CN114876587B - 能源梯级利用的多级发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能源梯级利用的多级发电系统，所述能源梯级利用的多级发电系统包括：一级发电装置、第一换热装置、二级发电装置、第二换热装置和三级发电装置。一级发电装置与第一换热装置相连，一级换热工质与二级换热工质进行换热。第一换热装置与二级发电装置相连，二级发电装置利用二级换热工质中的热能进行发电。二级发电装置与第二换热装置相连，二级换热工质与三级换热工质进行换热。第二换热装置与第一换热装置相连，第二换热装置与三级发电装置相连，三级发电装置利用三级换热工质中的热能进行发电。该系统避免了能源的浪费以及实现系统中能量的梯级利用，提高系统总体效率，使整体系统达到最佳效益。

Description

能源梯级利用的多级发电系统

技术领域

本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种能源梯级利用的多级发电系统。

背景技术

随着用户的用电用热需求日益旺盛，常规背压机的热、电联产负荷分配问题一直难以解决。在面临热、电负荷供需关系变化时，常规的变工况难以在保证用户需求的前提下进行高效的能源分配，蒸汽利用率低，能源浪费严重。相关技术中，通过使用换热装置，采用余热回收的方式以解决能源浪费的问题。虽然实现了部分蒸汽的循环利用，但对于品位较低的热源，仅靠简单的换热装置，仍然不能有效利用低温余热。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种能源梯级利用的多级发电系统，该多级发电系统充分有效地利用了各级发电装置的热源，实现能量梯级利用，提高了系统总体效率。

本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统包括：一级发电装置、第一换热装置、二级发电装置、第二换热装置和三级发电装置，所述一级发电装置用于发电的工质为一级换热工质；所述一级发电装置与所述第一换热装置相连以向所述第一换热装置输送所述一级发电装置发电排出的一级换热工质，所述一级换热工质用于与流经所述第一换热装置的二级换热工质进行换热；所述第一换热装置与所述二级发电装置相连以向所述二级发电装置输送换热的所述二级换热工质，所述二级发电装置用于利用所述二级换热工质中的热能进行发电；所述二级发电装置与所述第二换热装置相连以向所述第二换热装置输送所述二级发电装置发电排出的二级换热工质，所述二级换热工质用于与流经所述第二换热装置的三级换热工质进行换热，所述第二换热装置与所述第一换热装置相连以将与所述三级换热工质换热后的所述二级换热工质输送回所述第一换热装置内再次进行换热；所述第二换热装置与所述三级发电装置相连以向所述三级发电装置输送换热的所述三级换热工质，所述三级发电装置用于利用所述三级换热工质中的热能进行发电并将发电排出的三级换热工质输送回所述第二换热装置内再次进行换热。

本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统，当热用户需求下降时，将一级发电装置排出的热量用于并网发电，从而避免能源的浪费。一级发电装置排出的热量作为二级发电装置的热源，二级发电装置排出的热量作为三级发电装置的热源，从而实现系统中能量的梯级利用，提高系统总体效率，使整体系统达到最佳效益，进而提高一级发电装置在面对用户需求发生变化时的高效灵活性。

由此，本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统解决了能源浪费的问题。

在一些实施例中，所述二级换热工质为氨-水混合物，所述第一换热装置包括循环加热器和分离器，所述循环加热器与所述分离器相连以将与所述一级换热工质换热后的氨-水混合物输送至所述分离器，所述分离器用于对所述氨-水混合物进行分离并生成氨-水蒸汽和高温饱和氨水，所述分离器与所述二级发电装置和所述第二换热装置相连，所述二级发电装置用于利用所述分离器输送的氨-水蒸汽进行发电，所述第二换热装置用于利用所述分离器输送的高温饱和氨水进行换热并转换为低温饱和氨水。

在一些实施例中，所述二级发电装置包括二级发电组件和二级冷凝器，所述二级发电组件经所述二级冷凝器与所述第二换热装置相连，所述二级冷凝器用于冷凝所述二级发电组件发电排出的所述氨-水蒸汽并将冷凝的所述氨-水蒸汽输送至所述第二换热装置。

