CN103089356A

CN103089356A - 闪蒸-双工质联合发电装置

Info

Publication number: CN103089356A
Application number: CN2013100243530A
Authority: CN
Inventors: 骆超; 徐琼辉; 龚宇烈; 马伟斌
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明提供了一种闪蒸-双工质联合发电装置，包括依次连接的热水泵、闪蒸器、抽气器、蒸发器、预热器；闪蒸器的闪蒸器第一气体出口依次连接有汽轮机、凝汽器气体进口、凝汽器、凝汽器液体出口，在汽轮机上还连接有第一发电机，形成闪蒸发电装置；蒸发器第二气体出口依次连接膨胀动力机、冷凝器、工质泵、调节阀、预热器第二液体进口、预热器第二液体出口、蒸发器第二液体进口，形成完整的双工质发电循环，在动力膨胀机上还连接有第二发电机。该装置中既包含了闪蒸发电装置又包含了双工质发电装置，同时具有抽气器维持闪蒸压力和冷凝压力，调节阀调节工质流量的特点，实现了发电功率的稳定输出，提高了低品位热能的热利用效率。

Description

闪蒸-双工质联合发电装置

技术领域

本发明涉及中低温地热和余热资源作为热源的闪蒸-双工质联合发电装置

背景技术

我国能源利用率仅为33%左右，比发达国家低约10%。余热发电主要采用闪蒸技术，广泛应用于钢铁、水泥、化工等行业，商业化的地热发电技术主要有干蒸汽、闪蒸、双工质技术，针对中低温低品位热能资源，国外应用成熟的技术主要是基于有机朗肯循环的双工质发电，美国UTC公司、以色列的ORMAT、意大利的TURBODEN、法国Cryostar公司都生产中低温余热双工质发电机组，由于国外技术对国内封锁，目前，国内在钢铁和水泥行业应用的余热闪蒸发电技术的适用温度大多在200℃以上，针对低品位热能资源，还没有研制出市场化发电机组。

现有的技术专利主要有闪蒸双工质循环联合地热发电系统，中低温地热双工质循环发电装置和一种适用于氨水用于中低温地热井取热的装置等。其不足之处在于：

1，所用工质要求较高，有些对热源温度和工质气压做了限定，有些限定了特定工质，从而导致装置的适用性不广；

2，缺少抽气装置，闪蒸系统需要维持一定的闪蒸压力才能稳定运行，缺少抽气器或真空装置导致发电系统不能正常运行；

3，冷却效率不高，闪蒸系统采用间接冷却方式，降低了汽轮机进出口焓差，导致联合发电装置发电功率减少；

4，缺少工质流量调节阀，工质流量随着发电系统运行工况条件的改变而改变，工质流量不能调节时，导致发电装置运行不稳定。

闪蒸-双工质联合发电是通过蒸发器和余热器将闪蒸和双工质发电结合的一种发电方式。针对上述问题，本专利不仅解决闪蒸-双工质联合发电装置运行不稳定的问题，而且还能够有效地提高低品位热能的利用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用低品位热能资源（工业余热水、地热水）进行闪蒸-双工质联合发电的装置。由于资源量大、温度较低，利用低品位热能资源进行发电的热效率低并且发电设备体积庞大，此发明专利能够解决发电装置占地面积大、设备体积庞大和热效率低等问题。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：闪蒸-双工质联合发电装置，包括热水泵、闪蒸器、抽气器、蒸发器、凝汽器、预热器、预热器第一液体进口、汽轮机、第一发电机、膨胀动力机、预热器第二液体进口、第二发电机；所述热水泵与闪蒸器连接，闪蒸器具有依次与汽轮机和第一发电机连接的闪蒸器第一气体出口、与抽气器连接的闪蒸器第二气体出口、与蒸发器连接的闪蒸器液体出口，汽轮机的输出口还依次连接到凝汽器和抽气器，形成闪蒸发电装置；增加了抽气器，维持闪蒸发电装置的闪蒸压力和凝汽器的冷凝压力；蒸发器具有依次与膨胀动力机和第二发电机连接的蒸发器第二气体出口、与预热器第二液体进口连接的蒸发器第二液体进口、与预热器第一液体进口连接的蒸发器第一液体出口，膨胀动力机的输出口还依次通过冷凝器、工质泵和调节阀连接到预热器，形成完整的双工质发电循环。所述调节阀用于调节工质流量，使发电装置稳定运行。闪蒸发电采用混合式直接冷却的方式提高电站的输出功率；用工质广泛，包括单有机单工质、有机混合工质以及氨水溶液，保证动力膨胀机进气口和排气口的压差大于0.3Mpa。

