CN105756736A - 低温热源透平机发电装置及基于该装置的有机双循环方法 - Google Patents

低温热源透平机发电装置及基于该装置的有机双循环方法 Download PDF

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CN105756736A CN201610236933.XA CN201610236933A CN105756736A CN 105756736 A CN105756736 A CN 105756736A CN 201610236933 A CN201610236933 A CN 201610236933A CN 105756736 A CN105756736 A CN 105756736A
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Abstract

本发明公开了一种低温热源透平机发电装置及基于该装置的有机双循环方法，该装置的热源介质循环泵与热交换器的热源入口相连；所述热交换器的工作介质出口与汇合器的一个入口相连；所述汇合器的出口与透平机的入口相连，透平机的出口与压缩机的入口相连；压缩机的出口分别与汇合器的另一个入口和工作介质循环泵的入口相连；工作介质循环泵的出口与热交换器的工作介质入口相连；所述透平机与发电机相连；所述热源介质循环泵、热交换器、透平机、压缩机、工作介质循环泵和发电机均与计算机监控系统相连。本发明该装置热能?机械能转化效率高，机组单机容量大，结构紧凑，热源适应性强，功率/重量比高，技术和产品稳定性好。

Description

低温热源透平机发电装置及基于该装置的有机双循环方法
技术领域
本发明涉及透平机械、发动机、热泵、朗肯循环、流体机械、流体力学、热力学和气体动力学等领域，尤其涉及一种低温热源透平机发电装置及基于该装置的有机双循环方法。
背景技术
众所周知，燃煤、燃油、燃气发电机组和车船发动机等消耗大量燃料，运行成本高且污染环境。原子能发电设备需要核燃料，水利发电需要修筑水库大坝，风力发电和太阳能因其能源密度低而成本高启。
目前世界范围内盛行的利用余热的方法是利用有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle-ORC)。新安装的和现有的往复式发动机正在利用或通过设备改造转化浪费的热能为电能，获得额外的机组输出功率。随着低温ORC系统的商业化，缸套冷却水和废气的能量作为出色的零排放能源加以利用。ORC装置可以有效地利用高温(尾气排放管道)、低温(缸套冷却水)或两者组合的能源，理论上利用废热可额外获得相当于机组容量的12％以上的电力，实践中可获得6％。ORC的冷却系统还可兼作发动机的散热器，可节省可观的热电厂前期投资。
传统有机朗肯循环(ORC)遵循蒸汽发动机的基本原理，利用沸点比水低得多的工作流体替换水介质，图1为典型的传统有机朗肯循环(ORC)的结构图。
传统的有机郎肯循环过程的工作步骤包括：
1.低沸点工作介质在蒸发器中与被热水泵泵入的热水进行热交换，热量被用于煮沸工质蒸发；
2.具备压力的低沸点工质蒸汽流过双螺杆膨胀机，驱动发电机发出电力；
3.低沸点工质蒸汽在冷凝器中散热冷却，热量由冷凝器散热器带走；
4.液态工质(制冷剂)经工作介质循环泵加压后泵入蒸发器，循环过程得以重复。
传统郎肯循环成功地使用沸点比水低得多的工质使低沸点蒸汽发动机旋转驱动发电机产生电力。这种低沸点液体工质包括有机分子，例如戊烷这样的炭氢化合物或炭氢氟制冷剂，因而命名为有机朗肯循环。常用的工作质包括R134或R245fa等不燃无毒的工作介质等，沸点需与工况配套。ORC利用尾气排放和缸套冷却水或者两者组合的余热，转换为一种有价值的能量形式例如电能。ORC技术遵循应用于发动机本身的热动力学定律，部分热量必须被排放。图2表示了热量借助ORC的工作介质从高温TH，进入低温TC，迫使工作介质做机械功W，例如驱动一台发电机发电。
输入热量、输出热量和所做的功在理论上的理想比例可按卡诺效率公式计算，可回收的热机理想效率如下，
ηcarnot＝1-(TC/TH) (1)
