CN103410579A - 一种用于提高有机朗肯循环发电效率的装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提高有机朗肯循环发电效率的装置，包括有机朗肯循环回路和溶液除湿蒸发冷却循环回路；有机朗肯循环回路包括蒸气发生器、膨胀机、发电机、第一换热器、第二换热器、第一泵和蒸发冷却器；溶液除湿蒸发冷却循环回路包括溶液循环回路和空气循环回路；溶液循环回路包括再生器、浓储液槽、第二泵、液液热交换器、溶液冷却器、除湿器、稀储液槽、第三泵和第一换热器；空气循环回路包括回热器、第一风机、蒸发冷却器、第一风阀、第四泵、给水阀、补水装置、第二风阀、第三风阀。该装置能够利用有机朗肯循环余热，降低循环背压，提高发电效率。同时，本发明还提供该装置的工作方法，可以降低循环背压，提高发电效率。

Description

一种用于提高有机朗肯循环发电效率的装置及工作方法

技术领域

本发明属于溶液除湿、有机朗肯循环热力性能提升的技术领域，具体来说，涉及一种用于提高有机朗肯循环发电效率的装置及工作方法。

背景技术

节能减排是当前我国能源发展战略的主要内容。有机朗肯循环能够将太阳能、工业余热等低品位转换为电能，因其具有效率相对较高、系统简单、运行维护成本低等特点，在工业余热回收中得到广泛关注和运用。

相对传统以水为工质热电厂系统，基于有机朗肯循环的低温热能发电系统不仅节省了大量的高品位能源，而且能够以较少的机械能为代价，将低品位热能转换为电能，但低温热能有机朗肯循环存在发电效率较低的问题。因此，提高有机朗肯循环的发电效率具有重要的实际意义和应用价值，其中降低循环背压是提高循环发电效率的有效手段。传统的常温冷却降低循环背压存在余热浪费、循环背压高等不足。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于提高有机朗肯循环发电效率的装置，该装置能够充分利用有机朗肯循环余热，降低循环背压，提高其发电效率，同时，本发明还提供了该装置的工作方法，该方法可以降低循环背压，提高发电效率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于提高有机朗肯循环发电效率的装置，该装置包括有机朗肯循环回路和溶液除湿蒸发冷却循环回路；所述的有机朗肯循环回路包括蒸气发生器、膨胀机、发电机、第一换热器、第二换热器、第一泵，以及含有凝汽器的蒸发冷却器；蒸气发生器的输出端与膨胀机的输入端连接，膨胀机的输出端与第一换热器的上侧输入端连接，第一换热器的下侧输出端与第二换热器的输入端连接，第二换热器输出端与凝汽器的输入端连接，凝汽器的输出端与第一泵的输入端连接，第一泵的输出端与蒸气发生器的输入端连接；所述的溶液除湿蒸发冷却循环回路包括溶液循环回路和空气循环回路；所述的溶液循环回路包括侧部设有第二风机的再生器、浓储液槽、第二泵、液液热交换器、溶液冷却器、除湿器、稀储液槽、第三泵和第一换热器；再生器的下部输出端与浓溶液槽输入端连接，浓溶液槽的输出端通过第二泵与液液热交换器的下侧输入端连接；液液热交换器的上侧输出端通过溶液冷却器与除湿器的上部输入端连接，除湿器的下部输出端与稀溶液槽的输入端连接，稀溶液槽的输出端通过第三泵与液液热交换器的左侧输入端连接，液液热交换器的右侧输出端与第一换热器的左侧输入端连接，第一换热器的右侧输出端连接进入再生器的上部；所述的空气循环回路包括回热器、第一风机、蒸发冷却器、第一风阀、第四泵、给水阀、补水装置、第二风阀、第三风阀；回热器的右侧输入端与除湿器的上部输出端连接，回热器的左侧输出端通过第一风机与蒸发冷却器的下侧输入端连接，回热器的左侧输入端与蒸发冷却器的上侧输出端连接，回热器的右侧输出端分为两路：一路通过第一风阀与除湿器的下部输入端连接，另一路通过第二风阀与外界环境相通；第三风阀连接除湿器的右侧下部输入端，补水装置的输出端通过补水阀与蒸发冷却器的下部输出端连接，蒸发冷却器的下部输出端通过第四泵与蒸发冷却器的上部连接；所述的有机朗肯循环回路中的第一换热器和溶液循环回路中的第一换热器是同一部件，所述的有机朗肯循环回路中的蒸发冷却器和空气循环回路中的蒸发冷却器是同一部件。

