CN102769305A - 一种锅炉烟气余热发电系统 - Google Patents

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张建华
周业里
徐进良
房方
侯国莲
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Abstract

本发明公开了低温烟气余热利用技术领域中的一种锅炉烟气余热发电系统。本发明包括储液器、增压泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器、风机、发电机系统、烟气旁路调节阀；其中发电机系统包括双馈异步发电机、转子侧PWM变换器、直流链电容器、网侧PWM变换器和变压器。本系统将电机的变频调速技术应用于烟气余热发电领域，通过双PWM变换器调节发电机转子的励磁电流控制发电机的电磁转矩，改变发电机以及与其相连接的膨胀机的转速，进而调节进入膨胀机的工质流量，从而代替调节阀控制蒸发器出口的工质流量或压力，减少了因阀门存在而导致的节流损失，并通过对转子励磁电流频率的控制，对发出的电能频率进行调节，使其符合电网的要求。

Description

一种锅炉烟气余热发电系统
技术领域
本发明属于低温烟气余热利用技术领域，尤其涉及一种锅炉烟气余热发电系统。
背景技术
烟气余热作为一种燃料燃烧后剩下的热源，广泛存在于水泥、钢铁、化工、电力等行业。其中对于高中温烟气余热的利用已被广泛研究，但是由于温度在300℃以下的烟气的能源品位较低，因而开发难度较大。目前针对低温烟气余热利用的研究逐渐展开，其中有机朗肯循环使用有机物作为工质，因其结构简单、效率高，可回收不同温度范围的低温热能而被广泛的使用。
目前提出的基于有机朗肯循环的余热发电系统，基本上都是通过连接发电机与膨胀机，由膨胀机带动发电机发电，但是由于电网以及各种用电设备对电源的品质有着严格的要求，因此对于烟气余热发电系统，需要调节发电质量，以保证发电频率在50Hz附近，符合电网的要求。而在目前针对基于有机朗肯循环的烟气余热发电系统的研究中，对发电频率的调节研究还未深入。
对于大型同步发电厂，例如火电厂、水电厂，一般采用负荷频率控制，以火电厂为例，由于通过增加或减少燃料量很容易控制发电机组的输出功率，因此可以保持功率与负荷的平衡，使频率稳定。但是对于余热发电系统，由于烟气余热资源一般是某个工业过程的副产品，其温度与流量会随着工业过程的变化而不断改变，因此为了深度利用烟气余热，难以通过主动控制余热能源，调整烟气余热发电系统的输出功率，这导致传统电厂的负荷—频率控制方式无法有效应用于烟气余热发电系统。
同时为实现对余热资源的利用，当烟气入口温度与流量处于某一稳定状态时，蒸发器内有机工质的蒸发压力和出口温度会影响系统对烟气余热利用的效率，因此蒸发器内蒸发压力和出口温度是体现余热利用效率的关键参数，需要控制在合适的范围。在现有的方案中，蒸发器出口管道与膨胀机入口直接相连，若膨胀机转速恒定，仅通过增压泵无法同时控制蒸发压力与出口温度的大小，因此在蒸发器和膨胀机之间设置了调压阀，结合增压泵调节整个系统的运行中蒸发器出口温度与蒸发压力。然而，膨胀机前的阀门会引起节流损失，导致余热发电系统效率下降。
发明内容
针对上述背景技术中提到现有烟气余热利用系统发电效率低、存在节流损失和发电频率不易调节等不足，本发明提出了一种锅炉烟气余热发电系统。
本发明的技术方案是，一种锅炉烟气余热发电系统，用于通过有机朗肯循环利用锅炉烟气的热量发电，其特征是该系统包括储液器1、增压泵2、蒸发器3、膨胀机4、冷凝器5、风机6、发电机系统7和烟气旁路调节阀8；
所述蒸发器3的烟气侧管道入口接入锅炉烟气；烟气旁路调节阀8和蒸发器3并联接入锅炉烟气；蒸发器3的工质侧管道出口和膨胀机4的入口连接；膨胀机4的轴和发电机系统7的传动轴连接；膨胀机4的出口和冷凝器5的入口连接；冷凝器5的外部和风机6连接；冷凝器5的出口和储液器1入口连接；储液器1的出口和增压泵2的入口连接；增压泵2的出口和蒸发器3的工质侧管道入口连接；
