CN101815903A - 郎肯循环发电装置热源控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种有机郎肯循环发电装置中的装置，其用于调节从热源流向蒸发器的热气流。调节装置可以是位于蒸发器下游侧的鼓风机或是位于上游侧的阀。调节装置通过产生一个使能或禁能调节装置的数字信号和一个用于调节调节装置位置的模拟信号来控制。

Description

郎肯循环发电装置热源控制装置
技术领域
本发明一般涉及郎肯循环系统，具体地是涉及一种控制流向其蒸发器的热气流的方法及设备。
背景技术
有机郎肯循环发电装置(Power Plant)可用于将热气流中存储的热能转变为电能。该发电装置包括蒸发有机工作液体的锅炉或蒸发器，响应于由蒸发器所产生的蒸发工作液体、用于使蒸汽膨胀并做功的涡轮机，连接到涡轮机、将由其产生的功转化为电能的发电机，和冷凝从涡轮机排出的膨胀的蒸发工作液体蒸汽并产生冷凝物的冷凝器，该冷凝物由泵或在重力作用下返回到锅炉中。
供应到蒸发器的热气流可来自于多种来源，如火焰，往复式发动机的废气，热氧化器的废气以及可来自于诸如化学过程或制造过程等多种工业过程。相应地，热气流的压力和流动特性也基本上随来源的种类和地点而变化。因此，需要控制热源的流速，并特别要保证在发电装置处于非工作模式时，没有热气流经过蒸发器。
发明内容
简单的说，根据本发明的一方面，提供了一种气流调节装置，其以如下方式控制：在发电装置工作时使气体自由流动，而在发电装置处于非工作模式时，阻止热气体流过。
根据本发明的另一方面，气流调节装置包括位于蒸发器下游侧的鼓风机。
通过本发明的另一方面，鼓风机由数字信号选择性使能，其速度由模拟信号控制，两个信号都由控制器提供。
根据本发明的另一方面，气流调节装置包括放置在热源和蒸发器之间的阀。
根据本发明的另一方面，该阀由控制装置的数字信号使能，其位置由控制装置的模拟信号调整。
在下文描述的附图中，描绘了优选及替代实施例；但是，在不偏离本发明精神和范围的情况下，也可有其他多种修改和替代构造。
附图说明
图1是其中结合有本发明的郎肯循环发电装置的示意图；
图2是根据本发明的一种实施方式的示意图；
图3是根据本发明的另一种实施方式的示意图；
图4是另一种实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示出了有机郎肯循环发电装置，包括由线12所示的提供给锅炉或蒸发器13的热气流的热源11，然后废气最终流向外界环境。蒸发器13提供了与工作液体的热交换关系，在交换过程中，工作液体由液体变为气体。
工作液体流经闭合回路系统，该系统包括除蒸发器13外的涡轮机14、冷凝器16和泵15。由此蒸汽从蒸发器13通向涡轮机14，向其提供动力，然后膨胀的蒸汽从涡轮机14通向冷凝器16，在此冷凝为液体后流回到蒸发器13。涡轮机14用来为发电机17提供功率以用传统方式发电。
如前文所述，由于热源11的多样性，以及其相关的不同的压力和流体特性，申请人认识到以如下方式控制热侧蒸发器气流的可取性：蒸发器13以有效且高效的方式运行，进一步地，在有机郎肯循环发电装置的非工作状态期间，不加热蒸发器13。这是由图1中虚线所示的控制机构18实现的。
控制机构18由如下方式设计并使用，即能够不重构或较少重构控制机构18而适应多种不同的热源11。
现在参照图2，控制机构18示出为整合到郎肯循环发电装置，该发电装置具有由热源19加热的蒸发器13，该热源包括可使热气经过其中流向外界环境的烟管或文丘里管。由热气流浮力产生的烟管效应或由热气流通过狭窄流动通道所产生的吸力效应阻止了热气流通到蒸发器。事实上，冷却的外界环境空气被抽吸经过蒸发器并回到热源。但是，在发电装置工作期间，操作鼓风机21经过蒸发器13抽吸热气，在此它们将用于使液体变成蒸汽，然后废气被排往外界环境。鼓风机21由变速驱动器22驱动，从而选择性改变鼓风机21的速度以控制涡轮机进口压力和发电机功率，同时适应热源19的压力和流体特性。