一种上述的用于提高有机朗肯循环发电效率的装置的工作方法，该工作方法包括溶液循环过程、空气循环过程和有机朗肯循环过程；所述的溶液循环过程为：采用浓溶液在除湿器中吸收空气中的水蒸气，增加进入蒸发冷却器的空气的吸湿能力，浓溶液吸收水分后变为稀溶液，稀溶液通过第二泵送入再生器中，进行加热再生，稀溶液浓度提高，变为浓溶液，再通过第一泵、液液热交换器和溶液冷却器送入除湿器中，吸收空气中的水蒸气，以此循环；所述的空气循环过程为：在除湿器中，空气进行除湿处理后含有的水蒸气压力低，空气进入蒸发冷却器内，不断吸收喷淋水蒸发出的水蒸气，水蒸发汽化吸收空气和喷淋水中的热量，产生温度较低的冷水和冷空气，冷空气又排入除湿器中进行除湿处理，以此循环；所述的有机朗肯循环过程为：发电流体经过第一泵、蒸气发生器、膨胀机、第一换热器、第二换热器进入蒸发冷却器中的凝汽器内，在蒸发冷却器内低温的水和空气不断地蒸发吸收发电流体的热量，使发电流体冷凝为液体，实现低于常温的冷凝，以此循环。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、在蒸汽动力循环中，有机朗肯循环的背压是制约其发电效率的重要因素，传统常温冷却既不能充分利用有机朗肯循环余热，又不能有效降低循环背压，本发明的装置可利用膨胀机排出发电工质流体的余热来驱动溶液除湿蒸发冷却循环，为有机朗肯循环提供发电工质流体冷凝所需冷量，且实现低于常温的冷凝，具有可观的应用前景。相比传统常温冷却，本发明有效降低有机朗肯循环背压，提高有机朗肯循环发电效率。

2、本方法和装置为提高有机朗肯循环发电效率提供了一种可行的方法与装置，只需要将有机朗肯循环装置和溶液除湿蒸发冷却装置加以改造和升级即可实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中有：蒸气发生器1，膨胀机2，发电机3，第一换热器4，第二换热器5，凝汽器6，第一泵7，再生器8，浓溶液槽9，第二泵10，液液热交换器11，溶液冷却器12，除湿器13，稀溶液槽14，第三泵15，回热器16，第一风机17，蒸发冷却器18，第一风阀19，第四泵20，补水阀21，补水装置22，第二风阀23，第三风阀24，第二风机25。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行说明。

参见图1，本发明的一种用于提高有机朗肯循环发电效率的装置，包括有机朗肯循环回路和溶液除湿蒸发冷却循环回路。有机朗肯循环回路包括蒸气发生器1、膨胀机2、发电机3、第一换热器4、第二换热器5、第一泵7，以及含有凝汽器6的蒸发冷却器18；蒸气发生器1的输出端与膨胀机2的输入端连接，膨胀机2的输出端与第一换热器4的上侧输入端连接，第一换热器4的下侧输出端与第二换热器5的输入端连接，第二换热器5输出端与凝汽器6的输入端连接，凝汽器6的输出端与第一泵7的输入端连接，第一泵7的输出端与蒸气发生器1的输入端连接。凝汽器6中的工质是经过冷却且处于低压状态的液体。第一泵7将凝汽器6中的液体工质升压，送至蒸气发生器1，然后该高压液体在蒸气发生器1中被加热气化。溶液除湿蒸发冷却循环回路包括溶液循环回路和空气循环回路。溶液循环回路包括侧部设有第二风机25的再生器8、浓储液槽9、第二泵10、液液热交换器11、溶液冷却器12、除湿器13、稀储液槽14、第三泵15和第一换热器4。第二风机25作用是将环境空气送入再生器8中。在再生器8中，环境空气与加热的溶液进行直接热质交换，该空气经过热质交换后，离开再生器8又排放至大气环境中。再生器8的下部输出端与浓溶液槽9输入端连接，浓溶液槽9的输出端通过第二泵10与液液热交换器11的下侧输入端连接；液液热交换器11的上侧输出端通过溶液冷却器12与除湿器13的上部输入端连接，除湿器13的下部输出端与稀溶液槽14的输入端连接，稀溶液槽14的输出端通过第三泵15与液液热交换器11的左侧输入端连接，液液热交换器11的右侧输出端与第一换热器4的左侧输入端连接，第一换热器4的右侧输出端连接进入再生器8的上部。空气循环回路包括回热器16、第一风机17、蒸发冷却器18、第一风阀19、第四泵20、给水阀21、补水装置22、第二风阀23、第三风阀24；回热器16的右侧输入端与除湿器13的上部输出端连接，回热器16的左侧输出端通过第一风机17与蒸发冷却器18的下侧输入端连接，回热器16的左侧输入端与蒸发冷却器18的上侧输出端连接，回热器16的右侧输出端分为两路：一路通过第一风阀19与除湿器13的下部输入端连接，另一路通过第二风阀23与外界环境相通；第三风阀24连接除湿器13的右侧下部输入端，补水装置22的输出端通过补水阀21与蒸发冷却器18的下部输出端连接，蒸发冷却器18的下部输出端通过第四泵20与蒸发冷却器18的上部连接。有机朗肯循环回路中的第一换热器4和溶液循环回路中的第一换热器4是同一部件，所述的有机朗肯循环回路中的蒸发冷却器18和空气循环回路中的蒸发冷却器18是同一部件。