所述储液器1用于储存有机工质；
所述增压泵2用于控制进入蒸发器3的有机工质的流量；
所述蒸发器3用于有机工质与烟气相互间的换热；
所述膨胀机4用于有机工质膨胀做功，使热能转化为机械能；
所述冷凝器5用于对有机工质的降温与凝结；
所述风机6用于产生使工质冷却的空气；
所述发电机系统7用于将膨胀机4的机械能转化为电能，并控制膨胀机4的转速以及调节发电频率；
所述烟气旁路调节阀8用于在烟气流量超过系统设计值时排出多余的烟气；
所述发电机系统7包括双馈异步发电机9、转子侧PWM变换器10、直流链电容器11、网侧PWM变换器12和变压器13；
双馈异步发电机9的转子的传动轴与膨胀机4的轴连接，双馈异步发电机9的转子绕组与转子侧PWM变换器10连接，定子绕组通过变压器13与电网连接；转子侧PWM变换器10与直流链电容器11连接；直流链电容器11与网侧PWM变换器12连接；网侧PWM变换器12与变压器13连接；变压器13与电网连接；
所述双馈异步发电机9用于将机械能转化为电能；
所述转子侧PWM变换器10用于提供发电机转子励磁电流，控制发电机的电磁转矩与发电频率；
所述直流链电容器11用于中间贮能；
所述网侧PWM变换器12用于控制变频电源的输入特性和确保直流母线电压稳定；
所述变压器13用于改变电压。
本发明的优点是：
（1）烟气余热利用发电系统可通过控制发电机的电磁转矩，改变发电机以及与其相连接的膨胀机的转速，进而调节进入膨胀机的工质流量，从而代替调节阀控制蒸发器出口的工质流量或压力，减少了因阀门存在而导致的节流损失。
（2）烟气余热利用发电系统通过交流变频技术可以对系统发电频率的进行调节，使余热发电系统的发电频率恒定，符合电网的要求，并实现发电系统的功率因数调整或并网无功功率控制。
附图说明
图1是基于变频调速技术和有机朗肯循环的锅炉烟气余热发电系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本系统通过将电机的交流变频调速技术应用于烟气余热利用领域，通过双PWM变频器实现对发电机的变速恒频控制，即通过改变双馈异步发电机转子的励磁电流对发电机的电磁转矩进行控制，从而改变发电机以及与其相连的膨胀机的转速，进而改变进入膨胀机的工质流量，从而代替调节阀控制蒸发器出口的工质流量或蒸发压力，减少阀门带来的节流损失，同时在发电机转速变化的情况下使余热发电系统的发电频率恒定，符合电网的要求。
其工艺流程为：在系统工作中，全部烟气从锅炉尾部烟道进入到蒸发器3的烟气侧管道入口，在蒸发器3中与有机工质进行换热，然后从蒸发器3的烟气侧管道的出口流出；有机工质经过增压泵2的加压，进入蒸发器3工质侧管道中，被烟气加热，经历了过冷、饱和、过热三个阶段后成为过热蒸气；之后有机工质过热蒸气进入膨胀机4膨胀做功，使热能转化为机械能，做功后的低压乏气进入冷凝器5中经风机6散热冷却重新冷凝成液体后进入储液器1，再由增压泵2加压送入蒸发器3中，进入下一轮循环；发电机系统7与膨胀机4相连接，在工作中把机械能转化为电能，并对输出的电能进行转换向电网输出功率；烟气旁路调节阀8通过管道和蒸发器3并联接入锅炉烟气。
图1是本发明基于变频调速技术和有机朗肯循环的锅炉烟气余热发电系统的结构框图，如图所示，该系统的主要部件包括储液器1、增压泵2、蒸发器3、膨胀机4、冷凝器5、风机6、发电机系统7及烟气旁路调节阀8。
蒸发器3烟气侧管道的一端连接锅炉烟气入口，另一端连接尾部烟道；烟气旁路调节阀8通过管道和锅炉烟气入口连接，另一端通过管道连接尾部烟道；蒸发器3工质侧管道入口和出口分别与增压泵2出口和膨胀机4入口连接；膨胀机4出口和冷凝器5连接；冷凝器5外部与风机6连接，冷凝器5管道出口和储液器1入口连接；储液器1的出口和增压泵2的入口连接；增压泵2的出口和蒸发器3工质侧管道入口连接；发电机系统7的转子的传动轴与膨胀机4的轴连接，另一侧与电网连接。
