專利名稱：一種利用空氣發(fā)電的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種清潔能源發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種利用空氣發(fā)電的工藝方法。
背景技術(shù)：
在能源日趨緊張的今天，空氣能的利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于核能、水力勢能、風(fēng)能、光電能、 海浪能，特別是利用空氣發(fā)電；空氣是人們須臾不可離開的東西，而空氣又普遍存在于地球表面之中，取之不盡，用之不竭，是最豐富、最廉價(jià)、最清潔的能源，最普通的也是最易被忽視的、最難解決的，最難解決的技術(shù)問題有兩點(diǎn)一是要解決在現(xiàn)有技術(shù)水平與所用設(shè)備的條件下，使用空氣為工質(zhì)來獲取電能；二是空氣發(fā)電工藝的原理在實(shí)質(zhì)上是與火電工藝蒸汽的熱力過程相一致的，蒸汽或空氣工質(zhì)均經(jīng)歷從焓升至焓降的熱力過程，熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的唯一途徑均是膨脹作功，所不同的是空氣的物理性質(zhì)之一的比定壓熱容Cp較蒸汽低 0. 862KJ .Kg-1化-1，在相同的工作參數(shù)下，空氣的焓值與焓升、焓降在量值上總低于蒸汽，制約了汽輪機(jī)向外輸出的軸功這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的火力發(fā)電需耗用大量優(yōu)質(zhì)煤炭、蒸汽熱損失大、發(fā)電效率較低、污染環(huán)境、占地多、進(jìn)場或出場物流大、投資大、經(jīng)營成本高等弊端， 而提供一種無須耗用煤炭資源可持續(xù)發(fā)展、工藝流程便捷、設(shè)備數(shù)量種類大幅減少、占地少、進(jìn)場或出場物流量小、投資少見效快、用水少、不產(chǎn)生任何有毒有害氣體及廢液廢渣污染物質(zhì)、環(huán)保低碳節(jié)能、發(fā)電效率高、經(jīng)營成本低的一種發(fā)電的工藝方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為這種發(fā)電的工藝方法，其特點(diǎn)是 它由以下操作步驟組成①由磁動力機(jī)提供的動力經(jīng)電動機(jī)通過增速齒輪箱增速與空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速相同；②工質(zhì)在空氣壓縮機(jī)被壓縮的過程在空氣壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)同時(shí)，空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣口進(jìn)入空氣壓縮機(jī)中，通過壓縮使空氣由壓力P1 = 0. 1003MPa，環(huán)境溫度為t1;提高到空氣壓縮機(jī)出口壓力為P2，其出口溫度為T2，工質(zhì)焓升Ahc為Ii2-Ii1，其計(jì)算公式如下 T2=T1 ε 奪-----------------Cl)其中=T1表示空氣進(jìn)口溫度，取決于現(xiàn)場環(huán)境溫度，取、=20°C, T1 = 20+T, T表示熱力學(xué)溫度，故T1 = 20+273. 2 = 293. 2K,
P2ε =—；
"ιη表示多變指數(shù)，η取1. 45，絕熱指數(shù)K = 1. 4 ；P2表示空氣壓縮機(jī)出口壓力，P3表示汽輪機(jī)進(jìn)口壓力，P3 ^ P2 ；hi = Cp T1-----------------〔2〕
