CN117927375A - 多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置 - Google Patents

多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供多能携同燃气‑蒸汽联合循环动力装置，属于热力学与热动技术领域。外部有低品位燃料通道与燃烧室连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室连通，外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有第一空气通道经回热器、膨胀机和蒸发器与外部连通，压缩机有第二空气通道与燃烧室连通，燃烧室有燃气通道与第二燃烧室连通，第二燃烧室还有燃气通道与第三燃烧室连通，第三燃烧室还有燃气通道经燃气轮机、回热器和蒸发器与外部连通；冷凝器经升压泵和蒸发器与汽轮机连通，汽轮机还有低压蒸汽通道与冷凝器连通，冷凝器还有冷却介质通道与外部连通，形成多能携同燃气‑蒸汽联合循环动力装置。

Description

多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置
技术领域：
本发明属于热力学与热动技术领域。
背景技术：
燃料有不同的种类和特性，人们采用相同或不同的热变功原理，构建不同的系统装置，付出相应建设成本，从而实现各类燃料转换为机械能；从动力/电力生产的全局角度看，设法减少热变功装置的数量具有重要意义。
受工作原理、工质性质、材料性质和安全性等因素所限制，燃料的燃烧过程存在温差不可逆损失；一般情况下，燃料形成的热源温度越高，燃烧过程中的温差不可逆损失越大。
为提高热效率，必须使循环工质在获得高温热负荷之后形成尽可能高的温度；不过，此时高温膨胀机排放循环工质的温度随之升高、排放热量随之增大，热动系统中的传热温差损失随之增大——这对提升热变功效率带来不利影响。
本着简单、主动、安全、高效地利用能源获得动力的原则，本发明给出了高品位燃料、中品位燃料和低品位燃料之间梯级携同，流程合理，结构简单，热动装置系统性温差不可逆损失小，具有合理的热力学完善度和高性价比的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
发明内容：
本发明主要目的是要提供多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，具体发明内容分项阐述如下：
1.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵和冷凝器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室连通，外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有第一空气通道经回热器与膨胀机连通，膨胀机还有空气通道经蒸发器与外部连通，压缩机还有第二空气通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与第二燃烧室连通，第二燃烧室还有燃气通道与第三燃烧室连通，第三燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有燃气通道经回热器和蒸发器与外部连通；冷凝器有冷凝液管路经升压泵与蒸发器连通之后蒸发器再有蒸汽通道与汽轮机连通，汽轮机还有低压蒸汽通道与冷凝器连通；冷凝器还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
2.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵和冷凝器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室连通，外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有第一空气通道经回热器与膨胀机连通，膨胀机还有空气通道经蒸发器与外部连通，压缩机还有第二空气通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与第二燃烧室连通，第二燃烧室还有燃气通道与第三燃烧室连通，第三燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有燃气通道经回热器与自身连通之后燃气轮机再有燃气通道经蒸发器与外部连通；冷凝器有冷凝液管路经升压泵与蒸发器连通之后蒸发器再有蒸汽通道与汽轮机连通，汽轮机还有低压蒸汽通道与冷凝器连通；冷凝器还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
3.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室连通，外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有第一空气通道经回热器与膨胀机连通，膨胀机还有空气通道经蒸发器与外部连通，压缩机还有第二空气通道经第二回热器与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与第二燃烧室连通，第二燃烧室还有燃气通道与第三燃烧室连通，第三燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有燃气通道经第二回热器、回热器和蒸发器与外部连通；冷凝器有冷凝液管路经升压泵与蒸发器连通之后蒸发器再有蒸汽通道与汽轮机连通，汽轮机还有低压蒸汽通道与冷凝器连通；冷凝器还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