在一些实施例中，还包括回热装置，所述回热装置具有高温介质传输通道和低温介质回热通道，所述分离器经所述高温介质传输通道与所述第二换热装置相连以向所述第二换热装置输送所述高温饱和氨水，所述第二换热装置经所述低温介质回热通道与所述循环加热器相连以向所述循环加热器输送所述低温饱和氨水，所述高温介质传输通道内的高温饱和氨水用于与所述低温介质回热通道内的低温饱和氨水进行换热。

在一些实施例中，所述三级发电装置包括三级发电组件和三级冷凝器，所述第二换热装置与所述三级发电组件相连以向所述三级发电组件输送换热的所述三级换热工质，所述三级发电组件与所述三级冷凝器相连以向所述三级冷凝器输送所述三级发电组件发电排出的所述三级换热工质，所述三级冷凝器用于冷凝所述三级发电组件发电排出的所述三级换热工质，所述三级冷凝器与所述第二换热装置相连以向所述第二换热装置输送冷凝的所述三级换热工质。

在一些实施例中，还包括一级液氮储存装置和二级液氮储存装置，所述一级液氮储存装置经所述三级冷凝器与所述二级液氮储存装置相连，所述一级液氮储存装置用于向所述三级冷凝器输送超低温液氮，所述三级冷凝器用于利用所述超低温液氮与所述三级换热工质进行换热以生成低温液氮并输送至二级液氮储存装置。

在一些实施例中，所述二级发电组件包括二级汽轮机和二级发电机，所述二级汽轮机与所述分离器、所述二级发电机和所述二级冷凝器相连，所述高温介质传输通道上设有流量阀，所述低温介质换热通道上设有二级升压泵。

在一些实施例中，所述第二换热装置为蒸发器，所述三级发电组件包括三级汽轮机和三级发电机，所述三级汽轮机与所述蒸发器、所述三级发电机和所述三级冷凝器相连。

在一些实施例中，所述三级冷凝器经管路与所述蒸发器相连，所述三级冷凝器与所述蒸发器之间的管路上设有三级升压泵。

在一些实施例中，所述三级换热工质为一氯四氟乙烷工质或一氯五氟乙烷工质。

附图说明

图1是本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统的示意图。

图2是本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统的示意图。

图3是本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统的氨-水混合物相图。

图4是本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统的氨-水混合物加热过程的热力线图。

图5是本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统的ORC循环温熵图。

附图标记：

一级发电装置1、背压机101、一级发电机102、一级升压泵103、

第一换热装置2、循环加热器201、分离器202、

二级发电装置3、二级汽轮机301、二级发电机302、二级冷凝器303、流量阀304、二级升压泵305、

第二换热装置4、蒸发器401、

三级发电装置5、三级汽轮机501、三级发电机502、三级冷凝器503、三级升压泵504、回热装置6、一级液氮储存装置7、二级液氮储存装置8。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图描述本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统。

如图1所示，本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统包括：一级发电装置1、第一换热装置2、二级发电装置3、第二换热装置4和三级发电装置5。

一级发电装置1用于发电的工质为一级换热工质。一级发电装置1与第一换热装置2相连以向第一换热装置2输送一级发电装置1发电排出的一级换热工质，一级换热工质用于与流经第一换热装置2的二级换热工质进行换热。第一换热装置2与二级发电装置3相连以向二级发电装置3输送换热的二级换热工质，二级发电装置3用于利用二级换热工质中的热能进行发电。二级发电装置3与第二换热装置4相连以向第二换热装置4输送二级发电装置3发电排出的二级换热工质，二级换热工质用于与流经第二换热装置4的三级换热工质进行换热。第二换热装置4与第一换热装置2相连以将与三级换热工质换热后的二级换热工质输送回第一换热装置2内再次进行换热。第二换热装置4与三级发电装置5相连以向三级发电装置5输送换热的三级换热工质，三级发电装置5用于利用三级换热工质中的热能进行发电并将发电排出的三级换热工质输送回第二换热装置4内再次进行换热。

其中，一级发电装置1包括背压机101和一级发电机102，背压机101与一级发电机102相连以进行发电。一级换热工质为水，背压机101排出的高温水蒸汽为二级发电装置3的热源。当热用户需求下降时，将背压机101排出的热量用于并网发电。即是将背压机101排出的高温水蒸汽输送至第一换热装置2内，使高温水蒸汽与二级换热工质进行换热，从而提高热、电负荷分配，提升背压机101在面对用户需求发生变化时的高效灵活性。