上述技术方案中，在有机朗肯循环回路中，膨胀机2之后的低压热发电流体为溶液除湿蒸发冷却循环回路提供驱动热源。有机朗肯循环回路中膨胀机2排出温度较高发电工质蒸气，用来驱动溶液除湿蒸发冷却循环回路，产生冷水为有机朗肯循环回路中发电工质流体提供冷源，使其冷凝为液体，从而实现膨胀机2出口发电工质低于常温冷却、降低膨胀机背压、提高有机朗肯循环发电效率的目的。

上述装置的工作方法包括溶液循环过程、空气循环过程和有机朗肯循环过程。

溶液循环过程为：采用浓溶液在除湿器13中吸收空气中的水蒸气，增加进入蒸发冷却器18的空气的吸湿能力，浓溶液吸收水分后变为稀溶液，稀溶液通过第三泵15送入再生器8中，进行加热再生，稀溶液浓度提高，变为浓溶液，再通过第二泵10、液液热交换器11和溶液冷却器12送入除湿器13中，吸收空气中的水蒸气，以此循环。

溶液循环过程采用浓溶液在除湿器13中吸收空气中的水蒸气，以维持进入蒸发冷却器18的空气的吸湿能力，溶液吸收水分后被稀释浓度降低，稀溶液通过第三泵15进入再生器8中被加热再生，浓度得到提高，重新恢复吸收水蒸气的能力。

空气循环过程为：在除湿器13中，空气进行除湿处理后含有的水蒸气压力低，空气进入蒸发冷却器18内，不断吸收喷淋水蒸发出的水蒸气，水蒸发汽化吸收空气和喷淋水中的热量，产生温度较低的冷水和冷空气，冷空气又排入除湿器中进行除湿处理，以此循环。

空气循环过程是除湿后的空气中水蒸气分压力低，在蒸发冷却器18内不断吸收喷淋水蒸发出的水蒸气，水蒸发汽化吸收空气和水的热量。经过除湿器13除湿后的空气与离开蒸发冷却器18的冷空气进行热交换，预冷降温后进入蒸发冷却器18，进行蒸发冷却，产生温度较低的冷水和冷空气。

空气循环回路，采用两种循环模式：夏季湿热气候外界空气湿度大，采用封闭空气循环模式，关闭第三风阀24和第二风阀23，打开第一风阀19，除湿后的空气经过回热器16和第一风机17进入蒸发冷却器18中，在蒸发冷却器18中，加湿后的空气通过回热,16重新送至除湿器13。过渡季节外界空气含湿量低，采用新风循环模式，新风通过送第三风阀24进入除湿器13，除湿后的空气经过回热器16和第一风机17进入蒸发冷却器18，通过回热器16释放冷量后，由第二风阀23排出；补水装置22向蒸发冷却器18补水，水经过喷淋器进入蒸发冷却器18内蒸发，发电工质蒸气经过第一泵7、蒸汽发生器1、膨胀机2、第一换热器4、第二换热器5，进入蒸发冷却器18内的凝汽器6内实现低于常温冷凝。

有机朗肯循环过程为：发电流体经过第一泵7、蒸气发生器1、膨胀机2、第一换热器4、第二换热器5进入蒸发冷却器18中的凝汽器6内，在蒸发冷却器18内低温的水和空气不断地蒸发吸收发电流体的热量，使发电流体冷凝为液体，实现低于常温的冷凝，以此循环。