4.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室连通，外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有第一空气通道经回热器与膨胀机连通，膨胀机还有空气通道经蒸发器与外部连通，压缩机还有第二空气通道经第二回热器与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与第二燃烧室连通，第二燃烧室还有燃气通道与第三燃烧室连通，第三燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有燃气通道经第二回热器和回热器与自身连通之后燃气轮机再有燃气通道经蒸发器与外部连通；冷凝器有冷凝液管路经升压泵与蒸发器连通之后蒸发器再有蒸汽通道与汽轮机连通，汽轮机还有低压蒸汽通道与冷凝器连通；冷凝器还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
5.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室连通，外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有第一空气通道经回热器与膨胀机连通，膨胀机还有空气通道经蒸发器与外部连通，压缩机还有第二空气通道经第二回热器与自身连通之后压缩机再有空气通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与第二燃烧室连通，第二燃烧室还有燃气通道与第三燃烧室连通，第三燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有燃气通道经第二回热器、回热器和蒸发器与外部连通；冷凝器有冷凝液管路经升压泵与蒸发器连通之后蒸发器再有蒸汽通道与汽轮机连通，汽轮机还有低压蒸汽通道与冷凝器连通；冷凝器还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
6.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室连通，外部有空气通道与压缩机连通，压缩机还有第一空气通道经回热器与膨胀机连通，膨胀机还有空气通道经蒸发器与外部连通，压缩机还有第二空气通道经第二回热器与自身连通之后压缩机再有空气通道与燃烧室连通，燃烧室还有燃气通道与第二燃烧室连通，第二燃烧室还有燃气通道与第三燃烧室连通，第三燃烧室还有燃气通道与燃气轮机连通，燃气轮机还有燃气通道经第二回热器与自身连通之后燃气轮机再有燃气通道经回热器和蒸发器与外部连通；冷凝器有冷凝液管路经升压泵与蒸发器连通之后蒸发器再有蒸汽通道与汽轮机连通，汽轮机还有低压蒸汽通道与冷凝器连通；冷凝器还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机连接压缩机并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
7.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在第1-2、5-6项所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机有第二空气通道与燃烧室连通调整为压缩机有第二空气通道分成两路——第一路与燃烧室连通和第二路经燃烧室与第二燃烧室连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
8.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在第3或第4项所述的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机有第二空气通道经第二回热器与燃烧室连通调整为压缩机有第二空气通道经第二回热器之后分成两路——第一路与燃烧室连通和第二路经燃烧室与第二燃烧室连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
9.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在第1-2、5-6项所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机有第二空气通道与燃烧室连通调整为压缩机有第二空气通道分成两路——第一路与燃烧室连通和第二路经燃烧室、第二燃烧室与第三燃烧室连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
10.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在第3或第4项所述的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机有第二空气通道经第二回热器与燃烧室连通调整为压缩机有第二空气通道经第二回热器之后分成两路——第一路与燃烧室连通和第二路经燃烧室、第二燃烧室与第三燃烧室连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
11.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在第1-10项所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加扩压管和第二蒸发器，将蒸发器有空气通道与外部连通调整为蒸发器有空气通道经第二蒸发器与外部连通，将蒸发器有燃气通道与外部连通调整为蒸发器有燃气通道经第二蒸发器与外部连通；将升压泵有冷凝液管路与蒸发器连通调整为升压泵有冷凝液管路与第二蒸发器连通之后第二蒸发器再有湿蒸汽通道经扩压管与蒸发器连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
12.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在第1-11项所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加第二升压泵和低温回热器，将冷凝器有冷凝液管路与升压泵连通调整为冷凝器有冷凝液管路经第二升压泵与低温回热器连通，汽轮机增设抽汽通道与低温回热器连通，低温回热器再有冷凝液管路与升压泵连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
