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单工质蒸汽联合循环的制作方法

2022-11-02 00:25:37 来源:中国专利 TAG:

1.本发明属于能源与动力技术领域。


背景技术:

2.冷需求、热需求和动力需求,为人类生活与生产当中所常见;其中,利用热能转换为机械能是获得和提供动力的重要方式。一般情况下,热源的温度随着热的释放而降低,热源是变温的;在以化石燃料为源头能源时,热源同时具有高温和变温的双重特点,这使得采用单一热力循环理论实现制冷、供热或转化为动时能源利用率不理想。
3.以外燃式蒸汽动力装置为例,其热源属于高温且为变温热源;当以朗肯循环为理论基础,采用水蒸气为循环工质实现热变功时,由于受到材料耐温耐压性能和安全性方面的限制,无论采用何种参数运行,循环工质与热源之间都存在较大的温差损失,不可逆损失大,导致热效率较低。
4.人们需要简单、主动、高效地利用燃料生成或其它的高温热能来实现制冷、供热或转化为动力,这需要热科学基础理论的支撑;在热科学基础理论体系中,热力循环是热能利用装置的理论基础和能源利用系统的核心;热力循环的创建及发展应用将对能源利用的飞跃起到重大作用,将积极推动社会进步和生产力发展。
5.从简单、主动和高效地实现温差利用的原则出发,针对高温热源或变温热源的动力应用,力求为热动系统的简单化和高效化提供理论支撑,本发明提出了单工质蒸汽联合循环。


技术实现要素:

6.本发明主要目的是要提供单工质蒸汽联合循环,具体

技术实现要素:
分项阐述如下:
7.1.单工质蒸汽联合循环,是指由m1千克和m2千克组成的工质,分别或共同进行的九个过程——m1千克工质升压过程12,m1千克工质吸热汽化过程23,m1千克工质降压过程35,m2千克工质升压过程84,m2千克工质吸热过程45,m3千克工质吸热过程56,m3千克工质降压过程67,m3千克工质放热过程78,m1千克工质放热冷凝过程81——组成的闭合过程;其中,m3为m1与m2之和。
8.2.单工质蒸汽联合循环,是指由m1千克和m2千克组成的工质,分别或共同或部分进行的十二个过程——m1千克工质升压过程12,m1千克工质吸热汽化过程23,m1千克工质降压过程35,m2千克工质升压过程c4,m2千克工质吸热过程45,m3千克工质吸热过程56,x千克工质降压过程69,(m
3-x)千克工质吸热过程67,(m
3-x)千克工质降压过程78,(m
3-x)千克工质放热过程89,m3千克工质放热过程9c,m1千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程;其中,m3为m1与m2之和。
9.3.单工质蒸汽联合循环,是指由m1千克和m2千克组成的工质,分别或共同或部分进行的十二个过程——m1千克工质升压过程12,m1千克工质吸热过程2b,(m1 m)千克工质吸热汽化过程b3,(m1 m)千克工质降压过程35,m2千克工质升压过程8a,m千克工质放热冷凝过程
ab,(m
2-m)千克工质升压过程a4,(m
2-m)千克工质吸热过程45,m3千克工质吸热过程56,m3千克工质降压过程67,m3千克工质放热过程78,m1千克工质放热冷凝过程81——组成的闭合过程;其中,m3为m1与m2之和。
10.4.单工质蒸汽联合循环,是指由m1千克和m2千克组成的工质,分别或共同或部分进行的十五个过程——m1千克工质升压过程12,m1千克工质吸热过程2b,(m1 m)千克工质吸热汽化过程b3,(m1 m)千克工质降压过程35,m2千克工质升压过程ca,m千克工质放热冷凝过程ab,(m
2-m)千克工质升压过程a4,(m
2-m)千克工质吸热过程45,m3千克工质吸热过程56,x千克工质降压过程69,(m
3-x)千克工质吸热过程67,(m
3-x)千克工质降压过程78,(m
3-x)千克工质放热过程89,m3千克工质放热过程9c,m1千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程;其中,m3为m1与m2之和。