可选地，如图1和图2所示，背压机101经管路与第一换热装置2相连，背压机101将高温水蒸汽输送至第一换热装置2内，高温水蒸汽在第一换热装置2内换热后再从第一换热装置2内排出，换热后的高温水蒸汽经一级升压泵103重新输送回背压机组系统的锅炉或核能设备(图中未示出背压机101组的其余部分)进行再次加热。背压机组发电为本发明实施例的多级发电系统中的一级蒸汽循环发电系统。

进一步地，如图1所示，背压机101排出的高温蒸汽作为二级发电装置3的热源。第一换热装置2与二级发电装置3相连，流经第一换热装置2的二级换热工质在第一换热装置2内进行加热。第一换热装置2将加热后的二级换热工质输送至二级发电装置3内，二级发电装置3利用第一换热装置2输送的二级换热工质进行发电。

二级发电装置3发电排出的二级换热工质作为三级发电装置5的热源。二级发电装置3与第二换热装置4相连，二级发电装置3将发电使用完的二级换热工质排出并输送至第二换热装置4，流经第二换热装置4的三级换热工质在第二换热装置4内进行加热。第二换热装置4与第一换热装置2相连，第二换热装置4将加热完三级换热工质的二级换热工质排出并输送回第一换热装置2内再次进行加热，从而使第一换热装置2和二级发电装置3构成二级循环发电系统。

第二换热装置4将加热后的三级换热工质输送至三级发电装置5，三级发电装置5利用第二换热装置4输送的三级换热工质进行发电。三级发电装置5发电排出的三级换热工质输送回第二换热装置4内再次进行加热，从而使第二换热装置4和三级发电装置5构成三级循环发电系统。

因此，一级蒸汽循环发电系统、二级循环发电系统和三级循环发电系统共同组成本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统。二级循环用来回收一级蒸汽循环的背压机排汽，二级循环发电系统和三级循环发电系统的热源能量梯级下降，充分利用各级工质能量中的温差，明显提高系统总体效率，从而使整体系统达到最佳效益。并且，通过三级循环发电系统以对品位较低的热源进行有效利用。

本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统，当热用户需求下降时，将一级发电装置1排出的热量用于并网发电，从而避免能源的浪费。一级发电装置1排出的热量作为二级发电装置3的热源，二级发电装置3排出的热量作为三级发电装置5的热源，从而实现系统中能量的梯级利用，提高系统总体效率，使整体系统达到最佳效益，进而提高一级发电装置1在面对用户需求发生变化时的高效灵活性。

在一些实施例中，二级换热工质为氨-水混合物。如图1和图2所示，第一换热装置2包括循环加热器201和分离器202，循环加热器201与分离器202相连以将与一级换热工质换热后的氨-水混合物输送至分离器202。分离器202用于对氨-水混合物进行分离并生成氨-水蒸汽和高温饱和氨水。分离器202与二级发电装置3和第二换热装置4相连，二级发电装置3用于利用分离器202输送的氨-水蒸汽进行发电，第二换热装置4用于利用分离器202输送的高温饱和氨水进行换热并转换为低温饱和氨水。

可选地，如图2所示，循环加热器201与背压机101相连，以使背压机101排出的高温水蒸气输送至循环加热器201内。氨-水混合物在循环加热器201内经高温水蒸气进行加热，循环加热器201将加热后的氨-水混合物输送至分离器202内。分离器202将氨-水混合物进行分离，并得到氨-水蒸汽和高温饱和氨水。分离器202将氨-水蒸汽输送至二级发电装置3内，二级发电装置3利用氨-水蒸汽进行发电。

二级发电装置3将发电排出的氨-水蒸汽输送至第二换热装置4，分离器202也将分离出的高温饱和氨水输送至第二换热装置4，二级发电装置3发电排出的氨-水蒸汽和高温饱和氨水作为三级发电装置5的热源，并将其中的热量传递至三级换热工质中。高温饱和氨水的热量传递至三级换热工质后，高温饱和氨水的温度降低并转换为低温饱和氨水，低温饱和氨水输送回第一换热装置2内再次进行加热以循环使用。

