本發(fā)明涉及一種多級熱力壓水堆循環(huán)發(fā)電裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前使用水輪發(fā)電機、汽輪機發(fā)電時，由于設計的不合理，采用水輪發(fā)電機、汽輪機發(fā)電具有以下缺陷，一是發(fā)電效率較低，二是水輪發(fā)電機、汽輪機工作后含有熱量的介質(zhì)都直接排放，造成資源的浪費。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)δ茉催M行循環(huán)利用，且提升發(fā)電效率的多級熱力壓水堆循環(huán)發(fā)電裝置及方法。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種多級熱力壓水堆循環(huán)發(fā)電裝置，包括鍋爐、水輪發(fā)電機、汽輪機、壓氣機，以及至少包括第一級熱力壓水堆、第二級熱力壓水堆，所述鍋爐內(nèi)設置有換熱管，換熱管的出口端與第一級熱力壓水堆的蒸汽進入端形成連通向熱力壓水堆中輸入蒸汽，第一級熱力壓水堆的蒸汽排出端與第二級熱力壓水堆的蒸汽進入端之間設置有將第一級熱力壓水堆中排出的蒸汽熱量換給第二級熱力壓水堆的蒸汽輸入端中蒸汽的換熱裝置，所述第一級熱力壓水堆的蒸汽排出端、第二級熱力壓水堆的蒸汽排出端與汽輪機的介質(zhì)輸入端形成連通，從壓水堆內(nèi)排出的蒸汽進入汽輪機中進行做功，汽輪機的介質(zhì)輸出端與壓氣機的介質(zhì)輸入端形成連通，壓氣機的介質(zhì)輸出端與鍋爐內(nèi)的換熱管進口端形成連通；
所述第一級熱力壓水堆的液體排出端、第二級熱力壓水堆的液體排出端排出的液體經(jīng)過水輪發(fā)電機做功后回流到各自的熱力壓水堆中，以將熱力壓水堆內(nèi)做完功的蒸汽壓送到汽輪機中。
所述第一、第二級熱力壓水堆分別包括第一水罐、第二水罐，以及設置于第一水罐、第二水罐內(nèi)將各自水罐內(nèi)分隔為氣體空間和液體空間的活塞，活塞在水罐內(nèi)朝向氣體空間或液體空間形成壓縮運動；每個水罐的氣體空間連通有進汽管道、排汽管道，每個水罐的液體空間連通有液體管道；每個水罐的排汽管道與汽輪機的介質(zhì)輸入端形成連通；
所述換熱管的出口端與第一級熱力壓水堆中的第一水罐、第二水罐的氣體空間分別形成連通，換熱管排出的蒸汽交替進入第一級熱力壓水堆中第一水罐、第二水罐的氣體空間內(nèi)以驅(qū)使相應的活塞朝向?qū)囊后w空間形成壓縮運動；
以及向第二級壓水堆中第一水罐、第二水罐的氣體空間內(nèi)通入蒸汽的蒸汽管道，蒸汽管道內(nèi)的蒸汽交替進入第二級壓水堆中第一水罐、第二水罐的氣體空間內(nèi)以驅(qū)使相應的活塞朝向?qū)囊后w空間形成壓縮運動；所述換熱裝置處于第一級熱力壓水堆中的水罐排汽管道與第二級熱力壓水堆中的水罐進汽管道之間進行熱交換；
所述第一水罐/第二水罐的液體空間內(nèi)排出的液體經(jīng)過水輪發(fā)電機做功后回流到第二水罐/第一水罐的液體空間中。
所述蒸汽管道與壓氣機的介質(zhì)輸出端形成連通。
所述汽輪機與壓氣機為同軸設置，在汽輪機或/和氣壓機的動力輸出端裝設有發(fā)電機。
一種多級熱力壓水堆循環(huán)發(fā)電方法，包括如下步驟：
S1，鍋爐內(nèi)進行燃燒加熱，使鍋爐內(nèi)的換熱管中的氣體介質(zhì)形成高溫高壓氣體介質(zhì)，換熱管中排出的高溫高壓氣體介質(zhì)進入第一級熱力壓水堆中做功，以驅(qū)使第一級熱力壓水堆中的液體排出并進入水輪發(fā)電機中做功進行發(fā)電，做完功的液體回到第一級熱力壓水堆中；