13.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在第11项所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加膨胀增速机并取代汽轮机，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
14.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在第1-12项所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加膨胀增速机并取代汽轮机，增加新增扩压管并取代升压泵，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
附图说明：
图1是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第1种原则性热力系统图。
图2是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第2种原则性热力系统图。
图3是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第3种原则性热力系统图。
图4是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第4种原则性热力系统图。
图5是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第5种原则性热力系统图。
图6是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第6种原则性热力系统图。
图7是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第7种原则性热力系统图。
图8是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第8种原则性热力系统图。
图9是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第9种原则性热力系统图。
图10是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第10种原则性热力系统图。
图11是依据本发明所提供的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置第11种原则性热力系统图。
图中，1-压缩机，2-膨胀机，3-燃气轮机，4-燃烧室，5-第二燃烧室，6-第三燃烧室，7-回热器，8-蒸发器，9-汽轮机，10-升压泵，11-冷凝器，12-第二回热器，13-扩压管，14-第二蒸发器，15-第二升压泵；A-膨胀增速机，B-新增扩压管。
关于低品位燃料、中品位燃料和高品位燃料，这里给出简要说明：
(1)低品位燃料：指的是燃烧产物难以形成较高温度的高温热源的燃料。
(2)高品位燃料：指的是燃烧产物能够形成更高温度的高温热源的燃料。
(3)受限于现行技术条件或材料性能等原因，尤其对于需要通过间接手段向循环工质提供驱动热负荷的燃料来说，以现行技术条件下能够使循环工质所能达到的温度高低来划分其品位高低——使循环工质能够达到的温度更高者为高品位燃料，使循环工质能够达到的温度较低者为低品位燃料。
(4)中品位燃料：指的是燃烧产物所能够形成的热源温度介于高品位燃料和低品位燃料的燃烧产物所能够形成的最高温度之间的燃料。
(5)对固体燃料来说，燃烧产物的气态物质是构成热源的核心，是热力系统的重要组成部分；而燃烧产物中的固态物质，如废渣，在其含有热能得到利用(利用流程及设备包含在燃烧室内或在燃烧室本体之外预热空气)之后被排出，不单独列出，其作用不单独表述；另外，各燃烧室的空气和燃气通过进出燃烧室带走的小部分热量，在流程表述时常被忽略。
※关于附图绘制和相关表述，这里给出简要声明：
关于附图绘制：以附图1为例，为简化附图绘制，“膨胀机2还有空气通道经蒸发器8与外部连通”和“燃气轮机3还有燃气通道经回热器7和蒸发器8与外部连通”，在图1中是采用将空气通道和燃气通道共用一条通道的绘制方式来表示的；还要说明的是，空气和燃气在进入蒸发器8之前汇合或分别流经蒸发器8之后汇合为燃气，均为可选择方案。
具体实施方式：
首先要说明的是，在结构和流程的表述上，非必要情况下不重复进行，对显而易见的流程不作表述。下面结合附图和实例来详细描述本发明。
图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵和冷凝器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室4连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室5连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室6连通，外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有第一空气通道经回热器7与膨胀机2连通，膨胀机2还有空气通道经蒸发器8与外部连通，压缩机1还有第二空气通道与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与第二燃烧室5连通，第二燃烧室5还有燃气通道与第三燃烧室6连通，第三燃烧室6还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有燃气通道经回热器7和蒸发器8与外部连通；冷凝器11有冷凝液管路经升压泵10与蒸发器8连通之后蒸发器8再有蒸汽通道与汽轮机9连通，汽轮机9还有低压蒸汽通道与冷凝器11连通；冷凝器11还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1并传输动力。