可以理解的是，以氨-水混合物为工质的发电循环系统为Kalina循环，Kalina循环用来回收一级蒸汽循环的背压机101排汽。由于氨-水混合物在蒸发过程中为变温蒸发，在冷凝过程中，减少了工质吸热过程中的不可逆性，降低了热源的排烟温度，提高了热源的利用率，具有良好的低温余热利用方面的发展前景。

其中，背压机101的排汽温度不应低于140℃，以保证为氨-水混合物工质循环过程中提供足够的热源温度。通过循环加热器201对氨-水混合物工质进行加热。结合氨-水混合物在加热蒸发过程中的蒸发温度随干度不断上升的特点，可以使整个二级循环发电系统的工质循环效率提升50％以上，具有明显的节能优势。

附图3指的是氨-水混合物在不同组分情况下的蒸发比例特性，如图3所示，实线指的是氨-水液体的变化曲线，虚线指的是氨-水蒸汽的变化曲线。若氨-水混合物中的氨质量占比达到70％时，3点表示此时氨-水混合物为饱和液态。当温度上升至4点时，氨-水蒸汽为5点，蒸汽中氨质量占比为97％，氨-水液体为6点，液体中氨质量占比为34％。当温度上升至7点时，氨-水液体的绝大部分都转化为饱和氨-水蒸汽。

因此，由于这种蒸发过程变组分的特点，在蒸发过程中氨-水混合物的平均温度也不断变化。如图4所示，实线指的是氨-水混合物的变化曲线，虚线指的是加热蒸汽的变化曲线。氨-水混合物的平均蒸发温度与加热蒸汽近似平行，使得氨-水混合物平均吸热的温差降低，减少了不可逆损失，具有良好的经济效益。

在一些实施例中，如图1和图2所示，二级发电装置3包括二级发电组件和二级冷凝器303。二级发电组件经二级冷凝器303与第二换热装置4相连，二级冷凝器303用于冷凝二级发电组件发电排出的氨-水蒸汽并将冷凝的氨-水蒸汽输送至第二换热装置4。

可以理解的是，二级冷凝器303外接冷源，二级冷凝器303利用外接冷源将二级发电组件发电排出的氨-水蒸汽冷凝为液态的饱和氨水。二级冷凝器303与第二换热装置4相连，二级冷凝器303将液态的饱和氨水输送至第二换热装置4。因此，二级冷凝器303冷凝的液态的饱和氨水和分离器202分离出的高温饱和氨水均输送至第二换热装置4，以作为三级发电装置5的热源。

在一些实施例中，如图1和图2所示，还包括回热装置6，回热装置6具有高温介质传输通道和低温介质回热通道。分离器202经高温介质传输通道与第二换热装置4相连以向第二换热装置4输送高温饱和氨水，第二换热装置4经低温介质回热通道与循环加热器201相连以向循环加热器201输送低温饱和氨水。高温介质传输通道内的高温饱和氨水用于与低温介质回热通道内的低温饱和氨水进行换热。

其中，分离器202将高温饱和氨水通过高温介质传输通道输送至第二换热装置4内，输送至第二换热装置4的高温饱和氨水在第二换热装置4换热后转换为低温饱和氨水，低温饱和氨水通过低温介质回热通道输送回循环加热器201。可以理解的是，三级换热工质所需的热源温度低于分离器202分离出的高温饱和氨水温度。因此，利用分离器202分离出的高温饱和氨水对第二换热装置4输送回的低温饱和氨水进行回热，回热后的低温饱和氨水输送至循环加热器201内进行加热，进一步地提高整个系统的热能利用效率。

可选地，如图2所示，高温介质传输通道包括高温腔、第一传输管和第二传输管，低温介质回热通道包括低温腔、第一回热管和第二回热管，第二换热装置4包括二级高温输入端和二级低温输出端。

高温腔和低温腔均位于回热装置6内，高温腔内的高温饱和氨水对低温腔内的低温饱和氨水进行回热。第一传输管的一端与分离器202相连，第一传输管的另一端与高温腔相连。第二传输管的一端与第二换热装置4的二级高温输入端相连，第二传输管的另一端与高温腔相连。第一回热管的一端与第二换热装置4的二级低温输入端相连，第一回热管的另一端与低温腔相连。第二回热管的一端与第一换热装置2相连，第二回热管的另一端与低温腔相连。