本发明工作过程如下：热水通过热水泵进入闪蒸器，在闪蒸器内降压汽化，一部分热水被迅速汽化，变成闪蒸蒸汽，由闪蒸器第一气体出口进入汽轮机，推动汽轮机，汽轮机带动第一发电机发电，同时抽气器抽出闪蒸器和凝汽器中的不凝气体，维持闪蒸器和凝汽器的压力，保证系统的正常运行，完成闪蒸发电；闪蒸后的热水进入蒸发器并且和来自预热器的液体工质进行热交换，闪蒸后的热水经过热交换后通过预热器排放；液体工质在蒸发器经热交换后汽化成气体工质，气体工质进入膨胀动力机，推动膨胀动力机，膨胀动力机带动第二发电机发电，膨胀动力机排出的气体工质进入冷凝器，气体工质在冷凝器中冷却成液体工质，液体工质经过工质泵和调节阀进入预热器，液体工质在预热器中和热水进行热交换，液体工质在预热器中预热后进入蒸发器，液体工质在蒸发器中蒸发汽化，从而，工质完成一个封闭的循环，形成双工质发电装置。闪蒸-双工质联合发电是通过蒸发器和预热器将闪蒸和双工质发电结合的一种发电方式。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1，本发明提供一种利用低品位热能资源（工业余热水、地热水）进行闪蒸-双工质联合发电的装置，提高了热效率，为利用低品位热能发电提出了一条新的技术路线；

2，本装置的闪蒸发电部分采用直接冷却方式，提高了电站的功率输出；

3，本装置采用工质既包括单工质也包括混合工质，适用性广；

4，本装置避免了闪蒸系统占地面积大、设备体积庞大的缺点，可以合理利用空间位置。

附图说明

附图1为本发明实施例的闪蒸-双工质联合发电装置示意图。

附图标记说明：1，热水泵；2，闪蒸器液体进口；3，闪蒸器；4，闪蒸器第二气体出口；5，抽气器；6，闪蒸器液体出口；7，蒸发器第一液体进口；8，蒸发器；9，蒸发器第一液体出口；10，预热器第一液体进口；11，预热器；12，预热器第一液体出口；13，闪蒸器第一气体出口；14，汽轮机；15，凝汽器气体进口；16，凝汽器；17，凝汽器液体出口；18，第一发电机；19，凝汽器气体出口；20，凝汽器液体进口；21，冷却水泵；22，蒸发器第二气体出口；23，膨胀动力机；24，冷凝器；25，工质泵；26，调节阀；27，预热器第二液体进口；28，预热器第二液体出口；29，蒸发器第二液体进口；30，第二发电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1所示，闪蒸-双工质联合发电装置，包括热水泵1、闪蒸器3、抽气器5、蒸发器8、凝汽器16、预热器11、预热器第一液体进口10、汽轮机14、第一发电机18、膨胀动力机23、预热器第二液体进口28、第二发电机30；热水泵1与闪蒸器3连接，闪蒸器3具有依次与汽轮机14和第一发电机18连接的闪蒸器第一气体出口13、与抽气器5连接的闪蒸器第二气体出口4、与蒸发器8连接的闪蒸器液体出口6，汽轮机14的输出口还依次连接到凝汽器16和抽气器5；蒸发器8具有依次与膨胀动力机23和第二发电机30）接的蒸发器第二气体出口22、与预热器第二液体进口28连接的蒸发器第二液体进口29、与预热器第一液体进口10连接的蒸发器第一液体出口9，膨胀动力机23的输出口还依次通过冷凝器24、工质泵25和调节阀26连接到预热器11。