(2)流程上，外部空气进入压缩机1升压升温，至一定程度之后分成两路——第一路流经回热器7吸热升温、流经膨胀机2降压作功和流经蒸发器8放热降温之后对外排放，第二路继续升压升温之后进入燃烧室4参与燃烧；外部低品位燃料进入燃烧室4，燃料和压缩空气在燃烧室4内混合并燃烧生成温度较高且富含氧气的一段燃气，之后进入第二燃烧室5参与燃烧；外部中品位燃料进入第二燃烧室5，燃料和一段燃气在第二燃烧室5内混合并燃烧生成温度更高且含有氧气的二段燃气，之后进入第三燃烧室6参与燃烧；外部高品位燃料进入第三燃烧室6，燃料和二段燃气在第三燃烧室6内混合并燃烧生成高温燃气，之后提供给燃气轮机3；高温燃气流经燃气轮机3降压作功，流经回热器7和蒸发器8逐步放热降温，之后对外排放；冷凝器11排放的冷凝液流经升压泵10升压，流经蒸发器8吸热升温和汽化，流经汽轮机9降压作功，之后进入冷凝器11放热冷凝；低品位燃料通过燃烧室4提供驱动热负荷，中品位燃料通过第二燃烧室5提供驱动热负荷，高品位燃料通过第三燃烧室6提供驱动热负荷，冷却介质通过冷凝器11带走低温热负荷，空气和燃气通过进出系统带走排放热负荷；膨胀机2、燃气轮机3和汽轮机9输出的功提供给压缩机1和外部作动力，或膨胀机2、燃气轮机3和汽轮机9输出的功提供给压缩机1、升压泵10和外部作动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图2所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵和冷凝器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室4连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室5连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室6连通，外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有第一空气通道经回热器7与膨胀机2连通，膨胀机2还有空气通道经蒸发器8与外部连通，压缩机1还有第二空气通道与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与第二燃烧室5连通，第二燃烧室5还有燃气通道与第三燃烧室6连通，第三燃烧室6还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有燃气通道经回热器7与自身连通之后燃气轮机3再有燃气通道经蒸发器8与外部连通；冷凝器11有冷凝液管路经升压泵10与蒸发器8连通之后蒸发器8再有蒸汽通道与汽轮机9连通，汽轮机9还有低压蒸汽通道与冷凝器11连通；冷凝器11还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1并传输动力。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：第三燃烧室6排放的高温燃气进入燃气轮机3降压作功，至一定程度之后流经回热器7放热降温，然后进入燃气轮机3继续降压作功，再之后流经蒸发器8放热降温和对外排放，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图3所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室4连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室5连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室6连通，外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有第一空气通道经回热器7与膨胀机2连通，膨胀机2还有空气通道经蒸发器8与外部连通，压缩机1还有第二空气通道经第二回热器12与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与第二燃烧室5连通，第二燃烧室5还有燃气通道与第三燃烧室6连通，第三燃烧室6还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有燃气通道经第二回热器12、回热器7和蒸发器8与外部连通；冷凝器11有冷凝液管路经升压泵10与蒸发器8连通之后蒸发器8再有蒸汽通道与汽轮机9连通，汽轮机9还有低压蒸汽通道与冷凝器11连通；冷凝器11还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1并传输动力。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：压缩机1排放的第二路空气流经第二回热器12吸热升温，之后进入燃烧室4参与燃烧；燃气轮机3排放的燃气流经第二回热器12、回热器7和蒸发器8逐步放热降温，之后进对外排放，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图4所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室4连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室5连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室6连通，外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有第一空气通道经回热器7与膨胀机2连通，膨胀机2还有空气通道经蒸发器8与外部连通，压缩机1还有第二空气通道经第二回热器12与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与第二燃烧室5连通，第二燃烧室5还有燃气通道与第三燃烧室6连通，第三燃烧室6还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有燃气通道经第二回热器12和回热器7与自身连通之后燃气轮机3再有燃气通道经蒸发器8与外部连通；冷凝器11有冷凝液管路经升压泵10与蒸发器8连通之后蒸发器8再有蒸汽通道与汽轮机9连通，汽轮机9还有低压蒸汽通道与冷凝器11连通；冷凝器11还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1并传输动力。