在一些实施例中，如图1和图2所示，三级发电装置5包括三级发电组件和三级冷凝器503。第二换热装置4与三级发电组件相连以向三级发电组件输送换热的三级换热工质，三级发电组件与三级冷凝器503相连以向三级冷凝器503输送三级发电组件发电排出的三级换热工质，三级冷凝器503用于冷凝三级发电组件发电排出的三级换热工质，三级冷凝器503与第二换热装置4相连以向第二换热装置4输送冷凝的三级换热工质。

可选地，如图2所示，第二换热装置4还包括三级高温输出端和三级低温输入端。第二换热装置4的三级高温输出端与三级发电组件相连，三级发电组件与三级冷凝器503相连，三级冷凝器503与第二换热装置4的三级低温输入端相连。

可以理解的是，三级换热工质在第二换热装置4内加热后经三级高温输出端排出并输送至三级发电组件，三级发电组件发电排出的三级换热工质输送至三级冷凝器503，经三级冷凝器503冷凝后的三级换热工质经第二换热装置4的三级低温输入端输送回第二换热装置4内再次进行加热，从而构成了三级发电循环系统。

在一些实施例中，如图1或图2所示，还包括一级液氮储存装置7和二级液氮储存装置8，一级液氮储存装置7经三级冷凝器503与二级液氮储存装置8相连，一级液氮储存装置7用于向三级冷凝器503输送超低温液氮，三级冷凝器503用于利用超低温液氮与三级换热工质进行换热以生成低温液氮并输送至二级液氮储存装置8。

其中，一级液氮储存装置7包括液氮储罐和超低温冷库，二级液氮储存装置8为低温冷库，液氮储罐、超低温冷库和低温冷库依次相连并组成液氮冷能梯级利用系统。液氮储罐内液氮的热力状态为1.6MPa，-196℃，超低温冷库的温度小于-50℃，低温冷库的温度小于-20℃。由于需要将液氮气化，达到一定温度压力状态后才能直接供给化工或冷链用户进行使用。因此，在液氮进入最终用户之前，会在中间级联冷库用户，将冷能根据不同冷库用户特点进行分级利用。

可以理解的是，一级液氮储存装置7用于向三级冷凝器503输送超低温液氮，以实现冷凝三级发电组件发电排出的三级换热工质的作用，超低温液氮进行冷凝后转换为低温液氮并输送至二级液氮储存装置8。将超低温冷库经三级冷凝器503与低温冷库相连，以使超低温冷库向低温冷库输送的氮气在三级冷凝器503换热后再输送至低温冷库，从而获得温度适宜的氮气，还避免了能源的浪费。

在一些实施例中，如图1和图2所示，二级发电组件包括二级汽轮机301和二级发电机302，二级汽轮机301与分离器202、二级发电机302和二级冷凝器303相连，高温介质传输通道上设有流量阀304，低温介质换热通道上设有二级升压泵305。

可选地，如图2所示，分离器202与二级汽轮机301相连以将氨-水蒸汽输送至二级汽轮机301内，二级汽轮机301与二级发电机302相连并利用氨-水蒸汽进行发电。在二级汽轮机301内膨胀后的氨-水蒸汽输送至二级冷凝器303进行冷凝。

进一步地，如图2所示，流量阀304设在高温介质传输通道上，流量阀304用于调节分离器202分离出的高温饱和氨水输送的流量。二级升压泵305设在低温介质换热通道上，二级升压泵305用于对第二换热装置4输送至回热装置6的低温饱和氨水进行增压。具体地，如图2所示，流量阀304设在第二传输管上，二级升压泵305设在第一回热管上。

在一些实施例中，如图1和图2所示，第二换热装置4为蒸发器401，三级发电组件包括三级汽轮机501和三级发电机502，三级汽轮机501与蒸发器401、三级发电机502和三级冷凝器503相连。

可以理解的是，液态的三级换热工质在蒸发器401内蒸发换热并转换为气态的三级换热工质，气态的三级换热工质输送至三级汽轮机501内进行压缩膨胀，从而驱动三级发电机502发电。三级汽轮机501将压缩膨胀的三级换热工质排出并输送至三级冷凝器503，经超低温液氮冷凝后将气态的三级换热工质冷凝为液态的三级换热工质并输送回蒸发器401再次进行蒸发换热。

