CN101476496A - 一种用于60～90℃低温热源的发电系统 - Google Patents

一种用于60～90℃低温热源的发电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101476496A
CN101476496A CNA2009100209904A CN200910020990A CN101476496A CN 101476496 A CN101476496 A CN 101476496A CN A2009100209904 A CNA2009100209904 A CN A2009100209904A CN 200910020990 A CN200910020990 A CN 200910020990A CN 101476496 A CN101476496 A CN 101476496A
Authority
CN
China
Prior art keywords
turbine
low
heat source
power generation
temperature heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2009100209904A
Other languages
English (en)
Inventor
戴义平
王江峰
高林
孙志新
夏俊荣
何纬峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CNA2009100209904A priority Critical patent/CN101476496A/zh
Publication of CN101476496A publication Critical patent/CN101476496A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明涉及低温热源回收利用领域，公开了一种用于60～90℃低温热源的发电系统。它包括：发电机、循环装置和循环工质，其特征在于，所述循环装置包含：传动连接发电机的透平，以及与透平的排气口依次串联的空冷凝气器、循环泵、吸收低温热源能量的蒸气发生器，所述蒸气发生器的出口与透平的进气口连接，组成循环回路，其循环工质为二氧化碳。

Description

一种用于60～90℃低温热源的发电系统
技术领域
本发明涉及低温热源回收利用领域，特别涉及一种用于60～90℃低温热源的发电系统。
背景技术
在工业生产过程中，伴随着工业产品的产出，存在着大量的温度低于90℃的废热，这部分废热由于温度低，采用常规的动力循环系统很难将这些余热转换为电能，通常被直接排放到环境中，造成严重的环境污染和能源浪费。另外，自然界中存在着丰富的地热资源和太阳能等可再生能源，这些能源均属于低温热源。目前，对于温度低于90℃的低温热源回收发电技术尚不成熟，有机工质朗肯循环可以利用此类低温热源发电，但是能源转化效率非常低，工业回收不经济。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于60～90℃低温热源的发电系统，它结构简单，能源回收率高，而且经济环保。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种用于60～90℃低温热源的发电系统，包括：发电机、循环装置和循环工质，其特征在于，所述循环装置包含：传动连接发电机的透平，以及与透平的排气口依次串联的空冷凝气器、循环泵、吸收低温热源能量的蒸气发生器，所述蒸气发生器的出口与透平的进气口连接，组成循环回路，其循环工质为二氧化碳。
本发明的进一步特点在于：
所述二氧化碳进入透平做功之前处于超临界状态。
所述空冷凝气器内设置有轴流风机，所述空冷凝气器和循环泵之间设置有凝结箱。
所述透平采用单级双列复速级结构。
本发明的发电系统，在吸热过程中，由于二氧化碳处于超临界压力，吸热温度不断增加，而工业生产中的低温余热是一个显式热源，在回收利用过程中余热温度会降低，这样二氧化碳的吸热温度曲线和低温热源的放热温度曲线达到完美的匹配，从而大大提高了余热利用的效率。该系统还可以有效地回收温度在60～90℃之间的地热能或太阳能等低温热源，系统简单，能源利用效率高。因此，对于回收工业低温废热和利用可再生能源对于缓解环境污染问题、减少化石燃料的消耗以及CO2的排放具有重要现实意义和工程应用价值。同时，本发明采用空冷凝气器，直接将透平排气冷凝成饱和状态的液体，节约了大量水资源。
附图说明
图1为用于60～90℃低温热源的发电系统示意图；图中：1、蒸气发生器，2、透平，3、发电机，4、空冷凝气器，5、循环泵，6、凝结箱，7、轴流式风机。
图2为单级双列复速级结构透平的纵剖面图；图中：8、叶轮；9、汽缸；10轴；11前列动叶片；12、后列动叶片。
图3为超临界二氧化碳热循环的温度(T)-熵(S)图；图中：13、低温热源放热曲线；14、二氧化碳吸热曲线；15、二氧化碳饱和线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参见图1，用于60～90℃低温热源的发电系统，包括发电机3、循环装置和循环工质。循环装置，包含：蒸气发生器1，传动连接发电机3的透平2，空冷凝气器4，循环泵5，凝结箱6。蒸气发生器1的出气口和透平2的进气口通过蒸气管道连接，透平2与发电机3同轴机械连接，透平2排气口和空冷凝气器4的进口连接，空冷凝气器4的出口与凝结箱6的进口连接，凝结箱6的出口和蒸气发生器1的进口之间设置有循环泵5，形成循环回路。
空冷凝气器4内设置有轴流式风机7，凝结箱6和轴流式风机7是空冷凝气器4的辅助组成部分，轴流式风机7用来提供冷却空气，使得透平排气在空冷凝气器4中冷凝成液体，然后由凝结箱6收集在一起。
循环工质为二氧化碳，工作在超临界状态，临界温度为31.060℃，临界压力为7.384MPa。在循环过程中，循环泵5将液态二氧化碳升压到超临界压力，然后送到蒸气发生器1中，在蒸气发生器1中吸收低温热源的热量，产生高温超临界压力的二氧化碳蒸气，该二氧化碳蒸气进入透平2做功，带动发电机3发电，透平2的排气进入空冷凝气器4内，轴流式冷却风机7使空气流过散热器的外表面，将透平2的排气冷凝成饱和状态的液态二氧化碳，饱和状态的液态二氧化碳汇入凝结箱6，从凝结箱6中出来的饱和状态的液态二氧化碳经过循环泵5升压，从而完成整个循环。
参见图2，超临界二氧化碳在透平2中的工作方式为：超临界二氧化碳冲击动叶片11，动叶片11带动叶轮8旋转，叶轮带动轴10旋转，从而完成热能向机械能的转换。透平2采用单级双列复速级结构，此结构简单可行，同时尺寸较小，可以减小成本。
参照图3，二氧化碳在蒸气发生器1中沿着超临界压力吸收低温热源能量，其吸热曲线14是一个温度升高的过程，而作为显式热源的工业余热在放热过程中温度会沿着放热曲线13降低，这样吸热过程和放热过程会达到完美的匹配，减小了蒸气发生器1中的传热过程中的不可逆损失，从而提高了回收余热的效率。
本发明的用于60～90℃低温热源的发电系统，采用超临界二氧化碳循环，发明人以对外输出功率为目标函数进行了参数优化，给出了在不同热源温度下的性能最优的透平参数，见下表1。
表1  在不同低温热源温度下的透平参数
 