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：压缩机1排放的第二路空气流经第二回热器12吸热升温，之后进入燃烧室4参与燃烧；第三燃烧室6排放的高温燃气进入燃气轮机3降压作功，至一定程度之后流经第二回热器12和回热器7逐步放热降温，然后进入燃气轮机3继续降压作功，再之后流经蒸发器8放热降温和对外排放，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图5所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室4连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室5连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室6连通，外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有第一空气通道经回热器7与膨胀机2连通，膨胀机2还有空气通道经蒸发器8与外部连通，压缩机1还有第二空气通道经第二回热器12与自身连通之后压缩机1再有空气通道与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与第二燃烧室5连通，第二燃烧室5还有燃气通道与第三燃烧室6连通，第三燃烧室6还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有燃气通道经第二回热器12、回热器7和蒸发器8与外部连通；冷凝器11有冷凝液管路经升压泵10与蒸发器8连通之后蒸发器8再有蒸汽通道与汽轮机9连通，汽轮机9还有低压蒸汽通道与冷凝器11连通；冷凝器11还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1并传输动力。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：外部空气进入压缩机1升压升温，至一定程度之后分成两路——第一路流经回热器7吸热升温之后进入膨胀机2降压作功，第二路继续升压升温至一定程度之后进入第二回热器12吸热升温；第二回热器12排放的空气进入压缩机1继续升压升温，之后进入燃烧室4参与燃烧；燃气轮机3排放的燃气流经第二回热器12、回热器7和蒸发器8逐步放热降温，之后对外排放，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图6所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室4连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室5连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室6连通，外部有空气通道与压缩机1连通，压缩机1还有第一空气通道经回热器7与膨胀机2连通，膨胀机2还有空气通道经蒸发器8与外部连通，压缩机1还有第二空气通道经第二回热器12与自身连通之后压缩机1再有空气通道与燃烧室4连通，燃烧室4还有燃气通道与第二燃烧室5连通，第二燃烧室5还有燃气通道与第三燃烧室6连通，第三燃烧室6还有燃气通道与燃气轮机3连通，燃气轮机3还有燃气通道经第二回热器12与自身连通之后燃气轮机3再有燃气通道经回热器7和蒸发器8与外部连通；冷凝器11有冷凝液管路经升压泵10与蒸发器8连通之后蒸发器8再有蒸汽通道与汽轮机9连通，汽轮机9还有低压蒸汽通道与冷凝器11连通；冷凝器11还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机3连接压缩机1并传输动力。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：外部空气进入压缩机1升压升温，至一定程度之后分成两路——第一路流经回热器7吸热升温之后进入膨胀机2降压作功，第二路继续升压升温至一定程度之后进入第二回热器12吸热升温；第二回热器12排放的空气进入压缩机1继续升压升温，之后进入燃烧室4参与燃烧；第三燃烧室6排放的高温燃气进入燃气轮机3降压作功，至一定程度之后流经第二回热器12放热降温，然后进入燃气轮机3继续降压作功，再之后流经回热器7和蒸发器8逐步放热降温并对外排放，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图7所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，在图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机1有第二空气通道与燃烧室4连通调整为压缩机1有第二空气通道分成两路——第一路与燃烧室4连通和第二路经燃烧室4与第二燃烧室5连通。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：压缩机1排放的第二路空气分成两路——第一路进入燃烧室4参与燃烧，第二路流经燃烧室4吸热升温之后进入第二燃烧室5参与燃烧；燃料和压缩空气在燃烧室4内混合并燃烧生成一段燃气，一段燃气放热于流经燃烧室4的压缩空气之后进入第二燃烧室5；燃料、一段燃气和压缩空气在第二燃烧室5内混合并燃烧生成二段燃气，之后进入第三燃烧室6参与燃烧，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图8所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，在图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机1有第二空气通道与燃烧室4连通调整为压缩机1有第二空气通道分成两路——第一路与燃烧室4连通和第二路经燃烧室4、第二燃烧室5与第三燃烧室7连通。