控制装置18设计成可以开启或关闭变速驱动器22，并且还进一步地选择性改变其速度。这是通过控制装置的两路分开的信号实现的，一个是数字信号，另一个是模拟信号。即，控制装置18沿线路23发送数字信号以使能(enable)或禁能(disable)机构24，进而开启或关闭变速驱动器22。控制装置也可选择性沿线路26发送模拟信号至速度控制机构27以选择性控制变速驱动器22的速度。
运行中，当需要发电装置不工作时，控制装置18沿线路23发送数字信号使使能机构24关闭变速驱动器22和风扇21，使得没有热气流经过蒸发器13被抽吸。在这些情况下，如果热源19处于活动状态，所有热气通经过烟管或文丘里管。当需要发电装置工作时，控制装置18沿线路23发送数字信号至使能机构24以开启变速驱动器22。同时，模拟信号沿线路26发送至速度控制机构27以选择性地改变变速驱动器22的速度从而控制流经蒸发器13的热气流的压力和流体特性，从而适应热源19的具体特性。通过调节热源的流速来产生由图1所示的功率测量装置20所确定的所需涡轮机功率输出。有机郎肯循环中的泵15调节有机液体的流速，以维持由图1所示的传感器25和35所确定的在涡轮机入口处工作液体的过热。
在图3的实施方式中，热源28由增压器29加压，增压器可能是鼓风机之类，或者更多的情况下，增压是热源的本质特征。例如，涡轮机废气或往复式发动机废气通常是被增压的。因此，在热源28和蒸发器13之间给定直接打开线路，增压器29将会使热气流流经蒸发器13然后通到外界环境。导流阀31被放置热源28和蒸发器13之间的线路32上。导流阀31是通常处于全旁路位置的可变位置装置。相应地，除非由控制装置18动作，导流阀31会如图所示地将全部热气流从热源28导流至外界环境。
控制装置18及其相关联的部件与前所述相同，但用于操作导流阀31而不是变速鼓风机。就是说，使能机构24由沿线路23的数字信号开始使导流阀能够从其全旁路位置运动。类似地，控制装置18沿线路26发送模拟信号至位置机构33以选择性地改变导流阀31的位置，从而选择性地调节来自于热源28的热气流的压力及其流体特性。在这点上，应该认识到图3所示的位置机构33可与图2实施方式中的速度控制机构27相同，因为它们二者都是用来调节所控制装置的机械位置(即，变速驱动器22或导流阀31)来改变流动从而控制发电机功率输出。
在图4的实施方式中，热源34没有增压并且没有烟管或文丘里管。相应地，与图2实施方式所示相同的方式，在蒸发器13的下游安置了带有变速驱动器22的鼓风机21。更进一步，变速驱动器由控制装置18以与上面图2所示相同的方式调节。
位于热源34和蒸发器13之间的线路37上的阀36是常闭关断阀，除非由控制装置18使能运行，如图所示，该阀阻止热气流通向蒸发器13，而使气流从热源34流经线路37和放气管38进入外界环境。
除使能变速驱动器22外，使能机构24被连接以使能阀36。因此，当常闭阀36被使能时，它会被移动到全开启的位置。与上文所述方式，从热源流到蒸发器13的热气流的压力和流体特性由变速驱动器22的速度控制。
应该了解，对上面所述三种不同的热源19、28和34，控制装置18及其相关联的部件基本上相同，并且包括的装置生成了使能或禁能机构的数字信号，且生成了用于调节控制热侧蒸发器气流压力和流体特性的机构位置的模拟信号。处于禁能状态时的数字信号保证了在发电装置处于非工作状态时没有热量提供到蒸发器。这样，不重构或很少重构发电装置控制器即可适应多种热源压力和流体特性。
尽管本发明对附图所示的优选和替代模式已做了详细的展示和描述，本领域技术人员应该理解在不脱离由权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，具体细节可能有多种变化。

Claims (29)

1.一种热源控制机构，其用于具有呈串行流关系的蒸发器、涡轮机和冷凝器的有机郎肯循环发电装置，所述热源控制机构包括：
热源，用于向流过蒸发器的流路提供热气流；
至少一个调节装置，其被布置在所述流路中，以便选择性地改变流向蒸发器的热气流；以及
