本发明专利技术提供了一种常压膨胀涡轮机发电系统，属于余热利用技术领域。本发明专利技术包括同轴布置的常压膨胀涡轮机、发电机和压缩机；发电机位于常压膨胀涡轮机和压缩机之间，常压膨胀涡轮机带动发电机和压缩机旋转；常压膨胀涡轮机的常压膨胀涡轮机排气口通过管路与压缩机的压缩机进气口相连通；高温常压气体自常压膨胀涡轮机的常压膨胀涡轮机进气口进入，驱动常压膨胀涡轮机的涡轮叶片做功，进而驱动发电机做功发电，常压膨胀涡轮机驱动压缩机旋转为常压膨胀涡轮机提供真空，常压膨胀涡轮机的排气经冷却后进入压缩机。本发明专利技术能够高效转换高温常压气体的能量，从而减少能量损失，成为高温废气和余热能量转换的理想选择。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及余热利用，尤其涉及一种常压膨胀涡轮机发电系统、该发电系统利用高温常压气体进行发电的方法以及在工业余热回收利用中应用。
技术介绍
1、最初的微型燃气轮机是基于传统燃气轮机的缩小版，主要用于航空和军事用途。由于技术限制，早期的微型燃气轮机效率低，可靠性差。随着材料科学、计算流体力学和燃烧技术的进步，微型燃气轮机在效率和耐用性方面取得了显著进步。尤其是高温材料和先进涂层技术的应用，使得涡轮能够在更高温度下运行。微型燃气轮机的工作原理与传统燃气轮机相似，主要通过以下几个步骤完成能量转换：
2、空气压缩：空气通过压气机(通常是离心式或轴流式压气机)被压缩，提高压力和温度；
3、燃烧：压缩后的高压空气进入燃烧室，与燃料(如天然气、柴油等)混合燃烧，产生高温高压的气体；
4、涡轮驱动：高温高压气体驱动涡轮旋转，涡轮与压气机共轴连接，涡轮驱动压气机工作；
5、发电：涡轮的旋转同时带动发电机发电，将机械能转换为电能。
6、微型燃气轮机开始在分布式能源、备用电源和移动电源等领域广泛应用。现代微型燃气轮机具备启动快、维护简便等优点，逐渐被市场接受。现有技术中虽然涉及到微型燃气轮机的高效利用，但微型燃气轮机通过高压压缩和高温燃烧来驱动涡轮，工质一般为高温加压气体。这对系统的设计、材料选择和制造工艺提出了严格要求。然而，在许多余热利用场景中，高温常压气体的热量难以被充分利用，导致了大量能量的浪费，不利于系统整体能效的提升。
技术实现思路
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p>1、有鉴于此，为解决现有技术中存在的高温常压气体的热量难以被充分利用，导致了大量能量的浪费，不利于系统整体能效的提升的技术问题。第一方面，本专利技术提供了一种常压膨胀涡轮机发电系统，高温常压气体自常压膨胀涡轮机进气口进入，驱动涡轮叶片做功，进而驱动所述发电机做功发电。能够高效转换高温常压气体的能量，从而减少能量损失，成为高温废气和余热能量转换的理想选择。2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案：
3、一种常压膨胀涡轮机发电系统，包括同轴布置的常压膨胀涡轮机、发电机和压缩机；
4、所述发电机位于所述常压膨胀涡轮机和压缩机之间，所述常压膨胀涡轮机带动所述发电机和压缩机旋转；
5、所述常压膨胀涡轮机的常压膨胀涡轮机排气口通过管路与所述压缩机的压缩机进气口相连通；
6、高温常压气体自所述常压膨胀涡轮机的常压膨胀涡轮机进气口进入，驱动所述常压膨胀涡轮机的涡轮叶片做功，进而驱动所述发电机做功发电，常压膨胀涡轮机驱动压缩机旋转为常压膨胀涡轮机提供真空，常压膨胀涡轮机的排气经冷却后进入压缩机。
7、优选地，还包括：
8、冷却器，其连通在所述常压膨胀涡轮机排气口与所述压缩机进气口之间，用于对经所述常压膨胀涡轮机排气口排出的气体进行冷却。
9、优选地，所述常压膨胀涡轮机、发电机和压缩机通过转轴相连接。
10、优选地，所述常压膨胀涡轮机排气口处设置有涡轮出口扩压器。
11、优选地，所述压缩机为真空压缩机。
12、第二方面，本专利技术提供了上述常压膨胀涡轮机发电系统的发电方法，包括如下步骤：
13、高温常压气体自所述常压膨胀涡轮机进气口进入，驱动所述涡轮叶片做功，进而驱动所述发电机做功发电；
14、其中，所述常压膨胀涡轮机与所述压缩机同轴，涡轮叶片通过转轴驱动压缩机旋转为所述常压膨胀涡轮机提供真空。
