CN101832158A - 水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统及方法 - Google Patents

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王�华
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Abstract

本发明公开了一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统。本发明为热能梯级利用的方法，该方法为将水蒸汽朗肯循环与有机朗肯循环有效复叠，上级水蒸汽朗肯循环汽轮机的排气的热量不直接用冷却水排除，而是加热下级有机朗肯底循环的液态低沸点工质，产生压力较高的低沸点工质蒸汽，进入有机透平(膨胀机)膨胀作功发电。属于工业节能技术领域。本发明的工艺为：(1)首先进行水蒸汽朗肯顶循环发电；(2)把水蒸汽朗肯顶循环的排气直接作为有机朗肯底循环的驱动热源；(3)驱动热源通过逆流式板式换热器，把热量传递给底循环的工作介质-低沸点有机工质，使其蒸汽推动有机透平，带动发电机发电。

Description

水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统及方法
技术领域
本发明涉及一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统，属于工业节能技术领域。
背景技术
采用锅炉+汽轮机的水蒸汽朗肯循环发电系统是目前世界电力生产的主要方式，在水蒸汽朗肯循环中，在汽轮机里作完功的排气直接进入到凝汽器中，通过直接空冷或水冷方式完成排气的凝结及工质回收过程。按我国常规设计规范要求凝汽器处于0.003MPa左右的真空压力状态，存在如下明显缺点：(1)需要设置射水(或汽)抽汽之类的真空维持辅助系统，使系统复杂化，增加设备投资及运行管理成本，同时真空维持系统要耗费一定的能量；(2)由于排气压力的降低，导致透平末级蒸汽的体积流量增大，透平流通面积急剧上升，导致透平尺寸庞大；(3)为了防止外界空气漏入，需设置透平低压汽封及抽汽系统，在使系统的经济性变差的同时，同时使系统更加复杂；(4)在透平膨胀末级，做功蒸汽均处于湿蒸汽状态，导致湿汽损失，同时降低叶片寿命。在石化燃料日渐枯竭的今天，通过减少电厂辅助设备的自用电量及简化辅助系统来提高发电效率和发电设备的性价比，无疑具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在解决上述技术问题，发明一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统，它可利用蒸汽动力循环的排汽作为热源，进行ORC系统发电，进一步回收热能，实现低品位热能的回收利用。
解决发明的技术问题所采用的方案是：(1)该系统由两级发电系统组成即水蒸汽朗肯顶循环发电系统和有机朗肯底循环发电系统复叠而成；(2)顶循环发电系统工质为水，底循环发电系统工质可采用四氟乙烷(R134a)、正戊烷、正己烷、异戊烷，二甲苯、五氟丙烷(R245fa)或有机硅油。
水蒸汽朗肯顶循环的排汽直接作为有机朗肯底循环的驱动热源；
将水蒸汽朗肯循环的凝汽器改为蒸发器；
该系统应用在常规的水蒸汽朗肯循环发电系统。
一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电方法，是按以下步骤：(1)首先进行水蒸汽朗肯顶循环发电；(2)把水蒸汽朗肯顶循环的排气直接作为有机朗肯底循环的驱动热源；(3)驱动热源通过逆流式板式换热器，把热量传递给底循环的工作介质—低沸点有机工质，使其蒸汽推动有机透平，带动发电机发电。
本发明将水蒸汽朗肯循环与有机朗肯循环有效复叠，上级水蒸汽朗肯循环汽轮机的排气的热量不直接用冷却水排除，而是加热下级有机朗肯底循环的液态低沸点工质，产生压力较高的低沸点工质蒸汽，进入有机透平(膨胀机)膨胀作功发电。因在较低的蒸发温度下，有机朗肯循环的效率高于水蒸汽朗肯循环，该发明有利于提高系统的总效率。以两级循环输出功量之和最大准则，可确定上级水蒸汽朗肯循环的最佳排气状态(一般为90-120℃)和下级有机朗肯循环的最佳运行参数，在此状态下，水蒸汽有机朗肯循环透平末级均处于过热蒸汽状态，对叶片有利，同时排气压力与外界大气压力接近，可简化汽封系统。
本发明的有益效果是：(1)同时回收利用高、中、低品位的能量；(2)最大限度地实现了能级匹配、温度对口，梯级用能，节能环保。
附图说明
图1是水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统工艺流程示意图。
图1中左半部分为水蒸汽朗肯循环，右半部分为有机朗肯循环。
图中：1、烟囱，2、汽包，3、蒸汽轮机，4、发电机，5、气液分离器，6、有机透平，7、发电机，8、冷却塔，9、引风机，10、主给水泵，11、热交换器，12、有机工质泵，13、冷却水泵。
具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
实施例1：(采用五氟丙烷为有机朗肯循环工质)
本发明一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统首先进行水蒸汽朗肯顶循环发电；其次再解决水蒸汽朗肯顶循环的排气直接作为有机朗肯底循环的驱动热源；和驱动热源通过逆流式板式换热器，将热量传递给底循环的工作介质——低沸点有机工质使其蒸汽推动有机透平，带动发电机发电。
1)实施条件
某厂燃煤自备电站采用锅炉+汽轮机形式发电，汽轮机进气温度为435℃，进汽压力为4.0MPa，蒸汽流量为150t/h，凝结压力为0.005MPa，发电机输出功率为28000kW。采用本专利技术，有机朗肯底循环工质采用五氟丙烷，将凝汽式汽轮机改为背压式汽轮机，排气背压为0.15MPa，对应排气温度130℃，有机朗肯底循环透平进口五氟丙烷蒸汽参数为：温度110℃，压力1.26MPa，有机透平的排气压力为0.19MPa，蒸汽/五氟丙烷加热器采用单程板式换热器。此时顶循环发电功率为13220kW，有机朗肯循环的输出功率为16030kW，总发电功率增加1250kW。
2)实施结果
当冷却水进口温度在20℃时，总发电功率增加1250kW，总热效率为≥38.5％，比常规凝汽式系统提高约3％。由于彻底取消真空维持系统，可节省35万元的初投资(射水泵、射水箱、射水抽汽器及管道、配件)。

Claims (5)

1.一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统，其特征是：(1)该系统由两级发电系统组成即水蒸汽朗肯顶循环发电系统和有机朗肯底循环发电系统复叠而成；(2)顶循环发电系统工质为水，底循环发电系统工质可采用四氟乙烷(R134a)、正戊烷、正己烷、异戊烷，二甲苯、五氟丙烷(R245fa)或有机硅油。
2.如权利要求1所述的一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统，其特征在于：水蒸汽朗肯顶循环的排汽直接作为有机朗肯底循环的驱动热源。
3.如权利要求1所述的一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统，其特征在于：将水蒸汽朗肯循环的凝汽器改为蒸发器。
4.如权利要求1所述的一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统，其特征在于：该系统应用在常规的水蒸汽朗肯循环发电系统。
5.一种水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电方法：其特征在于按以下步骤：(1)首先进行水蒸汽朗肯顶循环发电；
(2)把水蒸汽朗肯顶循环的排气直接作为有机朗肯底循环的驱动热源；
(3)驱动热源通过逆流式板式换热器，把热量传递给底循环的工作介质—低沸点有机工质，使其蒸汽推动有机透平，带动发电机发电。
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