有机朗肯循环过程中，在蒸发冷却器18内低温的水和空气不断地蒸发吸收发电流体的热量，使发电工质流体冷凝为液体，实现低于常温的冷凝，达到降低膨胀机背压的目的。

本发明利用溶液除湿蒸发冷却循环回路产生的过冷水使有机朗肯循环回路中发电工质流体冷凝，有机朗肯循环回路中的膨胀机2出口的发电工质蒸气作为低温热源驱动溶液除湿蒸发冷却循环回路。膨胀机2出口设置有热交换器加热需要的再生溶液。本发明由有机朗肯循环回路和溶液除湿蒸发冷却循环回路构成，两个循环回路的结合点在于膨胀机2之后的第一换热器4和凝汽器6。

在有机朗肯循环回路中，发电工质流体在蒸气发生器1吸收外界低品位热源的热量后变成高温高压的蒸气，进入膨胀机2内膨胀做功，带动发电机对外输出电能，膨胀机2出来的蒸气在第一换热器4中释放热量，为溶液除湿蒸发冷却循环回路提供热量，蒸气的温度和压力降低，然后经过第二换热器5和凝汽器6冷却冷凝，发电工质流体温度和压力也进一步降低，直至冷凝为液体，从凝汽器6出来的发电工质液体，经第一泵7加压后送入蒸气发生器1中，再次循环。

在溶液除湿蒸发冷却循环回路中，溴化锂溶液吸收膨胀机2出口发电工质蒸气的热量，溶液表面的水蒸气分压力上升，发生出水蒸气被进入再生器8的空气带走，溶液浓度上升，浓溶液经浓溶液槽9、第二泵10、液液换热器11、溶液冷却器12，在除湿器13上部喷淋，吸收进入除湿器13内空气中水蒸气，溶液浓度降低，稀溶液经稀溶液槽14、第三泵15、液液换热器11，在第一换热器4中再次被加热，重新进入再生器8进行循环。

本发明的装置包括溶液除湿蒸发冷却循环回路和有机朗肯循环回路，溶液除湿蒸发冷却循环回路通过有机朗肯循环膨胀机出口的蒸气提供热源驱动，产生冷水为有机朗肯循环中膨胀机排出发电工质流体提供冷源，降低膨胀机背压。溶液除湿蒸发冷却循环包括溶液循环回路和空气循环回路。除湿后的空气中水蒸气分压力低，在蒸发冷却器内不断吸收喷淋水蒸发出的水蒸气，水蒸发汽化吸收空气和水的热量，在蒸发冷却器内低温的水和空气不断地蒸发吸收发电工质流体的热量，使发电工质流体冷凝为液体。本发明能够实现充分利用膨胀机出口发电流体热能有效降低膨胀机背压、提高有机朗肯循环发电效率的目的。

   

Claims (4)

1.一种用于提高有机朗肯循环发电效率的装置，其特征在于：该装置包括有机朗肯循环回路和溶液除湿蒸发冷却循环回路；

所述的有机朗肯循环回路包括蒸气发生器（1）、膨胀机（2）、发电机（3）、第一换热器（4）、第二换热器（5）、第一泵（7），以及含有凝汽器（6）的蒸发冷却器（18）；蒸气发生器（1）的输出端与膨胀机（2）的输入端连接，膨胀机（2）的输出端与第一换热器（4）的上侧输入端连接，第一换热器（4）的下侧输出端与第二换热器（5）的输入端连接，第二换热器（5）输出端与凝汽器（6）的输入端连接，凝汽器（6）的输出端与第一泵（7）的输入端连接，第一泵（7）的输出端与蒸气发生器（1）的输入端连接；

所述的溶液除湿蒸发冷却循环回路包括溶液循环回路和空气循环回路；

所述的溶液循环回路包括侧部设有第二风机（25）的再生器（8）、浓储液槽（9）、第二泵（10）、液液热交换器（11）、溶液冷却器（12）、除湿器（13）、稀储液槽（14）、第三泵（15）和第一换热器（4）；再生器（8）的下部输出端与浓溶液槽（9）输入端连接，浓溶液槽（9）的输出端通过第二泵（10）与液液热交换器（11）的下侧输入端连接；液液热交换器（11）的上侧输出端通过溶液冷却器（12）与除湿器（13）的上部输入端连接，除湿器（13）的下部输出端与稀溶液槽（14）的输入端连接，稀溶液槽（14）的输出端通过第三泵（15）与液液热交换器（11）的左侧输入端连接，液液热交换器（11）的右侧输出端与第一换热器（4）的左侧输入端连接，第一换热器（4）的右侧输出端连接进入再生器（8）的上部；