式中ηcarnot-卡诺循环效率；
TH-热源介质高温侧温度，°K；
TC-工作介质排放侧温度，°K；
温度是绝对温度°K，以开尔文温度测量，大约三分之一的理论最大值可从低温ORC转化为电功率输出，ORC转换效率在6-12％左右。
低温ORC技术与往复式发动机相连接，已广泛地应用于世界各地的许多行业。而对传统有机朗肯循环来说，输入到热交换器的热能，只有一小部分通过双螺杆膨胀机或透平式膨胀机转换成机械能，其中大部分热量由冷却器排放到空气或冷却水中。有机朗肯循环的理论效率为1-TC/TH,工业实践的实际效率为6-10％左右，ORC机组的容量不可能做得很大，一般小于200千瓦，与几兆瓦的燃油机组配套。有机朗肯循环余热利用效率低，机组容量小，投资回报前景有限，这也是大多数用户特别是电价比较低的中国用户不愿意装备余热利用机组的主要原因。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种低温热源透平机发电装置及基于该装置的有机双循环方法，为电力设备、汽车、造船业、工业设备和家用设备等工业提供无能耗无污染的动力设备和电力。
本发明采用的技术方案如下，一种低温热源透平机发电装置，包括热源介质循环泵、热交换器、透平机、压缩机、工作介质循环泵、发电机、计算机监控系统和汇合器；其中，所述热源介质循环泵与热交换器的热源入口相连；所述热交换器的工作介质出口与汇合器的一个入口相连；所述汇合器的出口与透平机的入口相连，透平机的出口与压缩机的入口相连；压缩机的出口分别与汇合器的另一个入口和工作介质循环泵的入口相连；工作介质循环泵的出口与热交换器的工作介质入口相连；所述透平机通过联轴器与发电机相连；所述热源介质循环泵、热交换器、透平机、压缩机、工作介质循环泵和发电机均与计算机监控系统相连。
进一步的，所述热源介质循环泵、热交换器和工作介质循环泵组成热交换系统；所述热源介质循环泵和工作介质循环泵采用变频调速控制，热交换系统在计算机监控系统的控制下保证输入到热交换系统的热量与透平机的机械功输出同步匹配。
进一步的，所述压缩机抽取透平机的出口尾气，尾气在压缩机中被压缩和冷凝，形成液态工作介质和气态工作介质，其中液态工作介质通过工作介质循环泵泵入热交换器，气态工作介质经压缩后与热交换器蒸发后的气态工作介质通过汇合器汇合，汇合后一并输入到透平机的入口。
一种基于低温热源透平机发电装置的有机双循环方法，所述有机双循环方法包括以下循环步骤：
S1：热源介质在热源介质循环泵的驱动下流过热交换器与工作介质进行热交换，热量用于煮沸工作介质使其蒸发；
S2：压缩机抽取透平机的出口尾气，尾气在压缩机中被压缩和冷凝，形成液态工作介质和气态工作介质，其中液态工作介质通过工作介质循环泵泵入热交换器，重新进行热交换；气态工作介质经压缩后与热交换器蒸发后的气态工作介质通过汇合器汇合，回合后一并输入到透平机的入口；在压缩机的牵引下，透平机将气态工作介质的热能转换成机械能，从而驱动发电机发电；
S3：上述压缩机抽取透平机的出口尾气，尾气在压缩机中被冷凝，形成液态工作介质，液态工作介质通过工作介质循环泵泵入热交换器，液态工作介质在热交换器中被蒸发，蒸发后的气体进入透平机的入口，形成外部液态工作介质循环；
S4：上述压缩机抽取透平机的出口尾气，尾气在压缩机中被压缩，形成气态工作介质，气态工作介质经压缩后与热交换器蒸发后的气态工作介质通过汇合器汇合，回合后一并输入到透平机的入口，形成内部气态工作介质循环；
S5：如果外部液态工作介质循环停止工作，内部气态工作介质循环仍可独立工作；
S6：计算机监控系统获取热源介质循环泵和工作介质循环泵的流量信号、热交换器的温度信号、透平机的转速和压力信号、压缩机的压力信号，输出控制信号，发送给所述热源介质循环泵和工作介质循环泵的变频调速控制器，从而通过调节热源介质循环泵和工作介质循环泵的流量来控制输入到透平机的能量，进而调节透平机的转速和机械功输出，使低温热源透平机发电装置适应外部负载的变化。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明的装置设计紧凑，输入热源适应性强，功率/重量比高，技术和产品稳定性好，投资回报率超高。
