基于布朗循环的中低温混合工质热电联合循环制造技术

基于布朗循环的中低温混合工质热电联合循环采用毛细泵回路热管(CPL)、蒸发器、冷凝器、蒸汽通道、液体通道储液器、隔离器以及控制系统特点的循环系统集成。在液体中氧化铜-水纳米流体，提高了液体的导热系数会以103倍的速度增大，热管的换热系数最大提高了160％临界热流密度提高了120％；一个带有引射循环回路的涡轮发电系统。主要设备有引射器、增压室、涡轮机和回路热管加热器。混合蒸气体在扩压室内绝热减速增压经两级增压或三级增压至150℃热水的压力增加至3-5MPa进入气轮机绝热膨胀对外作功，一部分蒸气温度与压力满足引射器正常运行所需的入口条件。

【技术实现步骤摘要】

火、核发电热电联产分布式热电冷联供煤基多联产技术背景(一)、前言能源动力系统研究的导向主要取决于世界能源发展与结构变化的趋势和能源科学本身研究的发展。其研究可分为3代第一代的研究以热力学第一定律为基础，一般通过提高循环热力参数与部件内效率来求得较高的热效率；第二代的特点是基于第二定律，注重能的品位差别与梯级利用以及不同循环有机结合，提出总能系统；第三代的研究突出可持续发展概念，注重总能系统与高效洁净利用、优化经济效果结合和能源与环境综合渗透。常规的化石能源动力系统存在四大弊病燃烧过程燃料品位的重大损失，高温段热能转换利用的断层，低温段大量中低温热能排放损失以及对生态环境严重污染。为此，人们不断提出能量转换利用新概念、工程热物理过程新机理、热力循环新构思以及能源动力发展新模式，在传统能源科学基础上不断开拓新的研究热点。它们通常是提高能源资源利用率和改善生态环境的关键与突破口，旨在建立革命性的能源动力系统。新一代能源动力系统是一个更加复杂的系统，其研究对象为物理层次的复杂性科学，除了更深入研究共性问题(系统模拟与综合优化，系统集成、功能及特性，系统多目标评价准则以及系统的调控与筹划等)外，目前基于不同的发展目标，主要研究方向有①热力循环创新与能量转换利用新机理；②多功能的能源动力系统；③多能源的综合利用系统；④无公害的能源动力系统；⑤中低温能源转换利用系统等。热力循环是动力系统发展的理论基础。多年来，各种热力循环的改进原则上都是遵循一方面不断提高循环的最高温度与最低温度之比和提高部件性能；另一方面使实际循环尽量接近理想的卡诺循环的方向进行。目前，人们已对几乎所有的简单循环进行过详尽分析，对这些简单循环的特性已有了全面的掌握。现在人们开始把目光转向如何构建新的循环，并尽量提高其热力学性能上来。在能源与动力领域，通过热力循环实现机械能的输出，围绕热力循环的研究是能源利用转换领域的永久课题，能源高效、洁净开发利用需要相应热力循环的开拓性基础研究。( 二)、毛细泵回路热管(CPL)毛细泵回路热管(CPL)主要由以下部分组成蒸发器、冷凝器、蒸汽通道、液体通道储液器、隔离器以及控制系统(加热器和温度传感器)。毛细泵回路的原理图如附图说明图1.所7J\ ο工作液体在蒸发器内从热源吸收热量而蒸发汽化，产生的蒸汽经过蒸汽通道进入冷凝器，蒸汽在冷凝器内放出热量而凝结成液体，液体由于毛细结构提供的毛细力而经过液体通道回到蒸发器。如此循环，回路内的工质以相变传热的形式不断的将热量从蒸发器传向冷凝器。隔离器设置在液体管道进入蒸发器的入口处，其作用是收集液体通道所输送的不凝结气体和蒸汽气泡，防止它们进入蒸发器的毛细芯而阻塞液体流动。