在一些实施例中，如图2所示，三级冷凝器503经管路与蒸发器401相连，三级冷凝器503与蒸发器401之间的管路上设有三级升压泵504。其中，三级升压泵504用于对三级冷凝器503输送至蒸发器401的液态的三级换热工质进行增压。

可选地，蒸发器401、三级汽轮机501、三级发电机502、三级冷凝器503和三级升压泵504共同组成有机朗肯循环。进一步地，由于进入三级冷凝器503内的冷凝液温度小于-50℃，故此循环适用于沸点在-30℃左右的有机工质。具体地，三级换热工质为一氯四氟乙烷工质或一氯五氟乙烷工质，从而可以更好地匹配超低温冷库和低温冷库之间的温差。

进一步地，蒸发器401的热源与三级冷凝器503的冷源之间的温差应不低于50℃。以二级冷凝器303冷凝的液态的饱和氨水和分离器202分离出的高温饱和氨水作为蒸发器401的热源时，该热源温度应不低于10℃，最高不超过35℃。以超低温冷库出口液氮为冷源时，该冷源温度应不高于-40℃，最低不低于-45℃。

可以理解的是，对于ORC(有机朗肯循环)系统，系统蒸发压力对其影响是积极的，即蒸发压力的增加可提高热力学第一效率，但蒸发压力的增加会导致泵耗功增加明显。ORC通常蒸发压力可在1-3MPa之间，需保证工质在此蒸发压力时的蒸发温度与热源温度相匹配。并且，冷凝压力对ORC系统性能的影响随着冷凝压力的增加，ORC系统性能有所降低。但是冷凝压力需大于环境压力，因此可取系统冷凝压力略大于环境压力。在选择三级换热工质时，应保证工质在冷凝压力下的冷凝温度与液氮温度相匹配，以减小冷损失。

例如，如图5所示，a-a`-b-c-c`-d-a为有机朗肯循环。来自三级升压泵504的高压液态的三级换热工质(状态点a`)在蒸发器401中加热后转变为过热气态的三级换热工质(状态点c或c`)。然后，过热气态的三级换热工质进入三级汽轮机501膨胀做功，用于拖动三级发电机502等其它耗功设备。膨胀过程结束后有机气态的三级换热工质的状态点到d，三级汽轮机501排汽在三级冷凝器503内被超低温冷库的液氮(<-50℃)从状态点d冷凝到状态点a，并通过三级升压泵504增压到状态点a`，形成封闭的有机朗肯循环。

由此，本发明实施例的能源梯级利用的多级发电系统，通过四个分系统(一级蒸汽循环发电系统、二级Kalina循环发电系统、三级朗肯循环发电系统、液氮冷能梯级利用系统)热力学过程相互耦合。充分利用深冷液氮工质的冷能，通过氨-水工质的变温蒸发特性，减少不可逆损失。并通过三级朗肯循环发电系统耦合级联，实现能量梯级下降，以获得整体系统的最佳效益。

此外，该系统将一级蒸汽循环发电系统的排汽与液氮冷能梯级利用系统进行能量体积划分，尽可能减小工质能量利用过程中的各级温差，明显提高系统总体效率。对比相关技术中，一方面将原电站的排汽温度利用Kalina循环吸收做功，另一方面将原电站冷源温度与冷库液氮的温度之间的温差采用有机朗肯循环系统进行耦合，对液氮冷能进行再利用。从而大幅度提高电厂的热功转换效率，具有巨大的经济效益和良好应用前景。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种能源梯级利用的多级发电系统，其特征在于，包括：

一级发电装置，所述一级发电装置用于发电的工质为一级换热工质；

第一换热装置，所述一级发电装置与所述第一换热装置相连以向所述第一换热装置输送所述一级发电装置发电排出的一级换热工质，所述一级换热工质用于与流经所述第一换热装置的二级换热工质进行换热；