第一級熱力壓水堆中做完功的高溫高壓氣體介質(zhì)在回流液體的作用下排出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機進行做功后，回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓，以實現(xiàn)蒸汽循環(huán)；
S2，在第一級熱力壓水堆中做完功的高溫高壓氣體介質(zhì)進入汽輪機之前，經(jīng)過換熱裝置將其中的熱量換給進入第二級熱力壓水堆中的蒸汽；
S3，進入第二級熱力壓水堆中的蒸汽升溫升壓后，進入第二級熱力壓水堆中進行做功，以使第二級熱力壓水堆中的液體排出并進入水輪發(fā)電機中做功發(fā)電，做完功的液體回流到第二級熱力壓水堆中，以驅(qū)使第二級熱力壓水堆中做完功的蒸汽排出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機進行做功后，回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓，以實現(xiàn)蒸汽循環(huán)；
S4，通過第一級熱力壓水堆或/和第二級熱力壓水堆，實現(xiàn)水輪發(fā)電機、汽輪機的循環(huán)工作，為循環(huán)發(fā)電提供不間斷的動力。
步驟S1中，換熱管排出的高溫高壓氣體介質(zhì)進入第一級熱力壓水堆的第一水罐氣體空間內(nèi)，驅(qū)使第一水罐中活塞向液體空間進行壓縮運動，第一水罐液體空間內(nèi)的液體被活塞壓出并進入水輪發(fā)電機中進行做功，汽輪機內(nèi)做功后的液體回流到第一級熱力壓水堆的第二水罐液體空間中，并驅(qū)動第二水罐內(nèi)活塞向第二水罐的氣體空間壓縮運動，將第二水罐中氣體空間的氣體介質(zhì)壓出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機，回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓；
當換熱管排出的高溫高壓氣體介質(zhì)進入第一級熱力壓水堆的第二水罐氣體空間內(nèi)，驅(qū)使第二水罐中活塞向液體空間進行壓縮運動，第二水罐液體空間內(nèi)的液體被活塞壓出并進入水輪發(fā)電機中進行做功，汽輪機內(nèi)做功后的液體回流到第一級熱力壓水堆的第一水罐液體空間中，并驅(qū)動第一水罐內(nèi)活塞向第一水罐的氣體空間壓縮運動，將第一水罐中氣體空間的氣體介質(zhì)壓出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機，回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓；
如此循環(huán)，實現(xiàn)不間斷的為汽輪機、水輪發(fā)電機提供工作動力。
步驟S3中，第二級熱力壓水堆的結(jié)構(gòu)與第一級熱力壓水堆相同；第二級熱力壓水堆內(nèi)的蒸汽以及液體空間中的液體流動過程與步驟S1中的相同。
