凝段出口温度为30-40℃；Ⅱ级循环工质27在换热器二17的冷流体低温换热段出口温度为70-80℃，在蒸发器23的冷流体低温蒸发段出口温度为90-95℃，在冷凝器33的热流体低温冷凝段出口温度为30-40℃；
Ⅰ级膨胀机28的压比为17.5-21.3，等熵效率为0.8-0.9，机械效率为0.96-0.98。Ⅱ级膨胀机30的压比为3.9-5.8，等熵效率为0.8-0.9，机械效率为0.96-0.98。
冷凝工质36的流量为5-10kg/s。冷凝泵35的出口压力为1.05-1.15bar。冷凝器33的冷流体进口温度为18-22℃，冷流体出口温度为30-37℃。
本申请的一种可移动式联合循环发电系统的发电效率为30％-34％，发电功率为200-250kW。单级微型燃气轮机发电子系统1与双级有机朗肯循环发电子系统2的发电功率比例为2-4:1；电池组3的容量为100-200kWh，单次运行时间为24-60min即可充满电池组3。
下面给出一种可移动式联合循环发电系统的具体参数示例：
转子一9转速设置为42000rpm，转子二31转速设置为3000rpm，空冷发电机一11和空冷发电机二32的发电效率为98％。空气5的流量为1.7kg/s，温度为20℃，压力为常压。换热器一13的冷热流体压损为1％，热流体进口温度为105℃，热流体出口温度为45℃，冷流体进口温度为20℃，冷流体出口温度为80℃；换热器二17的冷流体压损为0.5％，热流体压损为1％，热流体进口温度为105℃，热流体出口温度为85℃。Ⅱ级压气机8为单级离心压气机，压比为2.14，等熵效率为0.75，机械效率为0.98。回热器18的冷热流体压损1％，热流体进口温度为619℃，热流体出口温度为300℃，冷流体进口温度为193℃，冷流体出口温度为530℃。燃料15为乙醇，流量为0.0275kg/s。燃料箱34的体积为400L。燃料泵16的出口压力为10bar，水力学效率为0.69，驱动机效率为0.96。燃烧室19设置为贫预混燃烧室，其燃烧效率为99％；高能点火器20由电池组3供电，在燃烧室19点火时运行8s，其电火花能量为12J；燃烧室19出口的高温燃气21温度为900℃，燃烧室19压损为3％。透平10的膨胀比为3.912，等熵效率为0.845，机械效率为0.98。蒸发器23的冷热流体压损为1％，热流体出口温度为97℃。双级有机朗肯循环发电子系统2的Ⅰ级循环工质26和Ⅱ级循环工质27为正戊烷。Ⅰ级驱动泵24的出口压力为20bar，水力学效率为0.69，驱动机效率为0.96。Ⅱ级驱动泵25的出口压力为5.2bar，水力学效率为0.69，驱动机效率为0.96。Ⅰ级循环工质26和Ⅱ级循环工质27的流量比为2.67:1。Ⅰ级循环工质的流量为0.56kg/s，Ⅱ级循环工质的流量为0.21kg/s；Ⅰ级循环工质26在换热器二17的冷流体高温换热段出口温度为62℃，在蒸发器23的冷流体高温蒸发段出口温度为162℃，在冷凝器33的热流体高温冷凝段出口温度为35℃；Ⅱ级循环工质27在换热器二17的冷流体低温换热段出口温度为75℃，在蒸发器23的冷流体低温蒸发段出口温度为94℃，在冷凝器33的热流体低温冷凝段出口温度为35℃。Ⅰ级膨胀机28的压比为19.51，等熵效率为0.845，机械效率为0.98。Ⅱ级膨胀机30的压比为5.1，等熵效率为0.845，机械效率为0.98。冷凝工质36为乙醇，流量为10kg/s。冷凝泵35的出口压力为1.1bar。冷凝器33的冷流体进口温度为20℃，冷流体出口温度为31℃。
以上参数的一种可移动式联合循环发电系统的发电效率为32.4％，发电功率为240kW。单级微型燃气轮机发电子系统1与双级有机朗肯循环发电子系统2的发电功率比例为3:1。电池组3容量为150kWh，当电池组3电量低于20％时，单级微型燃气轮机发电子系统1和双级有机朗肯循环发电子系统2启动。单次运行时间为30min即可充满电池组3。
本申请从系统集成化设计和减少运行设备两个方面保证系统的可移动性；从能源梯级利用方面，充分利用工质高温和低温特性，以精准的能源梯级利用逻辑和合理的能量损失方案，提升透平和膨胀机的做功，降低压气机和泵的功耗，减少燃料的消耗量，最终实现发电效率的最大化。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：包括单级微型燃气轮机发电子系统(1)、双级有机朗肯循环发电子系统(2)和电池组(3)，所述的单级微型燃气轮机发电子系统(1)包括Ⅰ级压气机(7)、Ⅱ级压气机(8)、燃烧室(19)、透平(10)、回热器(18)、换热器一(13)、换热器二(17)、空冷发电机一(11)、转子一(9)和燃料泵(16)；所述双级有机朗肯循环发电子系统包括Ⅰ级驱动泵(24)、Ⅱ级驱动泵(25)、Ⅰ级循环工质(26)、Ⅱ级循环工质(27)、蒸发器(23)、Ⅰ级膨胀机(28)、Ⅱ级膨胀机(30)、冷凝器(33)、冷凝泵(35)、燃料箱(34)、转子二(31)和空冷发电机二(32)；
所述的Ⅰ级压气机(7)、Ⅱ级压气机(8)、透平(10)和空冷发电机一(11)依次排布并共用转子一(9)；所述Ⅰ级膨胀机(28)、Ⅱ级膨胀机(30)和空冷发电机二(32)依次排布并共用转子二(31)；
Ⅰ级压气机(7)的进气口连通空气(5)，加压后的空气(5)分成冷却空气(12)和做功空气(14)，Ⅰ级压气机(7)的出气口分别与换热器一(13)的热流体入口和换热器二(17)的热流体入口连通；换热器一(13)的热流体出口排出降温后的冷却空气(12)，换热器一(13)的冷流体入口与燃料泵(16)出口连通，换热器一(13)的冷流体出口与燃烧室(19)连通；换热器二(17)的热流体出口与Ⅱ级压气机(8)的进气口连通，Ⅱ级压气机(8)的出气口与回热器(18)的冷流体入口连通，回热器(18)的冷流体出口与燃烧室(19)连通，燃烧室(19)所生成的高温燃气(21)进入透平(10)做功，透平(10)的出气口与回热器(18)的热流体入口连通，回热器(18)的热流体出口与蒸发器(23)的热流体入口连通，蒸发器(23)的热流体出口与大气(22)连通；