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：压缩机1排放的第二路空气分成两路——第一路进入燃烧室4参与燃烧，第二路流经燃烧室4和第二燃烧室5逐步吸热升温之后进入第三燃烧室6参与燃烧；燃料和压缩空气在燃烧室4内混合并燃烧生成一段燃气，一段燃气放热于流经燃烧室4的压缩空气之后进入第二燃烧室5；燃料、一段燃气和压缩空气在第二燃烧室5内混合并燃烧生成二段燃气，二段燃气放热于流经第二燃烧室5的压缩空气之后进入第三燃烧室6；燃料、二段燃气和压缩空气在第三燃烧室6内混合并燃烧生成高温燃气，之后提供给燃气轮机3，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图9所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，在图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加扩压管和第二蒸发器，将蒸发器8有空气通道与外部连通调整为蒸发器8有空气通道经第二蒸发器14与外部连通，将蒸发器8有燃气通道与外部连通调整为蒸发器8有燃气通道经第二蒸发器14与外部连通；将升压泵10有冷凝液管路与蒸发器8连通调整为升压泵10有冷凝液管路与第二蒸发器14连通之后第二蒸发器14再有湿蒸汽通道经扩压管13与蒸发器8连通。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：膨胀机2排放的空气流经蒸发器8和第二蒸发器14逐步放热降温，之后对外排放；回热器7排放的燃气流经蒸发器8和第二蒸发器14逐步放热降温，之后对外排放；冷凝器11排放的冷凝液流经升压泵10升压，流经第二蒸发器14吸热升温、部分汽化和增速，流经扩压管14降速升压，之后进入蒸发器8吸热汽化，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图10所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，在图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加第二升压泵和低温回热器，将冷凝器11有冷凝液管路与升压泵10连通调整为冷凝器11有冷凝液管路经第二升压泵15与低温回热器16连通，汽轮机9增设抽汽通道与低温回热器16连通，低温回热器16再有冷凝液管路与升压泵10连通。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：冷凝器11排放的冷凝液流经第二升压泵15升压之后进入低温回热器16，与来自汽轮机9的抽汽混合、吸热和升温，抽汽放热成冷凝液；低温回热器16的冷凝液流经升压泵10升压，流经蒸发器8吸热升温和汽化，之后进入汽轮机9降压作功；进入汽轮机9的蒸汽降压作功，至一定程度之后分成两路——第一路提供给低温回热器16，第二路继续降压作功之后进入冷凝器11放热并冷凝，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
图11所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置是这样实现的：
(1)结构上，在图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加膨胀增速机A并取代汽轮机9，增加新增扩压管B并取代升压泵10。
(2)流程上，与图1所示的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置相比较，不同之处在于：冷凝器11的冷凝液流经新增扩压管B降速升压，流经蒸发器8吸热汽化，流经膨胀增速机A降压作功并增速，之后进入冷凝器11放热冷凝；膨胀机2、燃气轮机3和膨胀增速机A输出的功提供给压缩机1和外部作动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，具有如下效果和优势：
(1)高品位燃料、中品位燃料和低品位燃料，共用一体化热变功系统，性价比高。
(2)气体(蒸汽)之间回热环节温差利用程度高，提升热变功效率；气体(蒸汽)工质与液体工质之间的回热环节，气体工质流量大且温度变化区间相对较窄，有利于降低温差不可逆损失，提升热变功效率。
(3)驱动能源提供驱动热负荷环节，节温差损失小，热力学完善度高。
(4)低品位燃料借助于中品位燃料发挥更大作用，显著提升中品位燃料转换为机械能的利用价值。
(5)中品位燃料借助于高品位燃料发挥更大作用，显著提升高品位燃料转换为机械能的利用价值。
(6)高品位燃料、中品位燃料和低品位燃料之间，实现跨品位携同，温差损失小，热力学完善度高。
(7)驱动热负荷实现分级利用，系统温差不可逆损失小，热变功效率及热力学完善度高。
(8)低品位燃料可用于或有助于降低顶部循环升压比，提升循环工质流量，有利于构建大负荷多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
(9)利用工质特性，采用简单技术手段提升传热过程温差利用水平，提高热效率。
(10)提供多种回热技术手段，有效提升装置在功率、热效率、升压比等方面的协调性。
(11)流程合理，结构简单，方案丰富；有利于提升能源利用水平，有利于扩展多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置的应用范围。

Claims (14)

1.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵和冷凝器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室(4)连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室(5)连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室(6)连通，外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有第一空气通道经回热器(7)与膨胀机(2)连通，膨胀机(2)还有空气通道经蒸发器(8)与外部连通，压缩机(1)还有第二空气通道与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与第二燃烧室(5)连通，第二燃烧室(5)还有燃气通道与第三燃烧室(6)连通，第三燃烧室(6)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经回热器(7)和蒸发器(8)与外部连通；冷凝器(11)有冷凝液管路经升压泵(10)与蒸发器(8)连通之后蒸发器(8)再有蒸汽通道与汽轮机(9)连通，汽轮机(9)还有低压蒸汽通道与冷凝器(11)连通；冷凝器(11)还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
