CN104265389B - 一种具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，包括：蒸汽发生器、膨胀机、发电机、直接接触式冷凝器和工质泵；蒸汽发生器，用于通过废热对工质进行加热，将工质变为高压蒸汽进入膨胀机；膨胀机，用于在高压蒸汽的驱动下工作；发电机，与膨胀机同轴连接，在膨胀机的驱动下发电；直接接触式冷凝器，用于通过液态工质与从膨胀机排出的低压蒸汽工质直接接触，将低压蒸汽工质冷却为液态工质；工质泵，用于将从直接接触式冷凝器排出的液态工质输送至蒸汽发生器。利用直接接触式冷凝器即将高温的蒸汽工质与低温的液态工质直接接触，从而利用低温的液态工质来给高温的蒸汽工质进行冷却。降低了成本，直接接触的换热效率也比较高。

Description

一种具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统

技术领域

本发明涉及废热利用技术领域，特别涉及一种具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统。

背景技术

目前，将工厂中的废热进行利用的双工质循环发电系统已经比较常见，例如，利用烟气排放的废热、热水排放的废热、地热等，使低沸点的工质蒸发，以驱动膨胀机及发电机发电。

参见图1，该图为现有技术中的双工质循环发电系统示意图。

图1中的标号代表的意义如下：

1、蒸汽发生器；2、膨胀机；3、发电机；4、冷凝器；5、冷却塔；6、冷却水泵；7、工质泵。

废热w1进入蒸汽发生器1，废热w1对工质进行加热。被加热后的工质成为高温高压的蒸汽。高温高压的蒸汽到达膨胀机2，通过压差驱动膨胀机2工作，同时驱动与膨胀机2同轴连接的发电机3进行发电。

从膨胀机2出来的低压蒸汽的工质进入冷凝器4，冷却水泵6将冷却塔5中的冷却介质w2输送到冷凝器4。从图1中可以看出，冷却塔5与冷凝器4之间需要通过冷却水配管连接。

低压蒸汽的工质在冷凝器4中被冷却介质w2冷却成为液态工质。从冷凝器4出来的液态工质通过工质泵7被送往蒸汽发生器1，至此一个循环结束。

现有技术中的冷凝器4为间接接触式，需要换热用温差，换热效率较低。并且冷凝器4的散热被直接释放到大气中，散热的能量不能被有效的利用。另外，冷凝器内部使用了很多传热管，导致冷凝器的价格较高。该冷凝设备包括冷凝器、冷却塔、冷却水泵和冷却水配管，体积大，成本高。冷却水常年循环蒸发量大，需要消耗大量的水资源。

因此，本领域技术人员需要提供一种具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，能够降低冷却设备的成本，同时提高换热效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，能够降低冷却设备的成本，同时提高换热效率。

本发明实施例提供一种具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，包括：蒸汽发生器、膨胀机、发电机、直接接触式冷凝器和工质泵；