11.5.单工质蒸汽联合循环,是指由m1千克和m2千克组成的工质,分别或共同进行的十个过程——m1千克工质升压过程12,m1千克工质吸热汽化过程23,m1千克工质降压过程35,m2千克工质升压过程84,m2千克工质吸热过程45,m3千克工质吸热过程56,m3千克工质降压过程67,m3千克工质放热过程78,m1千克工质降压过程89,m1千克工质放热冷凝过程91——组成的闭合过程;其中,m3为m1与m2之和。
12.6.单工质蒸汽联合循环,是指由m1千克和m2千克组成的工质,分别或共同或部分进行的十三个过程——m1千克工质升压过程12,m1千克工质吸热汽化过程23,m1千克工质降压过程35,m2千克工质升压过程c4,m2千克工质吸热过程45,m3千克工质吸热过程56,x千克工质降压过程69,(m
3-x)千克工质吸热过程67,(m
3-x)千克工质降压过程78,(m
3-x)千克工质放热过程89,m3千克工质放热过程9c,m1千克工质降压过程cd,m1千克工质放热冷凝过程d1——组成的闭合过程;其中,m3为m1与m2之和。
13.7.单工质蒸汽联合循环,是指由m1千克和m2千克组成的工质,分别或共同或部分进行的十三个过程——m1千克工质升压过程12,m1千克工质吸热过程2b,(m1 m)千克工质吸热汽化过程b3,(m1 m)千克工质降压过程35,m2千克工质升压过程8a,m千克工质放热冷凝过程ab,(m
2-m)千克工质升压过程a4,(m
2-m)千克工质吸热过程45,m3千克工质吸热过程56,m3千克工质降压过程67,m3千克工质放热过程78,m1千克工质降压过程89,m1千克工质放热冷凝过程91——组成的闭合过程;其中,m3为m1与m2之和。
14.8.单工质蒸汽联合循环,是指由m1千克和m2千克组成的工质,分别或共同或部分进行的十六个过程——m1千克工质升压过程12,m1千克工质吸热过程2b,(m1 m)千克工质吸热汽化过程b3,(m1 m)千克工质降压过程35,m2千克工质升压过程ca,m千克工质放热冷凝过程ab,(m
2-m)千克工质升压过程a4,(m
2-m)千克工质吸热过程45,m3千克工质吸热过程56,x千克工质降压过程69,(m
3-x)千克工质吸热过程67,(m
3-x)千克工质降压过程78,(m
3-x)千克工质放热过程89,m3千克工质放热过程9c,m1千克工质降压过程cd,m1千克工质放热冷凝过程d1——组成的闭合过程;其中,m3为m1与m2之和。
附图说明:
15.图1是依据本发明所提供的单工质蒸汽联合循环第1种原则性流程示例图。
16.图2是依据本发明所提供的单工质蒸汽联合循环第2种原则性流程示例图。
17.图3是依据本发明所提供的单工质蒸汽联合循环第3种原则性流程示例图。
18.图4是依据本发明所提供的单工质蒸汽联合循环第4种原则性流程示例图。
19.图5是依据本发明所提供的单工质蒸汽联合循环第5种原则性流程示例图。
20.图6是依据本发明所提供的单工质蒸汽联合循环第6种原则性流程示例图。
21.图7是依据本发明所提供的单工质蒸汽联合循环第7种原则性流程示例图。
22.图8是依据本发明所提供的单工质蒸汽联合循环第8种原则性流程示例图。
具体实施方式:
23.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;下述各示例中,m3为m1与m2之和;下面结合附图和实例详细描述本发明。
24.图1所示t-s图中的单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的:
25.(1)从循环过程上看:
26.工作介质进行——m1千克工质冷凝液升压过程12,m1千克工质吸热升温、汽化和过热过程23,m1千克工质降压膨胀过程35,m2千克工质升压升温过程84,m2千克工质吸热升温过程45,m3千克工质吸热升温过程56,m3千克工质降压膨胀过程67,m3千克工质放热降温过程78,m1千克工质放热冷凝过程81——共9个过程。
27.(2)从能量转换上看:
