CN103195519B - 基于多级蒸发器与工质泵串联的有机朗肯循环发电系统 - Google Patents

基于多级蒸发器与工质泵串联的有机朗肯循环发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多级蒸发器与工质泵串联的有机朗肯循环发电系统，其系统组成为：n个蒸发器热源侧依次串联相接，热源流体自第一个蒸发器进入从最后一个排出回灌至地下。除第一个蒸发器工质侧设有上出口外，其它蒸发器的工质侧均设有上下两个出口。每个蒸发器上出口均并联接于汽轮机的n个入口。汽轮机出口串接预热器和冷凝器，做功后的工质进入预热器和冷凝器后再次进入预热器的另一侧，与汽轮机排出的乏汽进行换热。每个蒸发器均配有工质泵，但是工质是以串联方式供给每个蒸发器，由此构成多级蒸发器与工质泵串接的工质闭路循环。该发电系统降低了传统ORC系统中单一蒸发器不可逆损失较大的缺陷，提高了系统的利用效率和技术经济性。

Description

基于多级蒸发器与工质泵串联的有机朗肯循环发电系统
技术领域
本发明属于热能工程领域，主要涉及一种采用有机朗肯循环方式的热电转换系统装置。
背景技术
有机朗肯循环是利用有机物工质作为热力循环的一种方式，以地热能、太阳能或其它低品位热源，对有机工质进行加热产生蒸气从而推动汽轮发电机组发电。有机朗肯循环(OrganicRankineCycle，简称ORC)热源流体入口的温度通常在80℃以上，蒸发器是ORC中产生不可逆损失最大的部件，尤其是在热源流体进出口焓降较高的情况下，蒸发器的不可逆损失将会进一步增大。因此合理的设置多级蒸发器，使热源流体与各级蒸发器进行连接，使液态工质在各级蒸发器中被加热为不同压力的饱和或过热蒸气，由此实现热源与工质之间良好的温度匹配。本发明是针对ORC效率低的问题而提出，由此可以明显提高系统的发电效率和技术经济性。
发明内容
本发明的目的是，提供一种基于多级蒸发器与工质泵串联的有机朗肯循环发电系统，对于大焓降的热源流体，将多级蒸发器进行串联，以弥补ORC方式蒸发器不可逆损失较大的问题，达到提高发电效率的目的。
为了实现上述目标，本发明采取了以下技术解决方案：基于多级蒸发器与工质泵串联的有机朗肯循环发电系统，包括：蒸发器、汽轮机、发电机、回热器、冷凝器以及工质泵，其系统组成为：n个蒸发器热源侧依次串联相接，热源流体自第一个蒸发器进入，然后从最末端的蒸发器热源侧排出回灌。除第一个蒸发器工质侧设有上出口外，其它蒸发器的工质侧均设有上下两个出口。每个蒸发器上出口均并联接于汽轮机的n个入口，汽轮机驱动发电机发电。汽轮机出口依次串接回热器和冷凝器，做功后的工质进入回热器和冷凝器后再次进入回热器的另一侧，与做功后汽轮机排出的乏汽进行换热。每个蒸发器均接有各自的工质泵，从回热器流出的工质经工质泵进入末端蒸发器工质侧进口，工质在此蒸发器中吸热蒸发作为推动汽轮机的动力之一；末端蒸发器工质侧下端出口经工质泵接至蒸发器工质侧进口。蒸发器中部分饱和液体经下端出口被工质泵提高压力后进入蒸发器中；该蒸发器工质侧下出口经工质泵接至蒸发器工质侧进口，蒸发器中部分饱和液体经下端出口被工质泵提高压力后进入蒸发器中……以此类推。最后蒸发器工质侧下出口经工质泵接至蒸发器工质侧进口，由此构成多级蒸发器与工质泵串接的工质多级蒸发闭路循环。
因为对于采用纯质(单组元工质)有机工质的ORC发电系统而言，热源流体入口温度越高，系统中蒸发器所产生的不可逆损失越大，所以采用多级蒸发器热源侧串联的结构，可以相对降低每个蒸发器热源流体的入口温度，蒸发器所产生的不可逆损失可进行弥补。