2.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵和冷凝器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室(4)连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室(5)连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室(6)连通，外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有第一空气通道经回热器(7)与膨胀机(2)连通，膨胀机(2)还有空气通道经蒸发器(8)与外部连通，压缩机(1)还有第二空气通道与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与第二燃烧室(5)连通，第二燃烧室(5)还有燃气通道与第三燃烧室(6)连通，第三燃烧室(6)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经回热器(7)与自身连通之后燃气轮机(3)再有燃气通道经蒸发器(8)与外部连通；冷凝器(11)有冷凝液管路经升压泵(10)与蒸发器(8)连通之后蒸发器(8)再有蒸汽通道与汽轮机(9)连通，汽轮机(9)还有低压蒸汽通道与冷凝器(11)连通；冷凝器(11)还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
3.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室(4)连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室(5)连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室(6)连通，外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有第一空气通道经回热器(7)与膨胀机(2)连通，膨胀机(2)还有空气通道经蒸发器(8)与外部连通，压缩机(1)还有第二空气通道经第二回热器(12)与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与第二燃烧室(5)连通，第二燃烧室(5)还有燃气通道与第三燃烧室(6)连通，第三燃烧室(6)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经第二回热器(12)、回热器(7)和蒸发器(8)与外部连通；冷凝器(11)有冷凝液管路经升压泵(10)与蒸发器(8)连通之后蒸发器(8)再有蒸汽通道与汽轮机(9)连通，汽轮机(9)还有低压蒸汽通道与冷凝器(11)连通；冷凝器(11)还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
4.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室(4)连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室(5)连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室(6)连通，外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有第一空气通道经回热器(7)与膨胀机(2)连通，膨胀机(2)还有空气通道经蒸发器(8)与外部连通，压缩机(1)还有第二空气通道经第二回热器(12)与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与第二燃烧室(5)连通，第二燃烧室(5)还有燃气通道与第三燃烧室(6)连通，第三燃烧室(6)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经第二回热器(12)和回热器(7)与自身连通之后燃气轮机(3)再有燃气通道经蒸发器(8)与外部连通；冷凝器(11)有冷凝液管路经升压泵(10)与蒸发器(8)连通之后蒸发器(8)再有蒸汽通道与汽轮机(9)连通，汽轮机(9)还有低压蒸汽通道与冷凝器(11)连通；冷凝器(11)还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
5.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室(4)连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室(5)连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室(6)连通，外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有第一空气通道经回热器(7)与膨胀机(2)连通，膨胀机(2)还有空气通道经蒸发器(8)与外部连通，压缩机(1)还有第二空气通道经第二回热器(12)与自身连通之后压缩机(1)再有空气通道与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与第二燃烧室(5)连通，第二燃烧室(5)还有燃气通道与第三燃烧室(6)连通，第三燃烧室(6)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经第二回热器(12)、回热器(7)和蒸发器(8)与外部连通；冷凝器(11)有冷凝液管路经升压泵(10)与蒸发器(8)连通之后蒸发器(8)再有蒸汽通道与汽轮机(9)连通，汽轮机(9)还有低压蒸汽通道与冷凝器(11)连通；冷凝器(11)还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
