CN102808661A - 利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低温余热回收发电技术领域，具体涉及一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组。现有技术存在功率小、效率低的问题，为克服现有技术存在的不足，本发明提供的技术方案是：利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，包括主透平机、减速齿轮箱、发电机、润滑系统和电控箱，所述主透平机包括机壳、转子、多级轴流式叶轮、静叶环、进气室和设在进气室进气端的全自动调节阀组，所述转子与多级轴流式叶轮连接，静叶环设置于轴流式进气室内。本发明具有效率高，机组功率大的特点。

Description

利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组
技术领域
本发明涉及低温余热回收发电技术领域，具体涉及一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组。
背景技术
   煤炭和石油、天然气是现代文明的动力和能源，但是他们是有限的资源总有一天会枯竭，在人类还没有找到可以替代的新能源前我们一定要节约能源提高能源的利用率，近年来我国在太阳能、风能的开发和利用产业中为人类做出了一定贡献，节能减排也做了不少的努力和的成绩，但是面临的问题和困难还很多，比如低温余热的再利用、地热能的开发利用还存在一定的技术障碍。
有机工质的郎肯循环ORC( organic rankin cycle)技术在国外早已经被用在低温余热回收发电项目中，而我国则刚刚开始。处于设备和技术前沿的公司是以色列的“奥玛特”(Ormat)公司，该公司在1993年曾向我国出口过一套1 MWA的低温余热发电机组，但由于当时的制造技术所限机组的效率较低，换热器体积庞大，采用的正戊烷为换热介质，该介质具有易燃易爆有剧毒等缺陷，导致国内某大型企业在使用中投入的人力及维护费用巨大，在90年代我国大部分企业还没有意识到节能减排对企业的重要性，并在该企业存在一定的安全隐患，故该机组运行时间不长就被搁置，直至损坏无法恢复使用。
目前现有技术在进行有机工质的郎肯循环的研究和小功率发电机组的开发的过程中采用向心式和螺杆式膨胀机，这种结构效率较低、机组功率受到本身结构和膨胀原理的限制。
发明内容：
本发明提供一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，以克服现有技术功率小、效率低的问题。
为克服现有技术存在的不足，本发明提供的技术方案是：一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，包括主透平机、减速齿轮箱、发电机、润滑系统和电控箱，所述主透平机包括机壳，其特殊之处在于：所述主透平机还包括转子、多级轴流式叶轮、静叶环、进气室和设在进气室进气端的流量调节装置，转子与多级轴流式叶轮均设置于机壳内，进气室与机壳的端面连接，所述转子与多级轴流式叶轮连接，静叶环设置于进气室内。
上述进气室内部分为3-4个互相独立的进气室，每个进气室的进气端均设有流量调节装置。
上述流量调节装置为全自动调节阀组或者可调静叶组。
上述转子与机壳的连接处设有轴端密封，所述轴端密封采用机械密封或者干气密封。
上述一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，还包括公用底座兼油箱，所述主透平机、减速齿轮箱、发电机、润滑系统和电控箱均设置于公用底座兼油箱上，所述公用底座兼油箱为两端密封的方管结构，共用底座兼油箱内设置有润滑油。
上述润滑系统包括依次连接的电动油泵、冷油器和滤油器。
上述一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，有机工质采用R245fa、R227fa或者R123无毒不可燃的环保型工质，或者以上工质的混合物。
本发明相对于现有技术，具有如下优点和效果：
1. 主透平机采用多级轴流式设计，具有效率高，机组功率大的特点。
2. 主机的气动结构采用轴向进气设计，进气室设计成3-4个互相独立的气室，而进入透平机的工质流量，分别由设在每个进气室进气端的流量调节装置调节，这样透平机就可以实现全周进气和部分进气的灵活选择，这三个阀还具有快速切断功能在危机情况下保护透平机安全；
3. 主发电机组结构采用整体底座撬装式设计，包括主透平机、减速齿轮箱、发电机、润滑系统和电控箱均集中在一个公用底座上，机组结构紧凑，安装方便。
4. 为了工厂环境及安全，机组的工作介质采用无危害的R245fa，R227fa,R123等，该类介质无毒，不易燃、不易爆、不损坏环境，是国际环境组织认可并推荐的有机介质。
附图说明：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的主透平机的结构示意图；
图3是本发明进气室内部结构示意图；
图4是本发明低温余热物质循环换热流程图；
其中， 1-主透平机、2-减速齿轮箱、3-发电机、4-油泵、5-滤油器、6-冷油器、7-公用底座兼油箱、8-电控箱、9-流量调节装置、10-进气室、11-多级轴流式叶轮、12-机壳、13-轴端密封、14-转子、15-静叶环。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做详细说明：
参照图1~3，一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，包括主透平机1、减速齿轮箱2、发电机3、润滑系统和电控箱8，所述主透平机1包括机壳12、转子14、多级轴流式叶轮11、静叶环15、进气室10和设在进气室10进气端的流量调节装置9，转子14与多级轴流式叶轮11均设置于机壳12内，进气室10与机壳12的端面连接，所述转子14与多级轴流式叶轮11连接。静叶环15设置于进气室10内。为防止气流泄露，转子14与机壳12的连接处设有轴端密封13，所述轴端密封13采用机械密封或者干气密封。上述一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，还包括公用底座兼油箱7，所述主透平机1、减速齿轮箱2、发电机3、润滑系统和电控箱8均设置于公用底座兼油箱7上，所述公用底座兼油箱7为两端密封的方管结构，共用底座兼油箱7内设置有润滑油。上述进气室10内部分为3-4个互相独立的进气室，每个进气室的进气端均设有流量调节装置9。上述流量调节装置9为全自动调节阀组或者可调静叶组。上述润滑系统包括依次连接的油泵4、冷油器6和滤油器5。上述一种利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，内部有机工质采用R245fa 、R227fa、R123等环保介质或者其混合物。
使用时，换热后的高压、高温气态有机工质经过管道送入流量调节装置9，流量调节装置9按照指令调节工质流量，工质进入进气室10的B室，再经过静叶环15上的部分静叶推动转子14上的多级轴流式叶轮11开始膨胀作功，并达到调节升速，当速度达到发电机3要求后实现同步并网，流量调节装置9再次依次开启并提高有机工质通过静叶环15和多级轴流式叶轮11的流量开始升功率，直到图1中的发电机3机组满负荷工作；当主透平机1出现故障需停车时，流量调节装置9会在一秒钟之内迅速关闭，并打开旁通阀门泄压，以保护机组的安全。
主透平机1开始转动经过减速齿轮箱2减速与发电机3同步工作；存储在底座兼油箱7里的润滑油经过油泵4加压后，经冷却器6冷却、再经过滤器5过滤后供给机组做润滑使用。机组所有电器接线端子及一次仪表全部装在底座上的电控箱8里。
为了工厂环境及安全，机组的工作介质采用无危害的R245fa等介质，无毒，不易燃、不易爆、对环境无损害，符合相关国际标准，是国际环境组织认可相并推荐的有机介质。为了防止珍贵的介质对外泄露，机组在设计中采用了进、排气气缸一体化设计，排气轴伸端采用了双端面机械密封13。
参照图4 含有低温余热物质(气态、液态)经过第一换热器将导热油或者水加热到一定温度，经循环泵循环换到有机工质换热器，导热油或者水将热量再传递到有机工质，使得有机工质成为高压、高温气态，气态工质进入轴流式透平机做功，压力得到释放、温度降低，再到冷却塔降温变成液态，又被循环泵再次压入有机工质换热器换热。
为了保证工厂生产的安全和环境，系统在烟道换热器的设计中，没有直接采用有机工质进行换热，而是在主烟道内先使用以水或者导热油为介质的换热锅炉，将热换到工厂非生产区，再通过有机工质换热器将热换到有机工质做功。
本发明制造及技术的成功，标志着我国在200℃以下余热回收大功率发电技术的成功，本发明填补了我国在该领域的空白。
据不完全统计我国钢铁及化工有色金属冶炼等领域200℃以下余热的热量,每年可以回收的热量大约有500万兆焦，是一个相当可观的市场，另外该机组也可以作为地热发电机组，对我国开发使用纯地热发电提供了有力的技术保障。