储液器适用于温度调控和蒸发器的启动以及运行过程中任何情况的再启动。CPL作为热控元件，它具有如下特点(I)CPL具有较高的传热能力和等温性。由于在CPL回路中，蒸汽和液体的通道是完全分开的，所以不存在普通热管中的携带极限。除了蒸发器外，其余部分都可以采用光滑管道，这就减少了系统的压力损失，从而使得CPL的传热能力比普通热管高。在CPL回路中流体的相变过程几乎是在等温下完成的，因此，CPL系统的等温性非常好。CPL回路的压力损失小，使得CPL系统可以实现长距离传热。(2) CPL具有优良的控温特性。CPL可以利用控制系统将回路的工作温度调控在所需的温度范围内。储液器和CPL回路相连通，因此二者具有相同的工作压力，通过对储液器的加热或冷凝来调节系统的工作压力，从而调节冷凝器的换热面积以达到控制系统的饱和工作温度。(3)热分享特性。CPL的蒸发器可以由多个蒸发器并联而成，每个蒸发器的热负荷可以有很大的不同，即使有的蒸发器没有负荷，由于系统内压力平衡和各蒸发器的抽吸作用，它也可分享其余蒸发器的负荷，使系统温度一致。(4)压力灌注特性。一旦个别蒸发器由于热负荷意外超载而出现干涸，可在系统的继续运行中，通过加热储液器，进行压力灌注而使干涸的蒸发器恢复工作。(5)热二极管特性。冷凝器内没有毛细结构，因此热量只能从蒸发器传向冷凝器， 从此起到了热二极管的作用。在液体中添加纳米颗粒显著提高了液体的导热系数，其原因可能有以下两方面 氧化铜一水纳米流体a)、由于固体颗粒的导热系数远远大于液体的导热系数。固体颗粒的加入改变了液体的结构，增强了混合物内部的能量传递过程，使得液体的导热系数增大。纳米流体导热系数随着纳米颗粒体积分数的增大而增大。纳米颗粒的体积分数越大，单位体积内液体分散的纳米颗粒越多，导致纳米颗粒与纳米颗粒的热传导、纳米颗粒与液体的微对流增强，能量传递加快，热导率增大；纳米流体的导热系数与构成纳米颗粒的材料的导热系数有关，构成纳米颗粒的材料的导热系数越大，纳米流体的导热系数也越大。b)、由于纳米颗粒的小尺寸效应，纳米流体中悬浮的纳米颗粒受布朗力的作用，做无规则运动，布朗扩散、热扩散等现象存在于纳米流体中，纳米颗粒的微运动使得纳米颗粒与液体之间有微对流现象存在，这种微对流增强了纳米颗粒与液体之间的能量传递过程， 增大了纳米流体的导热系数。最重要的是，纳米流体中悬浮的纳米颗粒在做无规则运动的同时，其自身所携带的能量也发生了迁移，同纳米颗粒与液体间微对流强化导热系数相比， 纳米颗粒运动所产生的这部分能量迁移大大增强了纳米流体内部能量传递过程，对纳米流体强化导热系数的作用更大。纳米颗粒尺寸越小，纳米流体热导率越大。这是因为纳米流体的内部传热发生在液体和纳米颗粒的表面，表面积越大，传热就更加有效和迅速，即粒子比表面积越大越有利于传热。当纳米颗粒尺寸减小的时候，比表面积会以103倍的速度增大，因此纳米颗粒尺寸的减小将直接导致热导率的提高。与此同时，纳米流体的温度越高， 纳米流体的导热系数越大。因为随着纳米流体悬浮液温度的提高，作为纳米流体内部能量传递主要介质一纳米粒子微运动的强度加剧，纳米颗粒与纳米颗粒、纳米颗粒与液体间碰撞的频率加大，能量传递的速率加快，使得纳米流体强化导热系数的能力增强。在热管中添加纳米颗粒能提高蒸发段的换热性能和临界热流密度，冷凝段的换热系数没有变化；热管工作压力越低，纳米颗粒对热管换热强化作用越显著，热管的换热系数最大提高了 160%临界热流密度提高了 120% ；存在着一个最佳的纳米颗粒质量浓度，在该浓度下，热管蒸发段的换热系数最高。