6.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，主要由压缩机、膨胀机、燃气轮机、燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、回热器、蒸发器、汽轮机、升压泵、冷凝器和第二回热器所组成；外部有低品位燃料通道与燃烧室(4)连通，外部有中品位燃料通道与第二燃烧室(5)连通，外部有高品位燃料通道与第三燃烧室(6)连通，外部有空气通道与压缩机(1)连通，压缩机(1)还有第一空气通道经回热器(7)与膨胀机(2)连通，膨胀机(2)还有空气通道经蒸发器(8)与外部连通，压缩机(1)还有第二空气通道经第二回热器(12)与自身连通之后压缩机(1)再有空气通道与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)还有燃气通道与第二燃烧室(5)连通，第二燃烧室(5)还有燃气通道与第三燃烧室(6)连通，第三燃烧室(6)还有燃气通道与燃气轮机(3)连通，燃气轮机(3)还有燃气通道经第二回热器(12)与自身连通之后燃气轮机(3)再有燃气通道经回热器(7)和蒸发器(8)与外部连通；冷凝器(11)有冷凝液管路经升压泵(10)与蒸发器(8)连通之后蒸发器(8)再有蒸汽通道与汽轮机(9)连通，汽轮机(9)还有低压蒸汽通道与冷凝器(11)连通；冷凝器(11)还有冷却介质通道与外部连通，燃气轮机(3)连接压缩机(1)并传输动力，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
7.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在权利要求1-2、5-6所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机(1)有第二空气通道与燃烧室(4)连通调整为压缩机(1)有第二空气通道分成两路——第一路与燃烧室(4)连通和第二路经燃烧室(4)与第二燃烧室(5)连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
8.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在权利要求3或权利要求4所述的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机(1)有第二空气通道经第二回热器(12)与燃烧室(4)连通调整为压缩机(1)有第二空气通道经第二回热器(12)之后分成两路——第一路与燃烧室(4)连通和第二路经燃烧室(4)与第二燃烧室(5)连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
9.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在权利要求1-2、5-6所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机(1)有第二空气通道与燃烧室(4)连通调整为压缩机(1)有第二空气通道分成两路——第一路与燃烧室(4)连通和第二路经燃烧室(4)、第二燃烧室(5)与第三燃烧室(7)连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
10.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在权利要求3或权利要求4所述的多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，将压缩机(1)有第二空气通道经第二回热器(12)与燃烧室(4)连通调整为压缩机(1)有第二空气通道经第二回热器(12)之后分成两路——第一路与燃烧室(4)连通和第二路经燃烧室(4)、第二燃烧室(5)与第三燃烧室(7)连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
11.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在权利要求1-10所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加扩压管和第二蒸发器，将蒸发器(8)有空气通道与外部连通调整为蒸发器(8)有空气通道经第二蒸发器(14)与外部连通，将蒸发器(8)有燃气通道与外部连通调整为蒸发器(8)有燃气通道经第二蒸发器(14)与外部连通；将升压泵(10)有冷凝液管路与蒸发器(8)连通调整为升压泵(10)有冷凝液管路与第二蒸发器(14)连通之后第二蒸发器(14)再有湿蒸汽通道经扩压管(13)与蒸发器(8)连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
12.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在权利要求1-11所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加第二升压泵和低温回热器，将冷凝器(11)有冷凝液管路与升压泵(10)连通调整为冷凝器(11)有冷凝液管路经第二升压泵(15)与低温回热器(16)连通，汽轮机(9)增设抽汽通道与低温回热器(16)连通，低温回热器(16)再有冷凝液管路与升压泵(10)连通，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
13.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在权利要求11所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加膨胀增速机(A)并取代汽轮机(9)，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
14.多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置，是在权利要求1-12所述的任一一款多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置中，增加膨胀增速机(A)并取代汽轮机(9)，增加新增扩压管(B)并取代升压泵(10)，形成多能携同燃气-蒸汽联合循环动力装置。
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