28.①
吸热过程——m1千克工质进行23过程、m2千克工质进行45过程和m3千克工质进行56过程,其高温段的吸热一般由外部热源来提供;低温段的吸热由外部热源或由m3千克工质进行78过程的放热(回热)来提供,或由外部热源和工质回热共同来提供。
29.②
放热过程——m3千克工质进行78过程的放热,可对外提供满足相应热需求,或者部分或全部用于联合循环其它过程的吸热需求,无用部分向低温热源(如环境)释放;m1千克工质进行81过程的放热,一般向低温热源释放,热动联供时向热用户提供。
30.③
能量转换过程——m1千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成,m2千克工质的升压过程84一般由压缩机来完成;m1千克工质降压膨胀过程35和m3千克工质的降压膨胀过程67,一般由膨胀机来完成;膨胀作功大于升压耗功,完成热变功并对外提供循环净功,形成单工质蒸汽联合循环。
31.图2所示t-s图中的单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的:
32.(1)从循环过程上看:
33.工作介质进行——m1千克工质冷凝液升压过程12,m1千克工质吸热升温、汽化和过热过程23,m1千克工质降压膨胀过程35,m2千克工质升压升温过程c4,m2千克工质吸热升温过程45,m3千克工质吸热升温过程56,x千克工质降压膨胀过程69,(m
3-x)千克工质吸热升温过程67,(m
3-x)千克工质降压膨胀过程78,(m
3-x)千克工质放热降温过程89,m3千克工质放热降温过程9c,m1千克工质放热冷凝过程c1——共12个过程。
34.(2)从能量转换上看:
35.①
吸热过程——m1千克工质进行23过程、m2千克工质进行45过程、m3千克工质进行56过程和(m
3-x)千克工质进行67过程,其高温段的吸热一般由外部热源来提供;低温段的吸热由外部热源或由(m
3-x)千克工质进行89过程与m3千克工质进行9c过程的放热(回热)来提供,或由外部热源和工质回热共同来提供。
36.②
放热过程——(m
3-x)千克工质进行89过程的放热和m3千克工质进行9c过程的放
热,可对外提供满足相应热需求,或者部分或大部分用于联合循环其它过程的吸热需求,无用部分向低温热源(如环境)释放;m1千克工质进行c1过程的放热,一般向低温热源释放,热动联供时向热用户提供。
37.③
能量转换过程——m1千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成,m2千克工质的升压过程c4一般由压缩机来完成;m1千克工质的降压过程35,x千克工质的降压过程69,(m
3-x)千克工质的降压过程78,一般由膨胀机来完成;膨胀作功大于升压耗功,完成热变功并对外提供循环净功,形成单工质蒸汽联合循环。
38.图3所示t-s图中的单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的:
39.(1)从循环过程上看:
40.工作介质进行——m1千克工质冷凝液升压过程12,m1千克工质与m千克工质的混合吸热升温过程2b,(m1 m)千克工质吸热升温、汽化和过热过程b3,(m1 m)千克工质降压膨胀过程35,m2千克工质升压升温过程8a,m千克工质与m1千克工质的混合放热冷凝过程ab,(m
2-m)千克工质升压升温过程a4,(m
2-m)千克工质吸热升温过程45,m3千克工质吸热升温过程56,m3千克工质降压膨胀过程67,m3千克工质放热降温过程78,m1千克工质放热冷凝过程81——共12个过程。
41.(2)从能量转换上看:
42.①
吸热过程——m1千克工质进行2b过程的吸热来自m千克过热蒸汽的混合放热,m1千克工质进行b3过程、(m
2-m)千克工质进行45过程和m3千克工质进行56过程,其高温段的吸热一般由外部热源来提供,低温段的吸热由外部热源或由m3千克工质进行78过程的放热(回热)来提供,或由外部热源和工质回热共同来提供。
43.②