储液器1用于储存有机工质。增压泵2用于控制进入蒸发器的有机工质的流量。蒸发器3用于有机工质与烟气相互间的换热。膨胀机4用于有机工质膨胀做功使热能转化为机械能。冷凝器5用于对有机工质的降温与凝结。风机6用于产生使工质冷却的空气流动。烟气旁路调节阀8用于在烟气流量超过系统设计值时排出多余的烟气。
该发电机系统内包括双馈异步发电机9、转子侧PWM变换器10、直流链电容器11、网侧PWM变换器12、变压器13。
双馈异步发电机9的转子的传动轴与膨胀机4的轴连接，转子绕组与转子侧PWM变换器10连接，定子绕组通过变压器13与电网连接；转子侧PWM变换器10与直流链电容器11连接；直流链电容器11与网侧PWM变换器12连接；网侧PWM变换器12与变压器13连接；变压器13与电网连接。
双馈异步发电机9用于将机械能转化为电能。转子侧PWM变换器10用于提供发电机转子励磁电流，控制发电机的电磁转矩与发电频率。直流链电容器11用于中间贮能环节。网侧PWM变换器12用于控制变频电源的输入特性和确保直流母线电压稳定。变压器13用于改变电压，实现电网与双馈异步发电机9的定子绕组和网侧PWM变换器12的连接。
发电机系统7用于将膨胀机的机械能转化为电能并输入电网，控制膨胀机4转速以及调节发电频率。即通过转子侧PWM变换器10和网侧PWM变换器12实现对发电机的变速恒频控制。发电机系统7与电网连接。
网侧PWM变换器12提供稳定的直流母线电压，转子侧PWM变换器10提供双馈异步发电机9转子的励磁电流，通过对励磁电流的调节，对双馈异步发电机9的电磁转矩进行控制，从而改变双馈异步发电机9以及与其相连的膨胀机4的转速，同时通过控制励磁电流的频率，在双馈异步发电机9转速变化的情况下使余热发电系统的发电频率恒定，符合电网的要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种锅炉烟气余热发电系统，用于通过有机朗肯循环利用锅炉烟气的热量发电，其特征是该系统包括储液器（1）、增压泵（2）、蒸发器（3）、膨胀机（4）、冷凝器（5）、风机（6）、发电机系统（7）和烟气旁路调节阀（8）；
所述蒸发器（3）的烟气侧管道入口接入锅炉烟气；烟气旁路调节阀（8）和蒸发器（3）并联接入锅炉烟气；蒸发器（3）的工质侧管道出口和膨胀机（4）的入口连接；膨胀机（4）的轴和发电机系统（7）的传动轴连接；膨胀机（4）的出口和冷凝器（5）的入口连接；冷凝器（5）的外部和风机（6）连接；冷凝器（5）的出口和储液器（1）入口连接；储液器（1）的出口和增压泵（2）的入口连接；增压泵（2）的出口和蒸发器（3）的工质侧管道入口连接；
所述储液器（1）用于储存有机工质；
所述增压泵（2）用于控制进入蒸发器（3）的有机工质的流量；
所述蒸发器（3）用于有机工质与烟气相互间的换热；
所述膨胀机（4）用于有机工质膨胀做功，使热能转化为机械能；
所述冷凝器（5）用于对有机工质的降温与凝结；
所述风机（6）用于产生使工质冷却的空气；
所述发电机系统（7）用于将膨胀机（4）的机械能转化为电能，并控制膨胀机（4）的转速以及调节发电频率；
所述烟气旁路调节阀（8）用于在烟气流量超过系统设计值时排出多余的烟气；
所述发电机系统（7）包括双馈异步发电机（9）、转子侧PWM变换器（10）、直流链电容器（11）、网侧PWM变换器（12）和变压器（13）；
双馈异步发电机（9）的转子的传动轴与膨胀机（4）的轴连接，双馈异步发电机（9）的转子绕组与转子侧PWM变换器（10）连接，定子绕组通过变压器（13）与电网连接；转子侧PWM变换器（10）与直流链电容器（11）连接；直流链电容器（11）与网侧PWM变换器（12）连接；网侧PWM变换器（12）与变压器（13）连接；变压器（13）与电网连接；