所述蒸汽发生器，用于通过废热对工质进行加热，将所述工质变为高压蒸汽进入所述膨胀机；

所述膨胀机，用于在所述高压蒸汽的驱动下工作；

所述发电机，与所述膨胀机同轴连接，在所述膨胀机的驱动下发电；

所述直接接触式冷凝器，用于通过液态工质与从所述膨胀机排出的低压蒸汽工质直接接触，将所述低压蒸汽工质冷却为液态工质；

所述工质泵，用于将从所述直接接触式冷凝器排出的液态工质输送至所述蒸汽发生器。

优选地，还包括：工质冷却器；

与所述低压蒸汽工质直接接触的液态工质是经过所述工质冷却器冷却后的。

优选地，所述工质冷却器是与外部被加热介质进行换热的换热器，所述换热器为板式换热器。

优选地，所述工质冷却器是以所述废热作为驱动源的吸收式冷冻机；

所述直接接触式冷凝器排出的液态工质经过所述吸收式冷冻机的蒸发器冷却后返回所述直接接触式冷凝器。

优选地，还包括：工质液储液罐；

所述工质液储液罐设置在液态工质的循环路径上。

优选地，还包括：均压管路；

所述均压管路设置在所述工质液储液罐的气相部分与所述直接接触式冷凝器的气相部分之间。

优选地，还包括：控制器、第一控制阀和第一液位检测器；

所述第一控制阀设置在所述工质液储液罐的液态工质流入且所述直接接触式冷凝器的液态工质流出的路径上；

所述第一液位检测器，用于检测所述工质液储液罐中液态工质的第一液位信息，将所述第一液位信息发送给所述控制器；

所述控制器，用于通过所述第一液位信息判断所述工质液储液罐中的液态工质的液位是否到达第一预定液位，如果是，则控制所述第一控制阀关闭。

优选地，还包括：控制器、第二控制阀和第二液位检测器；

所述第二控制阀设置在所述工质液储液罐的液态工质流出且所述直接接触式冷凝器的液态工质流入的路径上；

所述第二液位检测器，用于检测所述直接接触式冷凝器中液态工质的第二液位信息，将所述第二液位信息发送给所述控制器；

所述控制器，用于通过所述第二液位信息判断所述直接接触式冷凝器中的液态工质的液位是否到达第二预定液位，如果是，则控制所述第二控制阀打开。

优选地，所述废热以并联或者串联的形式进入所述吸收式冷冻机的再生器和所述蒸汽发生器。

优选地，还包括设置在所述工质泵与所述蒸汽发生器之间管路上的预热器；

所述预热器与所述吸收式冷冻机之间设置了散热介质回路，所述预热器与所述吸收式冷冻机通过所述散热介质回路进行换热。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

利用直接接触式冷凝器即将高温的蒸汽工质与低温的液态工质直接接触，从而利用低温的液态工质来给高温的蒸汽工质进行冷却。可以理解的是，因为是直接接触的，所述高温的液态工质和低温的液态工质的材质需要是一样的。这样利用直接接触式冷凝器就省去了冷却塔、冷却水泵以及冷却水配管等一系列设备，使用本实施例提供的直接接触式冷凝器就可以实现冷却工作。不仅降低了成本，而且不需要太大的温差，直接接触的换热效率也比较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的双工质循环发电系统示意图；

图2是本发明提供的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统实施例一示意图；

图3是本发明提供的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统实施例三示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一：

参见图2，该图为本发明提供的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统实施例一示意图。

本实施例提供的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，包括：蒸汽发生器1、膨胀机2、发电机3、直接接触式冷凝器4和工质泵7；

所述蒸汽发生器1，用于通过废热w1对工质进行加热，将所述工质变为高压蒸汽进入所述膨胀机2；

被加热的工质成为高压蒸汽，到达膨胀机2，通过压差驱动膨胀机2。

所述膨胀机2，用于在所述高压蒸汽的驱动下工作；

所述发电机3，与所述膨胀机2同轴连接，在所述膨胀机2的驱动下发电；

所述直接接触式冷凝器4，用于通过液态工质与从所述膨胀机2排出的低压蒸汽工质直接接触，将所述低压蒸汽工质冷却为液态工质；

所述工质泵7，用于将从所述直接接触式冷凝器4排出的液态工质输送至所述蒸汽发生器1。

本实施例中利用直接接触式冷凝器4即将高温的蒸汽工质与低温的液态工质直接接触，从而利用低温的液态工质来给高温的蒸汽工质进行冷却。可以理解的是，因为是直接接触的，所述高温的蒸汽工质和低温的液态工质的材质需要是一样的。这样利用直接接触式冷凝器4就省去了冷却塔、冷却水泵以及冷却水配管等一系列设备，使用本实施例提供的直接接触式冷凝器就可以实现冷却工作。不仅降低了成本，而且不需要太大的温差，直接接触的换热效率也比较高。

实施例二：

继续参见图2。

本实施例提供的双工质循环发电系统，还包括：工质冷却器9；

与所述低压蒸汽工质直接接触的液态工质是经过所述工质冷却器9冷却后的。

所述工质冷却器9是与外部被加热介质进行换热的换热器，所述换热器为板式换热器。

如图2所示，还包括第二工质泵8，第二工质泵8将冷凝器4排出的液态工质输送给工质冷却器9，工质冷却器9给被加热介质w3加热，从而使液态工质被冷却，被加热介质w3的温度被升高。被冷却后的液态工质进入冷凝器4，在冷凝器4中液态工质与蒸汽工质直接接触，使蒸汽工质液化。