放热过程——m3千克工质进行78过程的放热,可对外提供满足相应热需求,或者部分或全部用于联合循环其它过程的吸热需求,无用部分向低温热源(如环境)释放;m1千克工质进行81过程的放热,一般向低温热源释放,热动联供时向热用户提供。
44.③
能量转换过程——m1千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成,m2千克工质的升压过程8a和(m
2-m)千克工质的升压过程a4一般由压缩机来完成;(m1 m)千克工质的降压过程35,m3千克工质的降压膨胀过程67,一般由膨胀机来完成;膨胀作功大于升压耗功,完成热变功并对外提供循环净功,形成单工质蒸汽联合循环。
45.图4所示t-s图中的单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的:
46.(1)从循环过程上看:
47.工作介质进行——m1千克工质冷凝液升压过程12,m1千克工质与m千克工质的混合吸热升温过程2b,(m1 m)千克工质吸热升温、汽化和过热过程b3,(m1 m)千克工质降压膨胀过程35,m2千克工质升压升温过程ca,m千克工质与m1千克工质的混合放热冷凝过程ab,(m
2-m)千克工质升压升温过程a4,(m
2-m)千克工质吸热升温过程45,m3千克工质吸热升温过程56,x千克工质降压膨胀过程69,(m
3-x)千克工质吸热升温过程67,(m
3-x)千克工质降压膨胀过程78,(m
3-x)千克工质放热降温过程89,m3千克工质放热降温过程9c,m1千克工质放热冷凝过程c1——共计15个过程。
48.(2)从能量转换上看:
49.①
吸热过程——m1千克工质进行2b过程的吸热来自m千克过热蒸汽的混合放热,(m1 m)千克工质进行b3过程、(m
2-m)千克工质进行45过程、m3千克工质进行56过程和(m
3-x)
千克工质进行67过程,其高温段的吸热一般由外部热源来提供;低温段的吸热由外部热源或由(m
3-x)千克工质进行89过程与m3千克工质进行9c过程的放热(回热)来提供,或由外部热源和工质回热共同来提供。
50.②
放热过程——(m
3-x)千克工质进行89过程的放热和m3千克工质进行9c过程的放热,可对外提供满足相应热需求,或者部分或大部分用于联合循环其它过程的吸热需求,无用部分向低温热源(如环境)释放;m1千克工质进行c1过程的放热,一般向低温热源释放,热动联供时向热用户提供。
51.③
能量转换过程——m1千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成,m2千克工质的升压过程ca和(m
2-m)千克工质的升压过程a4一般由压缩机来完成;(m1 m)千克工质的降压过程35,x千克工质的降压过程69,还有(m
3-x)千克工质的降压过程78,一般由膨胀机来完成;膨胀作功大于升压耗功,完成热变功并对外提供循环净功,形成单工质蒸汽联合循环。
52.图5所示t-s图中的单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的:
53.(1)从循环过程上看:
54.工作介质进行——m1千克工质冷凝液升压过程12,m1千克工质吸热升温、汽化和过热过程23,m1千克工质降压膨胀过程35,m2千克工质升压升温过程84,m2千克工质吸热升温过程45,m3千克工质吸热升温过程56,m3千克工质降压膨胀过程67,m3千克工质放热降温过程78,m1千克工质降压膨胀过程89,m1千克工质放热冷凝过程91——共10个过程。
55.(2)从能量转换上看:
56.①
吸热过程——m1千克工质进行23过程、m2千克工质进行45过程和m3千克工质进行56过程,其高温段的吸热一般由外部热源来提供;低温段的吸热由外部热源或由m3千克工质进行78过程的放热(回热)来提供,或由外部热源和工质回热共同来提供。
57.②
放热过程——m3千克工质进行78过程的放热,可对外提供满足相应热需求,或者部分或全部用于联合循环其它过程的吸热需求,无用部分向低温热源(如环境)释放;m1千克工质进行91过程的放热,一般向低温热源释放,热动联供时向热用户提供。