本发明的特点及产生的有益效果是：(1)热流体与n个蒸发器热源侧串联，然后每个蒸发器的工质侧直接与汽轮机并联连接，降低了传统ORC系统中单一蒸发器不可逆损失较大的缺陷，提高了系统的利用效率和技术经济性；(2)每个蒸发器均串接一个工质泵，以克服各蒸发器中蒸发压力与冷凝压力之间的压差，使得热源流体与工质的温度匹配性更好；(3)以地热能、太阳能或其它低品位能源作为系统的热源，在有利于环保的基础上，可达到符合节能减排的目的。
附图说明
所示附图为本发明的技术原理与系统部件连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的技术原理与系统组成结构作进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的而非限定性的，不以此限定本发明的保护范围。
基于多级蒸发器与工质泵串联的有机朗肯循环发电系统，其系统组成结构为：n个蒸发器1-1、1-2、……、1-n热源侧依次串联相接，热源流体自第一个蒸发器1-1进入，然后从最末端的蒸发器1-n热源侧排出回灌。除第一个蒸发器1-1工质侧设有上出口外，其它蒸发器的工质侧均设有上下两个出口。每个蒸发器上出口均并联接于汽轮机2的n个入口，汽轮机驱动发电机3发电。汽轮机出口依次串接回热器4和冷凝器5，做功后的工质进入回热器和冷凝器后再次进入回热器的另一侧，与做功后汽轮机排出的乏汽进行换热。每个蒸发器均接有各自的工质泵，从回热器流出的工质经工质泵6-n进入末端蒸发器1-n工质侧进口，工质在此蒸发器中吸热蒸发作为推动汽轮机的动力之一。末端蒸发器工质侧下端出口经工质泵6-n-1接至蒸发器1-n-1工质侧进口，末端蒸发器中部分饱和液体经下端出口被工质泵6-n-1提高压力后进入蒸发器1-n-1中。该蒸发器工质侧下出口经工质泵6-n-2接至蒸发器6-n-3工质侧进口，蒸发器1-n-1中部分饱和液体经下端出口被工质泵6-n-2提高压力后进入蒸发器1-n-3中……以此类推。最后蒸发器1-2工质侧下出口经工质泵6-1接至蒸发器1-1工质侧进口，由此构成多级蒸发器与工质泵串接的工质多级蒸发闭路循环。
该系统适用于热源流体在第一个蒸发器的进口与第n蒸发器的出口焓差较大的设计工况，而且热源流体在第一个蒸发器的进口温度与冷凝器冷却水进口温度之差大于50℃以上。考虑到系统实际运行的可行性，n不大于4。
本实施例采用两个蒸发器和两个工质泵(即n＝2)进行串联，热源流体为地下热水。其工作过程是：温度为110℃的地热水首先进入第一个蒸发器1-1与工质进行换热，换热后地热水温度降为85℃，然后进入第二蒸发器1-2，换热后地热水温度降为50℃，该地热水由第二个蒸发器流体侧排出回灌至地下。工质在第一个蒸发器中发生相变，压力由0.18MPa的液态相变为0.65MPa的饱和蒸气。工质在第二个蒸发器中由压力为0.18MPa的液态相变为0.32MPa的饱和蒸气，两个蒸发器中的相变工质并联进入汽轮机驱动发电机发电。做功后两个蒸发器的(饱和气)工质先进入预热器，然后进入冷凝器进行冷凝。从冷凝器出来的工质再次进入预热器，设置预热器的目的是利用汽轮机排出的乏汽热量对进入蒸发器的工质进行预热，由此可提高蒸发器的效能。经过预热后的工质先经工质泵6-2输入到第二蒸发器，然后再由工质泵6-1将一部分液态工质输入到第一蒸发器。通过两个蒸发器产生的过热或饱和蒸气推动汽轮机做功，明显减小了ORC发电系统单一蒸发器产生的不可逆损失。

Claims (2)