低温热源温度℃ 90 85 80 75 70 65 60
透平进口压力bar 10.85 10.45 10.10 9.70 9.30 8.95 8.55
透平进口温度℃ 80 75 70 65 60 55 50
对比试验例：
以温度为80℃，流量为238.724kg/s，由70％水和30％空气组成的余热为例，比较采用超临界二氧化碳的本发明的发电系统和R134a有机工质朗肯循环的性能比较，参见下表2。
表2  本发明的发电系统和R134a有机工质朗肯循环的性能比较
 
项目 单位 R134a朗肯循环 CO2超临界发电系统
余热质量流量 kg/s 238.724 238.724
环境温度 ℃ 20 20
透平进口温度 ℃ 70 70
透平进口压力 bar 12.5 101
透平背压 bar 6.654 64.252
透平效率 ％ 82 82
透平流量 kg/s 91.045 168.411
输出净功率 kW 1090.522 7299.528
余热排气温度 ℃ 54.90 42.98
可以看出本发明的发电系统的输出功率是R134a有机工质朗肯循环输出功率的6.7倍，可以将余热的温度降得更低，余热利用效率更高。

Claims (4)

1、一种用于60～90℃低温热源的发电系统，包括：发电机、循环装置和循环工质，其特征在于，所述循环装置包含：传动连接发电机的透平，以及与透平的排气口依次串联的空冷凝气器、循环泵、吸收低温热源能量的蒸气发生器，所述蒸气发生器的出口与透平的进气口连接，组成循环回路，其循环工质为二氧化碳。
2、根据权利要求1所述的一种用于60～90℃低温热源的发电系统，其特征在于，所述二氧化碳进入透平做功之前处于超临界状态。
3、根据权利要求1所述的一种用于60～90℃低温热源的发电系统，其特征在于，所述空冷凝气器内设置有轴流风机，所述空冷凝气器和循环泵之间设置有凝结箱。
4、根据权利要求1所述的一种用于60～90℃低温热源的发电系统，其特征在于，所述透平采用单级双列复速级结构。
CNA2009100209904A 2009-01-20 2009-01-20 一种用于60～90℃低温热源的发电系统 Pending CN101476496A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2009100209904A CN101476496A (zh) 2009-01-20 2009-01-20 一种用于60～90℃低温热源的发电系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2009100209904A CN101476496A (zh) 2009-01-20 2009-01-20 一种用于60～90℃低温热源的发电系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101476496A true CN101476496A (zh) 2009-07-08