58.③
能量转换过程——m1千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成,m2千克工质的升压过程84一般由压缩机来完成;m1千克工质降压膨胀过程35,m3千克工质的降压膨胀过程67,还有m1千克工质降压膨胀过程89,一般由膨胀机来完成;膨胀作功大于升压耗功,完成热变功并对外提供循环净功,形成单工质蒸汽联合循环。
59.图6所示t-s图中的单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的:
60.(1)从循环过程上看:
61.工作介质进行——m1千克工质冷凝液升压过程12,m1千克工质吸热升温、汽化和过热过程23,m1千克工质降压膨胀过程35,m2千克工质升压升温过程c4,m2千克工质吸热升温过程45,m3千克工质吸热升温过程56,x千克工质降压膨胀过程69,(m
3-x)千克工质吸热升温过程67,(m
3-x)千克工质降压膨胀过程78,(m
3-x)千克工质放热降温过程89,m3千克工质放热降温过程9c,m1千克工质降压膨胀过程cd,m1千克工质放热冷凝过程d1——共13个过程。
62.(2)从能量转换上看:
63.①
吸热过程——m1千克工质进行23过程、m2千克工质进行45过程、m3千克工质进行56过程和(m
3-x)千克工质进行67过程,其高温段的吸热一般由外部热源来提供;低温段的
吸热由外部热源或由(m
3-x)千克工质进行89过程与m3千克工质进行9c过程的放热(回热)来提供,或由外部热源和工质回热共同来提供。
64.②
放热过程——(m
3-x)千克工质进行89过程的放热和m3千克工质进行9c过程的放热,可对外提供满足相应热需求,或者部分或大部分用于联合循环其它过程的吸热需求,无用部分向低温热源(如环境)释放;m1千克工质进行d1过程的放热,一般向低温热源释放,热动联供时向热用户提供。
65.③
能量转换过程——m1千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成,m2千克工质的升压过程c4一般由压缩机来完成;m1千克工质的降压过程35,x千克工质的降压过程69,(m
3-x)千克工质的降压过程78,还有m1千克工质降压膨胀过程cd,一般由膨胀机来完成;膨胀作功大于升压耗功,完成热变功并对外提供循环净功,形成单工质蒸汽联合循环。
66.图7所示t-s图中的单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的:
67.(1)从循环过程上看:
68.工作介质进行——m1千克工质冷凝液升压过程12,m1千克工质与m千克工质的混合吸热升温过程2b,(m1 m)千克工质吸热升温、汽化和过热过程b3,(m1 m)千克工质降压膨胀过程35,m2千克工质升压升温过程8a,m千克工质与m1千克工质的混合放热冷凝过程ab,(m
2-m)千克工质升压升温过程a4,(m
2-m)千克工质吸热升温过程45,m3千克工质吸热升温过程56,m3千克工质降压膨胀过程67,m3千克工质放热降温过程78,m1千克工质降压膨胀过程89,m1千克工质放热冷凝过程91——共13个过程。
69.(2)从能量转换上看:
70.①
吸热过程——m1千克工质进行2b过程的吸热来自m千克过热蒸汽的混合放热,m1千克工质进行b3过程、(m
2-m)千克工质进行45过程和m3千克工质进行56过程,其高温段的吸热一般由外部热源来提供,低温段的吸热由外部热源或由m3千克工质进行78过程的放热(回热)来提供,或由外部热源和工质回热共同来提供。
71.②
放热过程——m3千克工质进行78过程的放热,可对外提供满足相应热需求,或者部分或全部用于联合循环其它过程的吸热需求,无用部分向低温热源(如环境)释放;m1千克工质进行91过程的放热,一般向低温热源释放,热动联供时向热用户提供。
72.③