选择性地调整所述调节装置的控制器。
2.根据权利要求1所述的热源控制机构，其中所述控制器适于向所述调节装置提供数字信号，以选择性地使能或禁能所述装置。
3.根据权利要求1所述的热源控制机构，其中所述控制器适于提供模拟信号，以便选择性地调整所述至少一个调节装置的位置，从而达到改变通过蒸发器的热气流的目的。
4.根据权利要求1所述的热源控制机构，其中所述热源包括烟管或文丘里管，用于将热气流从热源引导到外界环境并引起环境空气经过蒸发器的反向流动。
5.根据权利要求1所述的热源控制机构，其中所述至少一个调节装置包括流体地连接到所述蒸发器的下游侧的鼓风机。
6.根据权利要求5所述的热源，其中所述热源包括处于所述蒸发器上游的烟管或文丘里管。
7.根据权利要求1的热源控制机构，其中所述至少一个调节装置包括流体地连接到所述蒸发器的上游侧的阀。
8.根据权利要求7所述的热源控制机构，其中所述阀是常开的，以使热气流完全绕过所述蒸发器。
9.根据权利要求8所述的热源控制机构，其中所述阀是导流阀，其位置由所述控制装置调节，以可控制的方式允许热气流经过所述蒸发器。
10.根据权利要求7所述的热源控制机构，其中所述热源是被加压的。
11.根据权利要求7所述的热源控制机构，其中所述阀是常闭阀，其阻止热气流进入蒸发器。
12.根据权利要求11所述的热源控制机构，其中所述控制装置调节所述至少一个调节装置的位置以允许热气流在可控制的基础上流向蒸发器。
13.根据权利要求1所述的热源控制机构，其中所述至少一个调节装置包括位于所述蒸发器下游的鼓风机和位于其上游的阀。
14.根据权利要求13所述的热源控制机构，其中所述控制装置提供数字信号以使能所述鼓风机和所述阀。
15.根据权利要求13所述的热源控制机构，其中所述控制装置提供模拟信号以选择性地改变鼓风机的速度。
16.一种控制从热源流向有机郎肯循环发电装置的热气流的方法，其中所述有机郎肯循环发电装置具有呈串行流关系的蒸发器、涡轮机和冷凝器，所述方法包括以下步骤：
将热气流从具有特定压力和流体特性的热源传送到通过蒸发器的流路；以及
选择性地改变通往蒸发器的热气流，以适应所述热源的特定压力和流体特性。
17.根据权利要求16所述的方法，包括以下步骤：从控制器提供数字信号到流动改变装置，以选择性地使能或禁能所述装置。
18.根据权利要求16所述的方法，包括以下步骤：从控制器提供模拟信号以选择性调节流动改变装置的位置，从而达到改变流经蒸发器的热气流的目的。
19.根据权利要求16所述的方法，包括以下步骤：将热气流从热源传送到外界环境，而不经过蒸发器。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，改变气流的步骤是通过流体地连接到所述蒸发器下游侧的鼓风机来实现的。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，改变气流的步骤是通过流体地连接到所述蒸发器上游侧的阀来实现的。
22.根据权利要求21所述的方法，包括以下步骤：将所述阀置于常开位置以使热气流完全绕过所述蒸发器。
23.根据权利要求22所述的方法，包括以下步骤：通过所述控制装置的操作调节所述阀位置，从而以可控制的方式允许热气流经所述蒸发器。
24.根据权利要求21所述的方法，包括以下步骤：对所述热源进行增压。
25.根据权利要求21所述的方法，包括以下步骤：将所述阀置于常闭位置以阻止热气体流进入蒸发器。
26.根据权利要求25所述的方法，包括以下步骤：调节所述阀位置以在可控制的基础上允许热气流进入蒸发器。
27.根据权利要求16所述的方法，其中，改变气流的步骤是通过位于所述蒸发器下游侧的鼓风机和位于其上游侧的阀来实现的。
28.根据权利要求27所述的方法，包括以下步骤：提供数字信号以使能所述鼓风机和所述阀。
29.根据权利要求27所述的方法，包括以下步骤：提供模拟信号以选择性地改变鼓风机速度。
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