可以理解的是，被加热介质w3可以考虑给热水器的供水预热或锅炉供水等预热。当然，也可以用于为其他工艺流体进行预热。

例如，供往工质冷却器9的液态工质温度为40℃，这样被加热介质w3有可能被预热到38℃。当然，w3进入工质冷却器9之前温度比38℃低。这样可以回收冷凝器4的散热。

不能回收冷凝器的散热并有效利用时，只要通过地下水、海水等低温冷却介质能够冷却液态工质，这样冷凝温度下降，这样可以提升双工质循环发电系统的效率。

而且，工质冷却器9可以为板式换热器，结构紧凑，也可以减少体积。

直接接触式冷凝器4的底部残留的一部分液态工质被工质泵7供往设置在蒸汽发生器1内部的喷淋装置1a，并被废热w1加热，变为高压蒸汽工质。至此一个循环结束。

需要说明的是，本实施例中使用了工质泵7和第二工质泵8，可以理解的是，这两个泵可以合二为一，共用一个泵。

本实施例中，还包括：工质液储液罐10；

所述工质液储液罐10设置在液态工质的循环路径上。

由于发电过程中，负荷容易变动，工质的循环量或者蒸汽发生器1内滞留的工质量均会发生变化，为了对应这些变化，确保整个系统稳定地运行而设置了工质液储液罐10。

另外，还设置了均压管路17。

所述均压管路17设置在所述工质液储液罐10的气相部分与所述直接接触式冷凝器4的气相部分之间。

由于工质液储液罐10为密闭构造，安装均压管路17可以防止压力异常上升，同时可以更容易使液态工质从管路12流出，流入冷凝器4中。

另外，本实施例提供的系统还包括：控制器(图中未示出)、第一控制阀V1和第一液位检测器LS1；

所述第一控制阀V1设置在所述工质液储液罐10的液态工质流入且所述直接接触式冷凝器的液态工质流出的路径上；

所述第一液位检测器LS1，用于检测所述工质液储液罐10中液态工质的第一液位信息，将所述第一液位信息发送给所述控制器；

所述控制器，用于通过所述第一液位信息判断所述工质液储液罐10中的液态工质的液位是否到达第一预定液位，如果是，则控制所述第一控制阀V1关闭。

还包括：第二控制阀V2和第二液位检测器LS2；

所述第二控制阀V2设置在所述工质液储液罐10的液态工质流出且所述直接接触式冷凝器4的液态工质流入的路径上；

所述第二液位检测器LS2，用于检测所述直接接触式冷凝器4中液态工质的第二液位信息，将所述第二液位信息发送给所述控制器；

所述控制器，用于通过所述第二液位信息判断所述直接接触式冷凝器4中的液态工质的液位是否到达第二预定液位，如果是，则控制所述第二控制阀V2打开。

具体动作如下：

当第二工质泵8运行时，控制V1打开，控制V2关闭。此时，向工质液储液罐10中输送液态工质，当工质液储液罐10中的液位上升到LS1的位置时，控制V1关闭。

运行中，如果直接接触式冷凝器4的底部的液位下降，下降到LS2的位置，则控制V2打开，使工质液储液罐10中的液态工质返回直接接触式冷凝器4中，以确保直接接触式冷凝器4中最低需要的液位。

如果直接接触式冷凝器4中的液位太低，则工质泵7和第二工质泵8容易发生汽蚀。最坏的情况是损坏这些泵，因此，以上设置LS1和LS2以及V1和V2可以避免这些情况发生。

而且，本实施例中，还在工质液储液罐10中设置了液位下降检测器(图中没有示出)，当工质液储液罐10中的液态工质下降到低于该液体下降检测器的位置时，则控制V1打开，第二工质泵8再次向工质液储液罐10输送液态工质。

实施例三：

参见图3，该图为本发明提供的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统实施例三示意图。

实施例二中以工质冷却器为换热器为例进行介绍的，本实施例中以工质冷却器为吸收式冷冻机为例进行介绍，可以理解的是，吸收式冷冻机又可以称为吸收式热泵。

当不能从外部提供低温被加热介质w3时，本实施例是一种有效的解决方案。

本实施例中工质冷却器是以所述废热作为驱动源的吸收式冷冻机13；

所述直接接触式冷凝器4排出的液态工质经过所述吸收式冷冻机13的蒸发器E冷却后返回所述直接接触式冷凝器4。

图3中，工质液经由工质经路15被供往吸收式冷冻机13的蒸发器E中，经蒸发器E冷却下来的工质液通过工质经路16返回直接接触式冷凝器4的喷淋装置4a，在这里与从膨胀机2过来的低压蒸汽直接接触，使低压蒸汽冷却液化。

图3示例中，废热w1从蒸汽发生器1出来后，是串联进入吸收式冷冻机13的。

其实废热w1也可以并联进入蒸汽发生器1与吸收式冷冻机13的再生器G中。

废热w1量多时，最好采用并联方式进入蒸汽发生器1和吸收式冷冻机13；当废热w1量少时，最好采用串联的方式先进入蒸汽发生器1，然后从蒸汽发生器1出来再进入吸收式冷冻机13。