所述的空气循环回路包括回热器（16）、第一风机（17）、蒸发冷却器（18）、第一风阀（19）、第四泵（20）、给水阀（21）、补水装置（22）、第二风阀（23）、第三风阀（24）；回热器（16）的右侧输入端与除湿器（13）的上部输出端连接，回热器（16）的左侧输出端通过第一风机（17）与蒸发冷却器（18）的下侧输入端连接，回热器（16）的左侧输入端与蒸发冷却器（18）的上侧输出端连接，回热器（16）的右侧输出端分为两路：一路通过第一风阀（19）与除湿器（13）的下部输入端连接，另一路通过第二风阀（23）与外界环境相通；第三风阀（24）连接除湿器（13）的右侧下部输入端，补水装置（22）的输出端通过补水阀（21）与蒸发冷却器（18）的下部输出端连接，蒸发冷却器（18）的下部输出端通过第四泵（20）与蒸发冷却器（18）的上部连接；

所述的有机朗肯循环回路中的第一换热器（4）和溶液循环回路中的第一换热器（4）是同一部件，所述的有机朗肯循环回路中的蒸发冷却器（18）和空气循环回路中的蒸发冷却器（18）是同一部件。

2.一种权利要求1所述的用于提高有机朗肯循环发电效率的装置的工作方法，其特征在于，该工作方法包括溶液循环过程、空气循环过程和有机朗肯循环过程；

所述的溶液循环过程为：采用浓溶液在除湿器（13）中吸收空气中的水蒸气，增加进入蒸发冷却器（18）的空气的吸湿能力，浓溶液吸收水分后变为稀溶液，稀溶液通过第二泵（15）送入再生器（8）中，进行加热再生，稀溶液浓度提高，变为浓溶液，再通过第一泵（10）、液液热交换器（11）和溶液冷却器（12）送入除湿器（13）中，吸收空气中的水蒸气，以此循环；

所述的空气循环过程为：在除湿器（13）中，空气进行除湿处理后含有的水蒸气压力低，空气进入蒸发冷却器（18）内，不断吸收喷淋水蒸发出的水蒸气，水蒸发汽化吸收空气和喷淋水中的热量，产生温度较低的冷水和冷空气，冷空气又排入除湿器中进行除湿处理，以此循环；

所述的有机朗肯循环过程为：发电流体经过第一泵（7）、蒸气发生器（1）、膨胀机（2）、第一换热器（4）、第二换热器（5）进入蒸发冷却器（18）中的凝汽器（6）内，在蒸发冷却器（18）内低温的水和空气不断地蒸发吸收发电流体的热量，使发电流体冷凝为液体，实现低于常温的冷凝，以此循环。

3.按照权利要求2所述的用于提高有机朗肯循环发电效率的装置的工作方法，其特征在于，所述的空气循环回路为：夏季湿热气候外界空气湿度大，采用封闭空气循环模式，关闭第三风阀（24）和第二风阀（23），打开第一风阀（19），除湿后的空气经过回热器（16）和第一风机（17）进入蒸发冷却器（18）中，在蒸发冷却器（18）中，加湿后的空气通过回热器（16）重新送至除湿器（13）中，以此循环；同时，补水装置（22）向蒸发冷却器（18）补水，水经过喷淋器进入蒸发冷却器（18）内蒸发，发电工质蒸气经过第一泵（7）、蒸汽发生器（1）、膨胀机（2）、第一换热器（4）、第二换热器（5），进入蒸发冷却器（18）内的凝汽器（6）内实现低于常温冷凝。

4.按照权利要求2所述的用于提高有机朗肯循环发电效率的装置的工作方法，其特征在于，所述的空气循环回路为：过渡季节外界空气含湿量低，采用新风循环模式，新风通过第三风阀（24）进入除湿器（13），除湿后的空气经过回热器（16）和第一风机（17）进入蒸发冷却器（18），通过回热器（16）释放冷量后，由第二风阀（23）排出；同时，补水装置（22）向蒸发冷却器（18）补水，水经过喷淋器进入蒸发冷却器（18）内蒸发，发电工质蒸气经过第一泵（7）、蒸汽发生器（1）、膨胀机（2）、第一换热器（4）、第二换热器（5），进入蒸发冷却器（18）内的凝汽器（6）内实现低于常温冷凝。

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