1.基于多级蒸发器与工质泵串联的有机朗肯循环发电系统，包括：蒸发器、汽轮机、发电机、回热器、冷凝器以及工质泵，其特征在于：n个蒸发器(1-1、1-2、……、1-n)热源侧依次串联相接，热源流体自从前至后数第一个蒸发器(1-1)进入，然后从从前至后数最后一个蒸发器(1-n)的热源侧排出回灌；除从前至后数第一个蒸发器(1-1)工质侧设有上出口外，其它蒸发器的工质侧均设有上下两个出口，每个蒸发器上出口均并联接于汽轮机(2)的n个入口，汽轮机驱动发电机(3)发电，汽轮机出口依次串接回热器(4)和冷凝器(5)，做功后的工质进入回热器和冷凝器后再次进入回热器的另一侧，与做功后汽轮机排出的乏汽进行换热，每个蒸发器均接有各自的工质泵，从回热器流出的工质经从前至后数最后一个工质泵(6-n)进入从前至后数最后一个蒸发器(1-n)工质侧进口，工质在此蒸发器中吸热蒸发作为推动汽轮机的动力之一；从前至后数最后一个蒸发器(1-n)工质侧下端出口，经从后至前数第二个工质泵(6-n-1)接至从后至前数第二个蒸发器(1-n-1)工质侧进口，从前至后数最后一个蒸发器(1-n)中部分饱和液体经下端出口被从后至前数第二个工质泵(6-n-1)提高压力后，进入从后至前数第二个蒸发器(1-n-1)中；该蒸发器工质侧下出口经从后至前数第三个工质泵(6-n-2)接至从后至前数第三个蒸发器(1-n-2)工质侧进口，从后至前数第二个蒸发器(1-n-1)中部分饱和液体经下端出口被从后至前数第三个工质泵(6-n-2)提高压力后，进入从后至前数第四个蒸发器(1-n-3)中……以此类推；最后从前至后数第二个蒸发器(1-2)工质侧下出口经从前至后数第一个工质泵(6-1)接至从前至后数第一个蒸发器(1-1)工质侧进口，由此构成多级蒸发器与工质泵串接的工质多级蒸发闭路循环。
2.按照权利要求1所述的基于多级蒸发器与工质泵串联的有机朗肯循环发电系统，其特征是：所述蒸发器以及相应工质泵的个数n，小于或等于4。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103615310B (zh) * 2013-12-09 2016-01-20 天津大学 内燃机冷却循环与排气能量回收orc的复合装置及控制方法
CN108561200A (zh) * 2018-04-04 2018-09-21 平山载清新能源技术开发有限公司 一种多热源点热能发电机组
CN111042885A (zh) * 2019-12-25 2020-04-21 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 一种回收不同温位余热的发电系统及发电方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4288979A (en) * 1979-09-21 1981-09-15 Combustion Engineering, Inc. Combined cycle power plant incorporating coal gasification
CN1338577A (zh) * 2000-08-21 2002-03-06 崔保山 新型节能水蒸汽喷射真空装置
CN102505973A (zh) * 2011-10-28 2012-06-20 天津大学 双级膨胀朗肯循环发电系统
DE102011009280A1 (de) * 2011-01-25 2012-07-26 Frank Eckert Verfahren zur Einkopplung von Wärme aus unterschiedlichen Quellen in ORC-Anlagen

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5246244A (en) * 1975-10-08 1977-04-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Waste heat recovery system
SE531238C2 (sv) * 2007-07-23 2009-01-27 Bengt H Nilsson Med Ultirec Fa Förfarande och arrangemang för energiomvandling av värme

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4288979A (en) * 1979-09-21 1981-09-15 Combustion Engineering, Inc. Combined cycle power plant incorporating coal gasification
CN1338577A (zh) * 2000-08-21 2002-03-06 崔保山 新型节能水蒸汽喷射真空装置
DE102011009280A1 (de) * 2011-01-25 2012-07-26 Frank Eckert Verfahren zur Einkopplung von Wärme aus unterschiedlichen Quellen in ORC-Anlagen
CN102505973A (zh) * 2011-10-28 2012-06-20 天津大学 双级膨胀朗肯循环发电系统

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