采用了上述技術(shù)方案，通過鍋爐加熱使換熱管內(nèi)的氣體加熱升溫成高溫高壓的氣體，換熱管中出來的高溫高壓氣體進入第一級熱力壓水堆中進行做功，以將第一級熱力壓水堆中的液體推出并壓入水輪發(fā)電機中進行做功，使水輪發(fā)電機進行發(fā)電工作；水輪發(fā)電機做功后的液體回流到第一級熱力壓水堆中進行循環(huán)并將做完功的氣體壓出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機再進入鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓，如此循環(huán)；回流的蒸汽進入汽輪機中做功為汽輪機的發(fā)電提供動力，以及高溫高壓氣體壓出的液體進入水輪發(fā)電機中做功，實現(xiàn)不間斷的為水輪發(fā)電機及汽輪機提供發(fā)電的動力，提升發(fā)電裝置的發(fā)電效率，通過對蒸汽與液體的循環(huán)式利用，達到節(jié)能的目的。另外，從第一級熱力壓水堆中排出的氣體含有較高的溫度，將氣體的中熱量通過換熱裝置轉(zhuǎn)換給第二級熱力壓水堆中，以使進入第二級熱力壓水堆中的蒸汽進行升溫升壓，第二級熱力壓水堆的工作過程與第一級熱力壓水堆內(nèi)的工作過程相同，兩級熱力壓水堆共用一組水輪發(fā)電機、汽輪機及壓氣機，通過將第一級熱力壓水堆的排出的熱量進行再利用，實現(xiàn)資源的充分利用，避免資源的浪費。本發(fā)電裝置及方法在結(jié)構(gòu)上設計合理，能夠?qū)⑺啺l(fā)電機、汽輪機進行聯(lián)合發(fā)電，且發(fā)電過程中，流動的液體介質(zhì)處于封閉的環(huán)境下，能夠避免外界污染且液體介質(zhì)不會造成損耗且延長設備的使用壽命，保證水輪發(fā)電機的發(fā)電效率；而鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓氣體進入第一級熱力壓水堆做功后，其中含有的熱量能夠被換給第二級熱力壓水堆，以對進入第二級熱力壓水堆內(nèi)的蒸汽進行升溫升壓，能夠源源不斷的為水輪發(fā)電機、汽輪機提供工作的動力，而氣體能夠循環(huán)進行利用，為汽輪機提供發(fā)電動力達到節(jié)能目的，從而保證水輪發(fā)電機、汽輪機連續(xù)不斷的發(fā)電工作，實現(xiàn)電能的較高轉(zhuǎn)化效率。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1為鍋爐，2為水輪發(fā)電機，3為汽輪機，4為壓氣機，5為第一級熱力壓水堆，6為第二級熱力壓水堆，7為第三級熱力壓水堆，8為換熱管，9為第一水罐，10為第二水罐，11為第三水罐，12為第四水罐，13為第五水罐，14為第六水罐，15為氣體空間，16為液體空間，17為活塞，18為汽管道，19為排汽管道，20為液體管道，21為電子閥門，22為進液管，23為回液管，24為進液電子閥，25為回液電子閥，26為換熱裝置，27為蒸汽管道，28為發(fā)電機，29為連通管道，30為氣體介質(zhì)補充管，31為補氣罐，32為補氣閥。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
如圖1所示，本實施例的附圖1中示出了包含三級熱力壓水堆的發(fā)電裝置，但并不是說只能采用三級熱力壓水堆進行組合利用，可以根據(jù)需要進行選擇兩級、四級、五級或者更多級。下面結(jié)合圖1對本發(fā)電裝置及方法進行說明。
一種多級熱力壓水堆循環(huán)發(fā)電裝置，包括鍋爐1、水輪發(fā)電機2、汽輪機3、壓氣機4，以及包括第一級熱力壓水堆5、第二級熱力壓水堆6、第三級熱力壓水堆7，鍋爐內(nèi)設置有換熱管8，換熱管為螺旋布置在鍋爐內(nèi)的上部，鍋爐內(nèi)的燃氣燃燒直接對換熱盤管進行加熱升溫，以保證加熱的效率。