低品位热水通过热水泵1送入闪蒸器3，在闪蒸器3内降压，一部分热水被迅速汽化，变成闪蒸蒸汽，闪蒸蒸汽通过闪蒸器第一气体出口13进入汽轮机14内，推动汽轮机14，汽轮机14带动第一发电机18发电，之后闪蒸蒸汽被送入凝汽器16，由冷却水直接冷却排放，闪蒸器3内的不凝气体通过闪蒸器第二气体出口4进入抽气器5，抽气器5用于维持闪蒸器3内的压力；凝汽器16采用直接冷却的方式冷却；形成闪蒸发电装置。

输入闪蒸器3内的另一部分热水，温度降低，进入蒸发器第一液体进口7，闪蒸后的热水与通过蒸发器第二液体进口29的液体工质进行热交换，沸点较低的液体工质通过热交换汽化成高压气体工质，高压气体工质通过蒸发器第二气体出口22进入动力膨胀机23，推动动力膨胀机23，动力膨胀机23带动第二发电机30发电，闪蒸后的热水经过热交换后通过蒸发器第一液体出口9进入预热器第一液体进口10，在预热器11经过热交换后由预热器第一液体出口12排放；动力膨胀机23的排气通过管道进入冷凝器24，由冷却水将其变成液体工质，液体工质通过工质泵25和调节阀26进入预热器第二液体进口27，液体工质通过和预热器第一液体进口10的热水进行热交换，液体工质经过热交换后接近沸点，液体工质通过预热器第二液体出口28进入蒸发器第二液体进口29，液体工质在蒸发器蒸发后，进入蒸发器第二气体出口22，完成一个完整的循环；工质泵用于提高工质液体扬程，使液体工质进入预热器；调节阀用于调节工质的流量，使发电装置稳定运行；冷凝器采用间接冷却方式；形成双工质发电装置。

抽气器5可以维持闪蒸发电装置的闪蒸压力冷凝压力，并且可以除去闪蒸器3和冷凝器24内的不凝气体。所述凝汽器16采用直接冷却方式。冷凝器24采用间接冷却方式。所述调节阀26可以自动调节工质流量。所述工质包括单有机单工质、有机混合工质以及氨水溶液，保证动力膨胀机进气口和排气口的压差大于0.3MPa。

本发明装置中既包含了闪蒸发电装置又包含了双工质发电装置，同时具有抽气器维持闪蒸压力和调节阀调节工质流量的特点，实现了发电功率的稳定输出，提高了低品位热能的热利用效率。

上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.闪蒸-双工质联合发电装置，其特征在于:包括热水泵（1）、闪蒸器（3）、抽气器(5)、蒸发器（8）、凝汽器（16）、预热器（11）、预热器第一液体进口（10）、汽轮机（14）、第一发电机（18）、膨胀动力机（23）、预热器第二液体进口（28）、第二发电机（30）；

所述热水泵（1）与闪蒸器（3）连接，闪蒸器（3）具有依次与汽轮机（14）和第一发电机（18）连接的闪蒸器第一气体出口（13）、与抽气器(5)连接的闪蒸器第二气体出口（4）、与蒸发器（8）连接的闪蒸器液体出口（6），汽轮机（14）的输出口还依次连接到凝汽器（16）和抽气器(5)，形成闪蒸发电装置；

蒸发器（8）具有依次与膨胀动力机（23）和第二发电机（30）连接的蒸发器第二气体出口（22）、与预热器第二液体进口（28）连接的蒸发器第二液体进口（29）、与预热器第一液体进口（10）连接的蒸发器第一液体出口（9），膨胀动力机（23）的输出口还依次通过冷凝器（24）、工质泵（25）和调节阀（26）连接到预热器（11），形成完整的双工质发电循环。

2.如权利要求1所述的闪蒸-双工质联合发电装置，其特征在于：所述膨胀动力机（23）包括螺杆机、汽轮机和涡轮机。