吸收式冷冻机13的散热段有吸收器/冷凝器A/C。其散热量约为从废热w1回收热量的1.7倍左右。为能充分有效利用这部分散热，通过散热介质w4在工质预热器14中给工质加热。或者，也可以通过散热介质W4在油加热器(没有图示)中给润滑油加热。也可以对预热器14和油加热器中的任意一项进行加热，或者对两者同时进行加热。

不需要发电的情况下，从吸收式冷冻机13的蒸发器E中制取的冷却介质也可以用于其他制冷等冷却用途。此时可以在冷剂介质沿路15、16上设置切换阀。

另外，冷却用途与加热用途同时存在时，在散热介质回路w4中设置切换阀，也可以向加热负荷供给。这样一来，即使在不需要发电的情况下，也可以有效回收废热w1，将其用于冷却用途及加热用途，这样全年都能够有效利用废热。这种构成，即使外部没有被加热介质w3，也能够冷却工质液。

在本发明中，吸收式冷冻机为废热驱动型，它是着眼于利用本来不能利用而应该废弃的废热，不再需要其他高价的加热源这点上，使用化石燃料、或者压缩式冷冻机等其他加热源时也能发挥相同的效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，其特征在于，包括：蒸汽发生器、膨胀机、发电机、直接接触式冷凝器、工质冷却器和工质泵；

所述蒸汽发生器，用于通过废热对工质进行加热，将所述工质变为高压蒸汽进入所述膨胀机；

所述膨胀机，用于在所述高压蒸汽的驱动下工作；

所述发电机，与所述膨胀机同轴连接，在所述膨胀机的驱动下发电；

所述直接接触式冷凝器，用于通过液态工质与从所述膨胀机排出的低压蒸汽工质直接接触，将所述低压蒸汽工质冷却为液态工质；

所述工质泵，用于将从所述直接接触式冷凝器排出的液态工质输送至所述蒸汽发生器；

所述工质冷却器是以所述废热作为驱动源的吸收式冷冻机；

所述直接接触式冷凝器排出的液态工质经过所述吸收式冷冻机的蒸发器冷却后返回所述直接接触式冷凝器；

与所述低压蒸汽工质直接接触的液态工质是经过所述工质冷却器冷却后的。

2.根据权利要求1所述的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，其特征在于，所述工质冷却器是与外部被加热介质进行换热的换热器，所述换热器为板式换热器。

3.根据权利要求1-2任一项所述的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，其特征在于，还包括：工质液储液罐；

所述工质液储液罐设置在液态工质的循环路径上。

4.根据权利要求3所述的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，其特征在于，还包括：均压管路；

所述均压管路设置在所述工质液储液罐的气相部分与所述直接接触式冷凝器的气相部分之间。

5.根据权利要求3所述的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，其特征在于，还包括：控制器、第一控制阀和第一液位检测器；

所述第一控制阀设置在所述工质液储液罐的液态工质流入且所述直接接触式冷凝器的液态工质流出的路径上；

所述第一液位检测器，用于检测所述工质液储液罐中液态工质的第一液位信息，将所述第一液位信息发送给所述控制器；

所述控制器，用于通过所述第一液位信息判断所述工质液储液罐中的液态工质的液位是否到达第一预定液位，如果是，则控制所述第一控制阀关闭。

6.根据权利要求3所述的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，其特征在于，还包括：控制器、第二控制阀和第二液位检测器；

所述第二控制阀设置在所述工质液储液罐的液态工质流出且所述直接接触式冷凝器的液态工质流入的路径上；

所述第二液位检测器，用于检测所述直接接触式冷凝器中液态工质的第二液位信息，将所述第二液位信息发送给所述控制器；

所述控制器，用于通过所述第二液位信息判断所述直接接触式冷凝器中的液态工质的液位是否到达第二预定液位，如果是，则控制所述第二控制阀打开。

7.根据权利要求1所述的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，其特征在于，所述废热以并联或者串联的形式进入所述吸收式冷冻机的再生器和所述蒸汽发生器。

8.根据权利要求1或7所述的具有直接接触式冷凝器的双工质循环发电系统，其特征在于，还包括设置在所述工质泵与所述蒸汽发生器之间管路上的预热器；

所述预热器与所述吸收式冷冻机之间设置了散热介质回路，所述预热器与所述吸收式冷冻机通过所述散热介质回路进行换热。