[发明专利]单工质蒸汽联合循环与联合循环蒸汽动力装置

说明书

本发明提供单工质蒸汽联合循环与联合循环蒸汽动力装置，属于能源与动力技术领域。冷凝器有冷凝液管路经循环泵和预热器连通混合蒸发器，膨胀机有蒸汽通道经中温蒸发器连通混合蒸发器，混合蒸发器有蒸汽通道连通压缩机和第二膨胀机，压缩机有蒸汽通道经高温热交换器连通膨胀机，第二膨胀机有蒸汽通道连通冷凝器；冷凝器有冷凝液管路经第二循环泵和第二预热器连通中温蒸发器之后再经蒸汽通道连通第三膨胀机和冷凝器；高温热交换器、中温蒸发器、混合蒸发器、预热器和第二预热器有热源介质通道连通外部，冷凝器有冷却介质通道连通外部，膨胀机连接压缩机并传输动力，膨胀机、第二膨胀机和第三膨胀机连接外部并输出动力，形成联合循环蒸汽动力装置。

技术领域：

本发明属于能源与动力技术领域。

背景技术：

冷需求、热需求和动力需求，为人类生活与生产当中所常见。在动力需求技术领域，利用热能转换为机械能是获得和提供动力的重要方式。对于诸如以核反应为驱动能源或热源具有很高温度的情况，以及采用水蒸气为循环工质的外燃式蒸汽动力装置而言，在蒸汽实现热变功时，由于受到材料耐温耐压性能和安全性方面的限制，循环工质与热源之间往往存在很大的没有利用起来的温差，即不可逆损失大，热效率低，这也意味着提高热效率的潜力甚大。

以采用水蒸气为循环工质的外燃式蒸汽动力装置为例，其在工作介质、低温放热环节和动力负荷范围等方面具有显著的优势——比如，水蒸气具有很宽的参数工作范围，循环的放热温度可接近环境，装置的负荷范围宽等；为了提高热能转换为机械能的效率，现行主要措施是使水蒸汽工作在临界、超临界或超超临界状态，这需要换热管束既承受高压又必须承受高温——这是极为困难的，导致蒸汽与燃气之间的温差仍然甚大。正是受制于材料性能，水蒸气的平均吸热温度与热源(如高温燃气)平均放热温度之间仍然存在很大温差，使得热效率的提升难以取得实质性突破；另外，采取临界、超临界或超超临界参数运行，还带来了蒸汽动力装置运行安全性的降低。

为了提高高温热能转换为机械能的热效率，为了提高以固体燃料(如煤)为投入能源的蒸汽动力装置的热效率，并考虑保持蒸汽动力装置的优点，克服蒸汽动力装置在热效率及安全性方面存在的重大缺陷，本发明提出了单工质蒸汽联合循环和联合循环蒸汽动力装置；本发明能够在保留蒸汽动力装置优点的同时，大幅度提高蒸汽动力装置的热效率和装置运行的安全性。

发明内容：

本发明主要目的是要提供单工质蒸汽联合循环与联合循环蒸汽动力装置，具体发明内容分项阐述如下：

1.单工质蒸汽联合循环，由m₁千克工质和m₂千克工质分别进行的热力循环以及二者之间进行的混合加热过程组成；其中，m₁千克工质依序进行——液态下自低温开始的升压过程12，因与m₂千克工质混合而进行的吸热汽化过程23，降压作功过程37，向冷源放热并冷凝过程71，形成循环12371；m₂千克工质依序进行——升压过程34，自热源吸热过程45，降压作功过程56，因与m₁千克工质混合而进行的放热过程63，形成循环34563。

2.单工质蒸汽联合循环，由m₁千克工质和m₂千克工质分别进行的热力循环以及二者之间进行的混合加热过程组成；其中，m₁千克工质依序进行——液态下自低温开始的升压过程12，因与m₂千克工质混合吸热并同时自热源吸热而进行的吸热汽化过程23，降压作功过程37，向冷源放热并冷凝过程71，形成循环12371；m₂千克工质依序进行——升压过程34，自热源吸热过程45，降压作功过程56，因与m₁千克工质混合而进行的放热过程63，形成循环34563。