第一級熱力壓水堆包括第一水罐9、第二水罐10，第二級熱力壓水堆包括第三水罐11、第四水罐12，第三級熱力壓水堆包括第五水罐13、第六水罐14，在第一水罐至第六水罐中分別設置有將罐內(nèi)分成氣體空間15、液體空間16的活塞17，活塞在壓力的作用下可以朝向氣體空間或液體空間方向壓縮運動，將氣體空間內(nèi)的氣體或液體空間中的液體壓出水罐；這里水罐與活塞的結(jié)構(gòu)可以設置與現(xiàn)有的液壓油缸或氣缸類似，活塞的設置要保證氣體空間與液體空間的完全隔絕，避免出現(xiàn)氣體空間與液體空間中的介質(zhì)相互滲透。每個水罐的氣體空間連通有進汽管道18、排汽管道19，每個水罐的液體空間連通有液體管道20；每個水罐的排汽管道19與汽輪機3的介質(zhì)輸入端形成連通，以便于水罐內(nèi)排出的蒸汽能夠進入汽輪機中進行做功；且在每個進汽管道、排汽管道、液體管道上均裝配有電子閥門21。
由于第二、第三級熱力壓水堆的結(jié)構(gòu)與第一級熱力壓水堆相同，唯有不同的是第二、第三級熱力壓水堆的輸入蒸汽不是從換熱管的出口端直接排出；下面針對第一級熱力壓水堆的結(jié)構(gòu)及原理進行詳細的描述：
換熱管8的出口端分別與第一水罐9、第二水罐10的進汽管道形成連通，這樣換熱管內(nèi)的高溫高壓氣體通過電子閥門的控制能夠交替進入第一水罐、第二水罐的氣體空間中，以驅(qū)動第一水罐或第二水罐內(nèi)的活塞向液體空間形成壓縮運動；與第一水罐、第二水罐的液體空間形成連通的液體管道分別連通有進液管22、回液管23，在進液管上安裝有進液電子閥24，回液管上安裝有回液電子閥25，進液管與水輪發(fā)電機的介質(zhì)輸入端連通，回液管與水輪發(fā)電機的介質(zhì)輸出端連通；當?shù)谝患墴崃核压ぷ鲿r，換熱管內(nèi)排出的高溫高壓蒸汽通過第一水罐的進汽管道進入第一水罐的氣體空間中(此時，第二水罐進汽管道上的電子閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，換熱管內(nèi)的蒸汽無法進入第二水罐的氣體空間中)，進入第一水罐氣體空間的蒸汽推動罐內(nèi)的活塞朝向液體空間壓縮運動，將液體空間內(nèi)的液體壓出并經(jīng)過與其連通的液體管道、進液管進入水輪發(fā)電機中驅(qū)使水輪發(fā)電機做功發(fā)電，做完功后的液體會從水輪發(fā)電機的介質(zhì)輸出端排出，并依次經(jīng)過與第二水罐液體空間連通的回液管、液體管道進入第二水罐的液體空間中，以驅(qū)使第二水罐內(nèi)的活塞朝向氣體空間壓縮運動，這樣第二水罐內(nèi)氣體空間中的蒸汽在活塞壓力作用下，從第二水罐中排出，并經(jīng)過與第二水罐氣體空間連通的排汽管道依次進入汽輪機、壓氣機中進行做功，最終再回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓；在進入下次循環(huán)過程中，換熱管排出的高溫高壓蒸汽會進入第二水罐的氣體空間中(此時，與第一水罐進汽管道上的電子閥門處于關(guān)斷狀態(tài)，蒸汽無法進入第一水罐氣體空間中)，驅(qū)使第二水罐內(nèi)的活塞朝向液體空間壓縮運動，將第二水罐液體空間內(nèi)的液體壓出并經(jīng)過與液體空間連通的液體管道、進液管進入水輪發(fā)電機中驅(qū)使水輪發(fā)電機做功發(fā)電，做完功后的液體會從水輪發(fā)電機的介質(zhì)輸出端排出，并依次經(jīng)過與第一水罐液體空間連通的回液管、液體管道進入第一水罐的液體空間中，以驅(qū)使第一水罐內(nèi)的活塞朝向氣體空間壓縮運動，這樣第一水罐內(nèi)氣體空間中的蒸汽在活塞壓力作用下，從第一水罐中排出，并經(jīng)過與第一水罐氣體空間連通