能量转换过程——m1千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成,m2千克工质的升压过程8a和(m
2-m)千克工质的升压过程a4一般由压缩机来完成;(m1 m)千克工质的降压过程35,m3千克工质的降压膨胀过程67,还有m1千克工质降压膨胀过程89,一般由膨胀机来完成;膨胀作功大于升压耗功,完成热变功并对外提供循环净功,形成单工质蒸汽联合循环。
73.图8所示t-s图中的单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的:
74.(1)从循环过程上看:
75.工作介质进行——m1千克工质冷凝液升压过程12,m1千克工质与m千克工质的混合吸热升温过程2b,(m1 m)千克工质吸热升温、汽化和过热过程b3,(m1 m)千克工质降压膨胀过程35,m2千克工质升压升温过程ca,m千克工质与m1千克工质的混合放热冷凝过程ab,(m
2-m)千克工质升压升温过程a4,(m
2-m)千克工质吸热升温过程45,m3千克工质吸热升温过程56,x千克工质降压膨胀过程69,(m
3-x)千克工质吸热升温过程67,(m
3-x)千克工质降压膨胀过程78,(m
3-x)千克工质放热降温过程89,m3千克工质放热降温过程9c,m1千克工质降压膨
胀过程cd,m1千克工质放热冷凝过程d1——共计16个过程。
76.(2)从能量转换上看:
77.①
吸热过程——m1千克工质进行2b过程的吸热来自m千克过热蒸汽的混合放热,(m1 m)千克工质进行b3过程、(m
2-m)千克工质进行45过程、m3千克工质进行56过程和(m
3-x)千克工质进行67过程,其高温段的吸热一般由外部热源来提供;低温段的吸热由外部热源或由(m
3-x)千克工质进行89过程与m3千克工质进行9c过程的放热(回热)来提供,或由外部热源和工质回热共同来提供。
78.②
放热过程——(m
3-x)千克工质进行89过程的放热和m3千克工质进行9c过程的放热,可对外提供满足相应热需求,或者部分或大部分用于联合循环其它过程的吸热需求,无用部分向低温热源(如环境)释放;m1千克工质进行d1过程的放热,一般向低温热源释放,热动联供时向热用户提供。
79.③
能量转换过程——m1千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成,m2千克工质的升压过程ca和(m
2-m)千克工质的升压过程a4一般由压缩机来完成;(m1 m)千克工质的降压过程35,x千克工质的降压过程69,(m
3-x)千克工质的降压过程78,还有m1千克工质降压过程cd,一般由膨胀机来完成;膨胀作功大于升压耗功,完成热变功并对外提供循环净功,形成单工质蒸汽联合循环。
80.本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的单工质蒸汽联合循环,具有如下效果和优势:
81.(1)创建热能(温差)利用基础理论。
82.(2)较大幅度减少相变吸热过程的热负荷,相对增加高温段吸热负荷,热效率高。
83.(3)方法简单,流程合理,适用性好,是实现温差有效利用的共性技术。
84.(4)单一工质,有利于生产和储存;降低运行成本,提高循环调节的灵活性
85.(5)过程共用,减少过程,为减少设备投资提供理论基础。
86.(6)在高温区或变温区阶段,循环介质与热源介质同为变温过程,有利于降低吸热环节的温差传热损失,提高热效率。
87.(7)在高温区采取低压高温运行方式,解决传统蒸汽动力装置中热效率、循环介质参数与管材耐压耐温性能之间难以调和的矛盾。
88.(8)在实现高热效率前提下,可选择低压运行,为提高装置运行的安全性提供理论支撑。
89.(9)工质适用范围广,能够很好地适应供能需求,工质与工作参数之间匹配灵活。
90.(10)扩展了实现温差利用的热力循环范围,有利于更好地实现高温热源和变温热源的高效动力利用。
再多了解一些

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