Claims (7)

1.利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，包括主透平机（1）、减速齿轮箱（2）、发电机（3）、润滑系统和电控箱（8），所述主透平机（1）包括机壳（12），其特征在于：所述主透平机（1）还包括转子（14）、多级轴流式叶轮（11）、静叶环（15）、进气室（10）和设在进气室（10）进气端的流量调节装置（9），转子（14）与多级轴流式叶轮（11）均设置于机壳（12）内，进气室（10）与机壳（12）的端面连接，所述转子（14）与多级轴流式叶轮（11）连接，静叶环（15）设置于进气室（10）内。
2.根据权利要求1所述利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，其特征在于：所述进气室（10）内部分为3-4个互相独立的进气室，每个进气室的进气端均设有流量调节装置（9）。
3.根据权利要求1或2所述利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，其特征在于：所述流量调节装置（9）为全自动调节阀组或者可调静叶组。
4.根据权利要求3所述利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，其特征在于：所述转子（14）与机壳（12）的连接处设有轴端密封（13），所述轴端密封（13）采用机械密封或者干气密封。
5.根据权利要求4所述利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，其特征在于：还包括公用底座兼油箱（7），所述主透平机（1）、减速齿轮箱（2）、发电机（3）、润滑系统和电控箱（8）均设置于公用底座兼油箱（7）上，所述公用底座兼油箱（7）为两端密封的方管结构，共用底座兼油箱（7）内设置有润滑油。
6.根据权利要求5所述利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，其特征在于：所述润滑系统包括依次连接的油泵（4）、冷油器（6）和滤油器（5）。
7.根据权利要求6所述利用有机工质郎肯循环的轴流式发电机组，其特征在于：内部有机工质采用R245f，R227fa或者R123。
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