其中屯表示壓縮過程前的工質(zhì)焓值KJ/Kg ；Cp表示空氣的比定壓熱容，Cp = 1. 005KJ · Kg-1 · Γ1 ；h2 = Cp T2-----------------〔3〕其中 表示壓縮過程后的工質(zhì)焓值KJ/Kg ；AhC = Ii2-Ii1---------------〔4〕③僅在空氣壓縮機(jī)的前半部分設(shè)有冷卻裝置，導(dǎo)管外設(shè)有保溫層，經(jīng)空氣壓縮機(jī)出氣口至汽輪機(jī)進(jìn)氣口間導(dǎo)管上進(jìn)行補(bǔ)熱，補(bǔ)熱溫度取決于空氣壓縮機(jī)出口的實(shí)際溫度；④工質(zhì)在汽輪機(jī)噴嘴中膨脹的過程空氣工質(zhì)通過出氣口、導(dǎo)管、第一調(diào)節(jié)閥、第二調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)氣口進(jìn)入汽輪機(jī)中，壓力為P3，工作溫度為t3，經(jīng)膨脹過程后汽輪機(jī)出口壓力為P4，出口溫度為t4，工質(zhì)焓降A(chǔ)ht為t!3-h4，由此焓降轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛲廨敵龅妮S功， 經(jīng)膨脹過程后壓力為P4,出口溫度為t4的空氣工質(zhì)自汽輪機(jī)排氣口排出，并經(jīng)減速齒輪箱帶動汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電，因汽輪機(jī)進(jìn)氣的工質(zhì)參數(shù)即為空氣壓縮機(jī)出口的工質(zhì)參數(shù)，故 T3 ^ T2, h3 = h2，其計(jì)算公式如下T3 = t2+ Δ t+T-------------〔5〕 其中=T3表示汽輪機(jī)進(jìn)氣溫度，t2表示壓縮機(jī)出口溫度，Δ t表示所須補(bǔ)熱溫度；
權(quán)利要求
1. 一種利用空氣發(fā)電的工藝方法，其特征在于它由以下操作步驟組成①由磁動力機(jī)(1)提供的動力經(jīng)電動機(jī)(2)通過增速齒輪箱C3)增速與空氣壓縮機(jī) ⑷轉(zhuǎn)速相同；②工質(zhì)在空氣壓縮機(jī)(4)被壓縮的過程在空氣壓縮機(jī)(4)旋轉(zhuǎn)同時(shí)，空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣口(8)進(jìn)入空氣壓縮機(jī)⑷中，通過壓縮使空氣由壓力P1 = 0. 1003MPa，環(huán)境溫度為 t1;提高到空氣壓縮機(jī)出口壓力為P2,空氣壓縮機(jī)出口溫度為T2，工質(zhì)焓升Ahc為Ii2-Ii1,其計(jì)算公式如下其中=T1表示空氣進(jìn)口溫度，取決于現(xiàn)場環(huán)境溫度，取、=20T1 = 20+T, T表示熱力學(xué)溫度，故 T1 = 20+273. 2 = 293. 2K,η表示多變指數(shù)，η取1. 45，絕熱指數(shù)K = 1. 4 ；P2表示空氣壓縮機(jī)出口壓力，P3表示汽輪機(jī)進(jìn)口壓力，P3 ^ P2 ；hi = Cp T1-----------------〔2〕其中屯表示壓縮過程前的工質(zhì)焓值KJ/Kg ； Cp表示空氣的比定壓熱容，Cp = 1. 005KJ · Kg-1 · K-1 ；h2 = Cp T2-----------------〔3〕其中h2表示壓縮過程后的工質(zhì)焓值KJ/Kg ； Ahc = Ii2-Ii1---------------〔4〕③僅在空氣壓縮機(jī)的前半部分設(shè)有冷卻裝置，導(dǎo)管(10)外設(shè)有保溫層(15)，經(jīng)空氣壓縮機(jī)出氣口(9)至汽輪機(jī)進(jìn)氣口(13)間導(dǎo)管(10)上進(jìn)行補(bǔ)熱，補(bǔ)熱溫度取決于空氣壓縮機(jī)出氣口(9)的實(shí)際溫度；④工質(zhì)在汽輪機(jī)(5)噴嘴中被膨脹的過程空氣工質(zhì)通過出氣口(9)、導(dǎo)管(10)、第一調(diào)節(jié)閥(11)、第二調(diào)節(jié)閥(12)進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)氣口(13)進(jìn)入汽輪機(jī)(5)中，壓力為P3，工作溫度為t3，經(jīng)膨脹過程后汽輪機(jī)(5)出口壓力降為P4，出口溫度降為、，工質(zhì)焓降A(chǔ)ht為 h3-h4'由此焓降轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛲廨敵龅妮S功，經(jīng)膨脹過程后壓力為P4,出口溫度為t4的空氣工質(zhì)自汽輪機(jī)排氣口(14)排出，并經(jīng)減速齒輪箱(6)帶動汽輪發(fā)電機(jī)(7)運(yùn)行發(fā)電，因汽輪機(jī) (5)進(jìn)氣的工質(zhì)參數(shù)即為空氣壓縮機(jī)出口的工質(zhì)參數(shù)，故T3 ^ T2, h3 = Ii2，其計(jì)算公式如下T3 = t2+ Δ t+T-------------〔5〕其中！