Family

ID=40837268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2009100209904A Pending CN101476496A (zh) 2009-01-20 2009-01-20 一种用于60～90℃低温热源的发电系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101476496A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102606240A (zh) * 2012-03-27 2012-07-25 中国科学院微电子研究所 一种利用co2发电的系统及方法
CN103089360A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 中信重工机械股份有限公司 余热回收发电装置
CN106870044A (zh) * 2017-03-20 2017-06-20 吴联凯 一种循环使用工业废热的发电系统
CN106949024A (zh) * 2017-03-20 2017-07-14 吴联凯 一种利用地热热能的发电系统
CN108518249A (zh) * 2018-06-12 2018-09-11 匡亚剑 一种竖直排列式汽轮发电机
CN115539927A (zh) * 2022-09-26 2022-12-30 许子澍 一种用低温热源产生超临界饱和气体的方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103089360A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 中信重工机械股份有限公司 余热回收发电装置
CN102606240A (zh) * 2012-03-27 2012-07-25 中国科学院微电子研究所 一种利用co2发电的系统及方法
CN106870044A (zh) * 2017-03-20 2017-06-20 吴联凯 一种循环使用工业废热的发电系统
CN106949024A (zh) * 2017-03-20 2017-07-14 吴联凯 一种利用地热热能的发电系统
CN106870044B (zh) * 2017-03-20 2017-12-08 吴联凯 一种循环使用工业废热的发电系统
CN106949024B (zh) * 2017-03-20 2019-03-12 吴联凯 一种利用地热热能的发电系统
CN108518249A (zh) * 2018-06-12 2018-09-11 匡亚剑 一种竖直排列式汽轮发电机
CN108518249B (zh) * 2018-06-12 2023-12-12 匡亚剑 一种竖直排列式汽轮发电机
CN115539927A (zh) * 2022-09-26 2022-12-30 许子澍 一种用低温热源产生超临界饱和气体的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102878603B (zh) 燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置
CN101696643B (zh) 热电联产低温热能回收装置及其回收方法
CN101832158A (zh) 水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统及方法
CN101216020B (zh) 多级太阳能中低温朗肯循环系统
CN206539381U (zh) 一种基于燃气及太阳能热的超临界二氧化碳循环发电系统
CN202869079U (zh) 利用喷射式热泵回收电厂循环冷却水余热加热冷凝水的装置
CN107387178A (zh) 一种基于超临界二氧化碳闭式循环的热电联产系统
CN102146814A (zh) 超临界低温空气能发电装置
CN104329130A (zh) 高热效率中低温余热有机郎肯动力循环发电机系统
CN201810420U (zh) 一种发动机余热能量回收装置
CN110078904B (zh) 一种聚酯酯化蒸汽余热利用方法及装置
CN203035350U (zh) 布列顿-混合式蒸汽朗肯联合循环发电装置
CN106121754A (zh) 梯级回收利用低品位热的orc系统及方法
CN101539036A (zh) 基于有机朗肯循环的铝电解槽烟气余热发电装置
CN109356724B (zh) 烟气余热供热与进气冷却、燃气加热耦合方法
CN103266926B (zh) 一种利用中低温余热废热实现冷热电多联供的装置及方法
CN201991579U (zh) 空气能发电装置
CN205349452U (zh) 一种煤制油工艺凝液余热高效利用系统
CN102191958A (zh) 低温空气能发电装置
CN103195517B (zh) 液体介质蒸汽非冷凝循环发电系统
CN101333946A (zh) 一种用于低温热能回收的动力循环装置
CN202188771U (zh) 电炉高温交变烟气有机朗肯余热发电节能除尘专用设备
CN101701536B (zh) 发电机组
CN110274389A (zh) 一种适用于船舶的新型热泵热水器
CN207245777U (zh) 基于超临界二氧化碳闭式循环的热电联产系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20090708