所述双馈异步发电机（9）用于将机械能转化为电能；
所述转子侧PWM变换器（10）用于提供发电机转子励磁电流，控制发电机的电磁转矩与发电频率；
所述直流链电容器（11）用于中间贮能；
所述网侧PWM变换器（12）用于控制变频电源的输入特性和确保直流母线电压稳定；
所述变压器（13）用于改变电压。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103401496A (zh) * 2013-07-10 2013-11-20 天津大学 低温发电机组发电量的连续可调式控制方法
CN106837424A (zh) * 2017-02-25 2017-06-13 上海齐耀膨胀机有限公司 螺杆膨胀机变速恒频发电系统及发电方法
CN111133175A (zh) * 2017-09-21 2020-05-08 西门子股份公司 用于运行蒸汽轮机的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2218876Y (zh) * 1995-05-09 1996-01-31 北京市西城区新开通用试验厂 一种综合利用煤炭的燃蒸循环产动联供设备
US20060192390A1 (en) * 2003-07-15 2006-08-31 Javier Juanarena Saragueta Control and protection of a doubly-fed induction generator system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2218876Y (zh) * 1995-05-09 1996-01-31 北京市西城区新开通用试验厂 一种综合利用煤炭的燃蒸循环产动联供设备
US20060192390A1 (en) * 2003-07-15 2006-08-31 Javier Juanarena Saragueta Control and protection of a doubly-fed induction generator system

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王锋等: "风力发电机用双PWM变换器的功率平衡联合控制策略研究", 《中国电机工程学报》, vol. 26, no. 22, 30 November 2006 (2006-11-30) *
顾伟等: "采用涡旋膨胀机的低品位热能有机物朗肯循环发电系统实验研究", 《中国电机工程学报》, vol. 31, no. 17, 15 June 2011 (2011-06-15) *
马力: "CCHP及其所构成的微网的运行特性研究", 《中国博士学位论文全文数据库》, 23 June 2009 (2009-06-23) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103401496A (zh) * 2013-07-10 2013-11-20 天津大学 低温发电机组发电量的连续可调式控制方法
CN103401496B (zh) * 2013-07-10 2015-07-08 天津大学 低温发电机组发电量的连续可调式控制方法
CN106837424A (zh) * 2017-02-25 2017-06-13 上海齐耀膨胀机有限公司 螺杆膨胀机变速恒频发电系统及发电方法
CN111133175A (zh) * 2017-09-21 2020-05-08 西门子股份公司 用于运行蒸汽轮机的方法

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