^表示汽輪機(jī)進(jìn)氣溫度，、表示壓縮機(jī)出口溫度，At表示汽輪機(jī)所須補(bǔ)熱溫度；P旦T4=T3K--------------( 6 )其中τ3表示汽輪機(jī)進(jìn)氣溫度 Ii3 = Cp T3----------------〔7〕其中ti3表示汽輪機(jī)的進(jìn)氣焓KJ/Kg，h4表示汽輪機(jī)的排氣焓KJ/Kg，Qt表示排氣熱KJ Aht = h3-h4-------------------------〔10〕⑤空氣與蒸汽不同工質(zhì)間的流量換算其計(jì)算公式如下 RairT3 其中Uair表示空氣的比容m7kg，蒸汽的比容Ust可查h_S圖而得； 其中VST表示蒸汽的容積流量m7min ； 其中V3表示空氣的容積流量m7min 其中nAIK表示空氣的重量流量t/h ； ⑥空氣壓縮機(jī)的吸入流量V1與排氣量V2的計(jì)算其計(jì)算公式如下 其中、表示空氣的比容m3/kg;⑦空氣壓縮機(jī)的理論功率N，軸功率Nsh，電動機(jī)功率P的計(jì)算其計(jì)算公式如下 ，nPJ表示多變效率可查離心式壓縮機(jī)的多變效率圖而P = 1. 05 Nsh----------------〔20〕⑧汽輪機(jī)的理想功率pt，汽輪機(jī)的內(nèi)功率Pi,汽輪機(jī)的有效功率Py汽輪發(fā)電機(jī)的輸出功率Pel的計(jì)算其計(jì)算公式如下
2.根椐權(quán)利要求ι所述的方法步驟所使用的設(shè)備，其特征在于它包括有磁動力機(jī) (1)、電動機(jī)O)、增速齒輪箱(3)、空氣壓縮機(jī)0)、汽輪機(jī)(5)、減速齒輪箱(6)、汽輪發(fā)電機(jī)(7)，磁動力機(jī)(1)、電動機(jī)O)、增速齒輪箱(3)、空氣壓縮機(jī)(4)依次相連，空氣壓縮機(jī) ⑷設(shè)有進(jìn)氣口(8)、出氣口(9)，并通過導(dǎo)管(10)、第一調(diào)節(jié)閥(11)、第二調(diào)節(jié)閥(12)與汽輪機(jī)(5)設(shè)有進(jìn)氣口(13)相連，導(dǎo)管(10)外設(shè)有保溫層(15)，汽輪機(jī)(5)還設(shè)有排氣口 (14)，汽輪機(jī)(5)、減速齒輪箱(6)、汽輪發(fā)電機(jī)(7)依次相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用空氣發(fā)電的工藝方法，它使用空氣為工質(zhì)來取代火力發(fā)電中用蒸汽作功的傳統(tǒng)工藝，以空氣壓縮機(jī)替代燃煤產(chǎn)氣鍋爐及鍋爐給水泵等裝置，通過適宜使用的汽輪機(jī)所輸出的膨脹軸功帶動汽輪發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行而獲取電能的過程；本發(fā)明由于以空氣作為能源，是運(yùn)行成本最低的清潔能源，符合國家的能源方針與可持續(xù)發(fā)展的要求，該工藝無須燃煤產(chǎn)汽鍋爐，省去了為鍋爐服務(wù)的一系列龐雜的設(shè)施與大型構(gòu)筑物，因而占地面積小，進(jìn)場或出場物流量小，可節(jié)省大量的建設(shè)資金與土地，投資少見效快，它還不產(chǎn)生任何有毒有害氣體及廢液廢渣等污染物質(zhì)，無須大量用水，環(huán)保低碳節(jié)能，發(fā)電效率高，經(jīng)營成本低的一種發(fā)電的工藝方法。
文檔編號F01D15/10GK102168585SQ201110071780
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者汪競國 申請人:汪競國