15、第三方面，本专利技术提供了上述常压膨胀涡轮机发电系统或上述发电方法在工业余热回收利用和分布式能源中应用。
16、本专利技术提供的常压膨胀涡轮机发电系统、发电方法及应用，能够高效转换高温常压气体的能量，从而减少能量损失，成为高温废气和余热能量转换的理想选择。相比于现有技术，具有如下的有益效果：
17、(1)系统简化与成本降低
18、现有的微型燃气轮机：微型燃气轮机依赖高压压缩和高温燃烧来驱动涡轮，系统设计复杂，对压缩机、燃烧室和高温材料的要求较高，导致制造和维护成本较高。
19、本专利技术提供的常压膨胀涡轮机发电系统和方法，气体无需高压压缩过程，系统结构更为简单，对材料要求较低，系统运行稳定，维护更为简便，适合长期可靠运行的场景，同时在系统设计和制造成本方面具有显著优势，能够显著降低制造和维护成本。适合于成本敏感的应用场景。
20、(2)能量回收效率
21、微型燃气轮机：微型燃气轮机的效率在高压高温条件下较高，但在低负荷或低压条件下，效率会显著下降，且余热回收的潜力有限。
22、本专利技术提供的常压膨胀涡轮机发电系统和方法，更适合处理工业过程中的高温常压废气，能够更有效地回收这些废气中的能量，在更广的负荷范围内有着稳定的效率。特别是在低负荷下，相较微型燃气轮机效率更为稳定。本专利技术在余热回收和低负荷条件下的能量转换效率更高，更适合分布式能源和工业余热回收利用。
23、(3)适用场景广泛性
24、微型燃气轮机：适用于高效集中式发电，主要应用于需要高能量密度和高输出功率的场景，但不适合低负荷或低压余热利用场景。
25、本专利技术提供的常压膨胀涡轮机发电系统和方法，适用于各种高温常压废气回收利用，如，工业余热回收利用，如，分布式发电、发电厂余热回收利用、热电联产等场景。具有更广泛的适用性，灵活性更高。
26、综上，本专利技术在系统简化、能量回收效率和应用场景的广泛性方面，相较于微型燃气轮机具有明显的优势。特别是在工业余热回收利用和分布式能源应用中，高温常压技术表现更加经济、高效和环保。
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【技术保护点】
1.一种常压膨胀涡轮机发电系统，其特征在于，包括同轴布置的常压膨胀涡轮机、发电机和压缩机；
2.根据权利要求1所述的一种常压膨胀涡轮机发电系统，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的一种常压膨胀涡轮机发电系统，其特征在于，所述常压膨胀涡轮机、压缩机和发电机通过转轴相连接。
4.根据权利要求1所述的一种常压膨胀涡轮机发电系统，其特征在于，所述常压膨胀涡轮机排气口处设置有涡轮出口扩压器。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种常压膨胀涡轮机发电系统，其特征在于，所述压缩机为真空压缩机。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种常压膨胀涡轮机发电系统的发电方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.权利要求1-5中任一项所述的一种常压膨胀涡轮机发电系统或权利要求6所述的发电方法在工业余热回收利用和分布式能源中应用。
【技术特征摘要】
1.一种常压膨胀涡轮机发电系统，其特征在于，包括同轴布置的常压膨胀涡轮机、发电机和压缩机；
2.根据权利要求1所述的一种常压膨胀涡轮机发电系统，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的一种常压膨胀涡轮机发电系统，其特征在于，所述常压膨胀涡轮机、压缩机和发电机通过转轴相连接。
4.根据权利要求1所述的一种常压膨胀涡轮机发电系统，其特征在于，所述常压膨胀涡轮...
【专利技术属性】
技术研发人员：李永毅，张俊鹏，张宇轩，王天琪，孙海博，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：
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