[发明专利]燃气轮机与碱金属热电直接转换器发电装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种发电组合系统，具体地说是一种“燃气轮机-碱金属热 电直接转换器”的组合发电系统，用于动力能源领域。

(二)背景技术

燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机。燃气轮机 具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主 要用于发电、交通和工业动力。目前燃气轮机用于发电的形式主要有简单循环发 电、前置循环热电联产或发电、联合循环发电或热电联产、整体化循环、核燃联 合循环、燃机辅助循环、燃气烟气联合循环、燃气热泵联合循环等。

最近美国能源部提出一种新型的联合循环即燃料电池——燃气轮机联合循 环。该循环将燃料电池和燃气涡轮机结合在一起发电。这种设备能更有效地产生 电力并大大减少环境污染。其发电效率达到55％，远远高于燃煤发电设备的35 ％发电效率，也高于燃气涡轮机50％的发电效率。

碱金属热电直接转换器(AMTEC)是一种将碱金属(钾、钠)作为工作介质的 能量转换技术。它以陶瓷材料β″-Al2O3为离子选择性渗透膜。AMTEC可直接将 太阳能、外部燃烧、放射性同位素、反应器热源和余热产生的热能转换成电能。 碱金属工质(液态或气态)在封闭循环系统中运行，其转换过程特点为等温膨胀/ 压缩，等压加热，因此可获得高效率。另外AMTEC具有洁净无噪声、设备结构紧 凑、维护量小、适合分散布置的特点。同时不像燃料电池那样对于环境有苛刻的 要求，因而有着广阔的应用前景。但是碱金属热电直接转换器在工作时，需要有 一定的温度保证。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高能量转化的总效率的燃气轮机与碱金属 热电直接转换器发电装置。

本发明的目的是这样实现的：

它包括由压气机、燃烧室、涡轮和发电机组成的燃气轮机系统，还包括由换 热器和碱金属热电直接转换器组成的碱金属热电直接转换系统；发电机和碱金属 热电直接转换器的输出连接变换器，涡轮的尾气通过管道和控制阀门进入碱金属 热电直接转换系统的换热器，换热器带有第一排气管道。

本发明还可以包括：

1、涡轮与碱金属热电直接转换系统的换热器之间的管道上的控制阀门包括 第一控制阀门和第二控制阀门，涡轮的尾气进入第一控制阀门，第一控制阀门有 两路输出、一路经第二控制阀门输入换热器、另一路通过管道输入燃气预热器， 压气机的输出经燃气预热器后输入连接燃烧室。

2、第二控制阀门上设置有第二排气管道。

3、燃气预热器上设置第三排气管道。

本发明提出一种新型组合即燃气轮机——碱金属热电直接转器组合。目前来 讲很多专家学者将精力集中在如何提高燃气轮机自身效率上，或如何提高燃气轮 机与蒸汽机等传统发电设备联合使用的效率上，现在随着科技的发展，碱金属热 电直接转器技术在我国已经有了较快的发展。上海硅酸盐研究所和哈尔滨工程大 学正在进行相关试验。因此本发明在技术上是可以实现的。

本发明系统中碱金属热电直接转器发电所需的热能均来自于燃气轮机高温 排气的高品位热能。在传统燃气轮机中，这些高品位热能可用来预热燃烧室入口 处的空气，但是这些高品位热能并不能的完全被利用。因此本系统引进了碱金属 热电直接转换器，通过管路和阀门的控制将部分高品位热能经过换热器传达到碱 金属热电直接转换器再进行发电。由于碱金属热电直接转器是利用的燃气轮机高 温排气的部分高品热能，因此不会影响现有的燃气轮机发电系统的效率。因此本 发明系统的统效率是在已有的燃气轮机发电系统效率的基础上外加碱金属热电 转换器的效率。根据现在碱金属热电转换器应用的实际效率，本法明系统效率较 单一的燃气轮机发电系统相比，保守估计可提高10％。

另外本发明下面所提到的方案只是对单一燃气轮机发电系统进行改革，安装 了碱金属热电直接转换器。这个思想也可用于其他形式的燃气轮机发电系统，如 简单循环发电、前置循环热电联产或发电、联合循环发电或热电联产、整体化循 环、核燃联合循环、燃机辅助循环、燃气烟气联合循环、燃气热泵联合循环。

本发明的系统中的碱金属热电直接转换器将燃气轮机高温排气的高品位热 能直接转化为电能，提高能量转化的总效率。

本发明提出了一种新形式的发电组合。即用将燃气轮机排出的高温尾气为碱 金属热电直接转换器提供工作温度保证。两者共同发电，这样将会提高系统整体 的效率。