的排汽管道依次進入汽輪機、壓氣機中進行做功，最終再回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓；綜上所述，從換熱管內(nèi)排出的蒸汽呈交替式進入第一水罐、第二水罐的氣體空間中對相應的活塞進行推動做功，做完功的蒸汽則會進入汽輪機中驅(qū)使汽輪機工作；而兩個水罐內(nèi)的液體在蒸汽的作用下始終在兩個水罐之間往復流動，為水輪發(fā)電機的提供動力，這樣實現(xiàn)換熱管內(nèi)排出的蒸汽以及液體空間內(nèi)液體的整個工作流程，如此往復的流動便能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷的為汽輪機、水輪發(fā)電機提供源源不斷的發(fā)電動力。
由于第一水罐、第二水罐的氣體空間中排出的蒸汽仍含有較高的熱量，在蒸汽進入汽輪機做功前通過換熱裝置26將蒸汽中的熱量換給第二級熱力壓水堆的蒸汽輸入端中的蒸汽。同樣，從第二級熱力壓水堆排出的蒸汽進入汽輪機做功前，也通過換熱裝置將蒸汽中的熱量換給第三級熱力壓水堆的蒸汽輸入端中的蒸汽，以提升輸入第三級熱力壓水堆中蒸汽的壓力與穩(wěn)定。在具體實施中，為了實現(xiàn)熱能的節(jié)能且循環(huán)利用，向第二、三級熱力壓水堆中輸入蒸汽的蒸汽管道27可以連通在壓氣機的介質(zhì)輸出端，這樣經(jīng)過壓氣機壓縮成的高壓氣體，一部分回到換熱管中，另一部分進入經(jīng)過兩個換熱裝置分別進入第三水罐、第四水罐、第五水罐、第六水罐的氣體空間中，其中，進入第三水罐、第四水罐時為交替式進入，進入第五水罐、第六水罐時為交替式進入；由于第二、三級熱力壓水堆與第一級熱力壓水堆工作原理相同，在此就不多贅述。其中，換熱裝置可以采用板式或管殼式等非介質(zhì)直接接觸式的換熱器來實現(xiàn)。
實施中，汽輪機與壓氣機為同軸設置，在汽輪機或/和氣壓機的動力輸出端裝設有發(fā)電機28，以提升發(fā)電效率。在汽輪機與壓力機之間的連通管道29上連通有氣體介質(zhì)補充管30，該氣體介質(zhì)補充管連通補氣罐31，在氣體介質(zhì)補充管上安裝有控制補氣罐中氣體工質(zhì)通過介質(zhì)補充管進入管道中的補氣閥32，在汽輪機與壓力機之間的連通管道中可以設置有對其中氣體工質(zhì)進行壓力檢測的檢測器，當檢測器檢測到的氣體工質(zhì)壓力低于設定壓力值時，便會通過控制器自動開啟補氣閥，以及時通過補氣罐向管道中進行氣體工質(zhì)的補充，以保管道系統(tǒng)中的氣體介質(zhì)的壓力。本發(fā)電裝置中的所有閥均采用電子控制方式來實現(xiàn)開啟或關(guān)斷，提升發(fā)電裝置的自動化程度。
一種多級熱力壓水堆循環(huán)發(fā)電方法，包括如下步驟：
S1，鍋爐內(nèi)進行燃燒加熱，使鍋爐內(nèi)的換熱管中的氣體介質(zhì)形成高溫高壓氣體介質(zhì)，換熱管中排出的高溫高壓氣體介質(zhì)進入第一級熱力壓水堆中做功，以驅(qū)使第一級熱力壓水堆中的液體排出并進入水輪發(fā)電機中做功進行發(fā)電，做完功的液體回到第一級熱力壓水堆中；
第一級熱力壓水堆中做完功的高溫高壓氣體介質(zhì)在回流液體的作用下排出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機進行做功后，回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓，以實現(xiàn)蒸汽循環(huán)；