二级发电装置，所述第一换热装置与所述二级发电装置相连以向所述二级发电装置输送换热的所述二级换热工质，所述二级发电装置用于利用所述二级换热工质中的热能进行发电；

第二换热装置，所述二级发电装置与所述第二换热装置相连以向所述第二换热装置输送所述二级发电装置发电排出的二级换热工质，所述二级换热工质用于与流经所述第二换热装置的三级换热工质进行换热，所述第二换热装置与所述第一换热装置相连以将与所述三级换热工质换热后的所述二级换热工质输送回所述第一换热装置内再次进行换热；

三级发电装置，所述第二换热装置与所述三级发电装置相连以向所述三级发电装置输送换热的所述三级换热工质，所述三级发电装置用于利用所述三级换热工质中的热能进行发电并将发电排出的三级换热工质输送回所述第二换热装置内再次进行换热；

所述二级换热工质为氨-水混合物，所述第一换热装置包括循环加热器和分离器，所述循环加热器与所述分离器相连以将与所述一级换热工质换热后的氨-水混合物输送至所述分离器，所述分离器用于对所述氨-水混合物进行分离并生成氨-水蒸汽和高温饱和氨水，所述分离器与所述二级发电装置和所述第二换热装置相连，所述二级发电装置用于利用所述分离器输送的氨-水蒸汽进行发电，所述第二换热装置用于利用所述分离器输送的高温饱和氨水进行换热并转换为低温饱和氨水。

2.根据权利要求1所述的能源梯级利用的多级发电系统，其特征在于，所述二级发电装置包括二级发电组件和二级冷凝器，所述二级发电组件经所述二级冷凝器与所述第二换热装置相连，所述二级冷凝器用于冷凝所述二级发电组件发电排出的所述氨-水蒸汽并将冷凝的所述氨-水蒸汽输送至所述第二换热装置。

3.根据权利要求2所述的能源梯级利用的多级发电系统，其特征在于，还包括回热装置，所述回热装置具有高温介质传输通道和低温介质回热通道，所述分离器经所述高温介质传输通道与所述第二换热装置相连以向所述第二换热装置输送所述高温饱和氨水，所述第二换热装置经所述低温介质回热通道与所述循环加热器相连以向所述循环加热器输送所述低温饱和氨水，所述高温介质传输通道内的高温饱和氨水用于与所述低温介质回热通道内的低温饱和氨水进行换热。

4.根据权利要求1所述的能源梯级利用的多级发电系统，其特征在于，所述三级发电装置包括三级发电组件和三级冷凝器，所述第二换热装置与所述三级发电组件相连以向所述三级发电组件输送换热的所述三级换热工质，所述三级发电组件与所述三级冷凝器相连以向所述三级冷凝器输送所述三级发电组件发电排出的所述三级换热工质，所述三级冷凝器用于冷凝所述三级发电组件发电排出的所述三级换热工质，所述三级冷凝器与所述第二换热装置相连以向所述第二换热装置输送冷凝的所述三级换热工质。

5.根据权利要求4所述的能源梯级利用的多级发电系统，其特征在于，还包括一级液氮储存装置和二级液氮储存装置，所述一级液氮储存装置经所述三级冷凝器与所述二级液氮储存装置相连，所述一级液氮储存装置用于向所述三级冷凝器输送超低温液氮，所述三级冷凝器用于利用所述超低温液氮与所述三级换热工质进行换热以生成低温液氮并输送至二级液氮储存装置。

6.根据权利要求3所述的能源梯级利用的多级发电系统，其特征在于，所述二级发电组件包括二级汽轮机和二级发电机，所述二级汽轮机与所述分离器、所述二级发电机和所述二级冷凝器相连，所述高温介质传输通道上设有流量阀，所述低温介质回热通道上设有二级升压泵。

7.根据权利要求4所述的能源梯级利用的多级发电系统，其特征在于，所述第二换热装置为蒸发器，所述三级发电组件包括三级汽轮机和三级发电机，所述三级汽轮机与所述蒸发器、所述三级发电机和所述三级冷凝器相连。

8.根据权利要求7所述的能源梯级利用的多级发电系统，其特征在于，所述三级冷凝器经管路与所述蒸发器相连，所述三级冷凝器与所述蒸发器之间的管路上设有三级升压泵。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的能源梯级利用的多级发电系统，其特征在于，所述三级换热工质为一氯四氟乙烷工质或一氯五氟乙烷工质。