燃料箱(34)给燃料泵(16)提供燃料(15)，所述燃料箱(34)与冷凝泵(35)连通，冷凝泵(35)与冷凝器(33)的冷流体入口连通，经过冷凝泵(35)的燃料为冷凝工质(36)，冷凝器(33)的冷流体出口与燃料箱(34)的入口连通，冷凝器(33)的高温冷凝段与Ⅰ级驱动泵(24)、换热器二(17)的高温换热段、蒸发器(23)的高温蒸发段和Ⅰ级膨胀机(28)依次连通构成Ⅰ级循环工质(26)的循环回路，冷凝器(33)的低温冷凝段与Ⅱ级驱动泵(25)、换热器二(17)的低温换热段、蒸发器(23)的低温蒸发段和Ⅱ级膨胀机(30)依次连通构成Ⅱ级循环工质(27)的循环回路；
所述空冷发电机一(11)和空冷发电机二(32)均向电池组(3)供电，所述电池组(3)向用电侧(4)供电。
2.根据权利要求1所述的一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：所述换热器一(13)内的热流体为冷却空气(12)，冷流体为燃料(15)；所述换热器二(17)内的热流体为做功空气(14)，高温换热段的冷流体为Ⅰ级循环工质(26)，低温换热段的冷流体为Ⅱ级循环工质(27)；所述的回热器(18)内的热流体为高温燃气(21)，冷流体为做功空气(14)；所述蒸发器(23)内的热流体为高温燃气(21)，高温蒸发段的冷流体为Ⅰ级循环工质(26)，低温蒸发段的冷流体为Ⅱ级循环工质(27)；所述冷凝器(33)内的高温冷凝段的热流体为Ⅰ级循环工质(26)，低温冷凝段的热流体为Ⅱ级循环工质(27)，冷流体为冷凝工质(36)。
3.根据权利要求2所述的一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：所述换热器二(17)包括热空气换热通道(17-1)、Ⅰ级循环工质高温换热段通道(17-2)和Ⅱ级循环工质低温换热段通道(17-3)，且热空气换热通道(17-1)同时与Ⅰ级循环工质高温换热段通道(17-2)和Ⅱ级循环工质低温换热段通道(17-3)进行换热，且Ⅰ级循环工质高温换热段通道(17-2)和Ⅱ级循环工质低温换热段通道(17-3)相互独立不连通。
4.根据权利要求3所述的一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：所述蒸发器(23)包括热燃气换热通道(23-1)、Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道(23-2)和Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道(23-3)，且热燃气换热通道(23-1)同时与Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道(23-2)和Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道(23-3)进行换热，且Ⅰ级循环工质高温蒸发段通道(23-2)和Ⅱ级循环工质低温蒸发段通道(23-3)相互独立不连通。
5.根据权利要求4所述的一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：所述冷凝器(33)包括冷凝工质换热通道(33-1)、Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道(33-2)和Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道(33-3)，且冷凝工质换热通道(33-1)同时与Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道(33-2)和Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道(33-3)进行换热，且Ⅰ级循环工质高温冷凝段通道(33-2)和Ⅱ级循环工质低温冷凝段通道(33-3)相互独立不连通。
6.根据权利要求1所述的一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：所述转子一(9)采用空气轴承(6)支撑，转子二(31)采用滑动轴承(29)支撑。
7.根据权利要求6所述的一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：换热器一(13)的热流体出口排出冷却空气(12)经管道输入空气轴承(6)及空冷发电机一(11)和空冷发电机二(32)的线圈。
8.根据权利要求1所述的一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：所述燃烧室(19)配有高能点火器(20)，所述高能点火器(20)由电池组(3)供电。
9.根据权利要求1中任一项所述的一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：所述燃烧室(19)设置为贫预混燃烧室。
10.根据权利要求1所述的一种可移动式联合循环发电系统，其特征在于：所述燃料箱(34)的体积为300-500L；所述电池组(3)的容量为100-200kWh。
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