S2，在第一級熱力壓水堆中做完功的高溫高壓氣體介質(zhì)進入汽輪機之前，經(jīng)過換熱裝置將其中的熱量換給進入第二級熱力壓水堆中的蒸汽；
S3，進入第二級熱力壓水堆中的蒸汽升溫升壓后，進入第二級熱力壓水堆中進行做功，以使第二級熱力壓水堆中的液體排出并進入水輪發(fā)電機中做功發(fā)電，做完功的液體回流到第二級熱力壓水堆中，以驅(qū)使第二級熱力壓水堆中做完功的蒸汽排出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機進行做功后，回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓，以實現(xiàn)蒸汽循環(huán)；
同樣，在第二級熱力壓水堆中做完功的氣體介質(zhì)進入汽輪機之前，經(jīng)過換熱裝置將其中的熱量換給進入第三級熱力壓水堆中的蒸汽；進入第三級熱力壓水堆中的蒸汽升溫升壓后，進入第三級熱力壓水堆中進行做功，以使第三級熱力壓水堆中的液體排出并進入水輪發(fā)電機中做功發(fā)電，做完功的液體回流到第三級熱力壓水堆中，以驅(qū)使第三級熱力壓水堆中做完功的蒸汽排出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機進行做功后，回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓，以實現(xiàn)蒸汽循環(huán)；
其中，進入第二級熱力壓水堆、第三級熱力壓水堆的蒸汽來自于從壓氣機的介質(zhì)排出端回流的低溫蒸汽；當然這里也可以采用其他產(chǎn)生蒸汽的設備對第二、三級熱力壓水堆的進入蒸汽進行提供。
S4，通過第一級熱力壓水堆或/和第二級熱力壓水堆或/和第三級熱力壓水堆的相互配合，不僅實現(xiàn)為水輪發(fā)電機、汽輪機的循環(huán)發(fā)電工作，提供不間斷的動力，還能提升電能較高的轉(zhuǎn)化效率。
步驟S1中，換熱管排出的高溫高壓氣體介質(zhì)進入第一級熱力壓水堆的第一水罐氣體空間內(nèi)，驅(qū)使第一水罐中活塞向液體空間進行壓縮運動，第一水罐液體空間內(nèi)的液體被活塞壓出并進入水輪發(fā)電機中進行做功，汽輪機內(nèi)做功后的液體回流到第一級熱力壓水堆的第二水罐液體空間中，并驅(qū)動第二水罐內(nèi)活塞向第二水罐的氣體空間壓縮運動，將第二水罐中氣體空間的氣體介質(zhì)壓出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機，回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓；
當換熱管排出的高溫高壓氣體介質(zhì)進入第一級熱力壓水堆的第二水罐氣體空間內(nèi)，驅(qū)使第二水罐中活塞向液體空間進行壓縮運動，第二水罐液體空間內(nèi)的液體被活塞壓出并進入水輪發(fā)電機中進行做功，汽輪機內(nèi)做功后的液體回流到第一級熱力壓水堆的第一水罐液體空間中，并驅(qū)動第一水罐內(nèi)活塞向第一水罐的氣體空間壓縮運動，將第一水罐中氣體空間的氣體介質(zhì)壓出并依次經(jīng)過汽輪機、壓氣機，回流到鍋爐內(nèi)的換熱管中進行升溫升壓；
如此循環(huán)，實現(xiàn)不間斷的為汽輪機、水輪發(fā)電機提供工作動力。
步驟S3中，第二級熱力壓水堆、第三級熱力壓水堆的結(jié)構(gòu)與第一級熱力壓水堆相同；第二級熱力壓水堆內(nèi)的蒸汽以及液體空間中的液體流動過程與步驟S1中的相同。僅是進入第一級熱力壓水堆與第二級熱力壓水堆、第三級熱力壓水堆中的蒸汽來源不同。