(三)、火、核电厂现有技术状态火、核电厂汽轮机有凝汽式(含抽汽凝汽式)和背压式两种，除热电厂的供热机组多用背压式外，绝大多数非供热电厂的汽轮机组是凝汽式机。在我国火、核电厂装机总功率中，大约有86%是非供热机型。汽轮机利用高温高压蒸汽做功的热力循环中必须存在冷端，即蒸汽动力循环中汽温最低的点位。对凝汽式机组，蒸汽经汽轮机全部叶轮做功后，成为乏汽，排至排汽缸，进入汽机冷端一凝汽器。在凝汽器这个非接触式冷却器中，乏汽传热至循环冷却水，释放其凝结潜热后，变成凝结水被重返锅炉。保证汽机冷端功效的是流经凝汽器吸收乏汽凝结潜热的循环冷却水。冷却水有两个来源一是取自自然水域；二是来自电厂的冷却塔。发电机组不停止运行，循环冷却水(温排水)则一刻不停地将大量余热释放到环境。电厂循环冷却水中赋存的余热量十分巨大，弃热对热机生产过程不可避免。经汽机作功后的蒸汽(排汽)冷凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．采用毛细泵回路热管（ＣＰＬ）是一种两相的高效传热装置作为吸热式热泵的换热，提高冷凝热的利用充分发挥毛细泵回路热管（ＣＰＬ）蒸发器、冷凝器、蒸汽通道、液体通道储液器、隔离器以及控制系统（加热器和温度传感器）特点；１）ＣＰＬ具有较高的传热能力和等温性。ＣＰＬ回路的压力损失小，使得ＣＰＬ系统可以实现长距离传热。（２）ＣＰＬ具有优良的控温特性。ＣＰＬ可以利用控制系统将回路的工作温度调控在所需的温度范围内。储液器和ＣＰＬ回路相连通，因此二者具有相同的工作压力，通过对储液器的加热或冷凝来调节系统的工作压力，从而调节冷凝器的换热面积以达到控制系统的饱和工作温度。（３）热分享特性。ＣＰＬ的蒸发器可以由多个蒸发器并联而成，每个蒸发器的热负荷可以有很大的不同，即使有的蒸发器没有负荷，由于系统内压力平衡和各蒸发器的抽吸作用，它也可分享其余蒸发器的负荷，使系统温度一致。（４）压力灌注特性。一旦个别蒸发器由于热负荷意外超载而出现干涸，可在系统的继续运行中，通过加热储液器，进行压力灌注而使干涸的蒸发器恢复工作。（５）热二极管特性。冷凝器内没有毛细结构，因此热量只能从蒸发器传向冷凝器，从此起到了热二极管的作用。在液体中氧化铜—水纳米流体显著提高了液体的导热系数，其原因可能有以下两方面：ａ）、由于固体颗粒的导热系数远远大于液体的导热系数。固体颗粒的加入改变了液体的结构，增强了混合物内部的能量传递过程，使得液体的导热系数增大。纳米流体导热系数随着纳米颗粒体积分数的增大而增大。纳米颗粒的体积分数越大，单位体积内液体分散的纳米颗粒越多，导致纳米颗粒与纳米颗粒的热传导、纳米颗粒与液体的微对流增强，能量传递加快，热导率增大；纳米流体的导热系数与构成纳米颗粒的材料的导热系数有关，构成纳米颗粒的材料的导热系数越大，纳米流体的导热系数也越大。ｂ）、由于纳米颗粒的小尺寸效应，热管工作压力越低，纳米颗粒对热管换热强化作用越显著，热管的换热系数最大提高了１６０％临界热流密度提高了１２０％；存在着一个最佳的纳米颗粒质量浓度，在该浓度下，热管蒸发段的换热系数最高。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗勰，罗艺琳，
申请(专利权)人：罗勰，罗艺琳，
类型：发明
国别省市：14