2、本发明有机双循环和有机朗肯循环都遵循蒸汽发动机的基本定理，都使用低沸点工作介质代替水和水蒸气介质。但本发明使用低温热源透平机将热能至机械能，使用压缩机处理蒸汽尾气，因而无需安装冷却装置就可实现一个封闭的工作循环；而有机朗肯循环使用双螺杆膨胀机将热能转换为机械能，必须安装散热器通过散热的方法使低沸点工作介质液化，实现一个封闭的工作循环。
3、本发明因没有安装冷却器，低沸点蒸汽的尾气处理与环境温度没有紧密的联系，采用更为巧妙的方法来解决工作介质液化时产生的液化热排放难题。因无需排放热量至周围环境，低温热源透平机的出口温度可不受环境温度的制约。从理论上讲，所有吸入到热交换器的热量可全部转换成机械能，换句话说低温热源透平机输出的机械能与输入到热交换器的热能保持同步，通过调节输入到热交换器的热量来控制低温热源透平机的机械能输出，保持透平机的内部不会产生过热现象。
4、因周围环境温度比热交换器和低温热源透平机机体温度低，有一小部分热量将从热交换器和透平机机体散发到空气中，从热交换器到低温热源透平机的效率可达90％以上。
5、本发明采用独特的液态和气态工作介质双回路能量转换工艺过程，去除传统有机朗肯循环的冷却装置，无需对吸入的热量在部分转化为机械能后进行散热处理，高效地转化热能至机械能，从工艺上保证从热源吸入的热量至透平机的机械能输出的能量转化效率提高到90％以上，可设计和制造的单机机组容量提高到2万千瓦。这种工艺和方法在能量转换工艺和设备两方面为大规模地利用低温热源奠定了坚实的理论和工程基础，开辟了无能耗无污染清洁能源利用的新途径和新方法。
附图说明
图1是有机朗肯循环(ORC)结构框图；
图2是有机朗肯循环(ORC)热量流向图；
图3是本发明的低温热源透平机及有机双循环工艺结构图；
图4是往复式发动机缸套冷却水和排放尾气余热利用机组结构原理图；
图5是蒸汽轮机发电厂余热利用机组结构原理图；
图6是液化天然气生产过程余热利用机组结构原理图；
图7是炼钢炉生产过程余热利用机组结构原理图；
图8是地热热水余热利用机组结构原理图；
图9是热泵热水余热利用机组结构原理图；
图10是空气能利用机组结构原理图；
图11是海水热能利用机组结构原理图；
图中，热源介质循环泵1、热交换器2、透平机3、压缩机4、工作介质循环泵5、发电机6、计算机监控系统7、汇合器8、联轴器9、蒸发器10、双螺杆膨胀机11、冷凝器12、冷凝罐13、制冷剂系统14、余热回收锅炉15、地热热水罐16、热泵热水罐17、风扇18、海水供应罐19、第一循环泵20、第二循环泵21。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。
如图3所示，低温热源透平机发电装置以分布广泛的低温热源作为能源来源，遵循能量守恒和朗肯循环定律，采用先进的低温热能-机械能转换技术，透平机转子在获取的动力作用下旋转，驱动发电机发出电力。这种低温热源透平机发电装置包括热源介质循环泵1、热交换器2、透平机3、压缩机4、工作介质循环泵5、发电机6、计算机监控系统7和汇合器8；其中，所述热源介质循环泵1与热交换器2的热源入口相连；所述热交换器2的工作介质出口与汇合器8的一个入口相连；所述汇合器8的出口与透平机3的入口相连，透平机3的出口与压缩机4的入口相连；压缩机4的出口分别与汇合器8的另一个入口和工作介质循环泵5的入口相连；工作介质循环泵5的出口与热交换器2的工作介质入口相连；所述透平机3通过联轴器9与发电机6相连；所述热源介质循环泵1、热交换器2、透平机3、压缩机4、工作介质循环泵5和发电机6均与计算机监控系统7相连。
所述热源介质循环泵1、热交换器2和工作介质循环泵5组成热交换系统；所述热源介质循环泵1和工作介质循环泵5采用变频调速控制，热交换系统在计算机监控系统7的控制下保证输入到热交换系统的热量与透平机3的机械功输出同步匹配。
所述压缩机4抽取透平机3的出口尾气，尾气在压缩机4中被压缩和冷凝，形成液态工作介质和气态工作介质，其中液态工作介质通过工作介质循环泵5泵入热交换器2，气态工作介质经压缩后与热交换器2蒸发后的气态工作介质通过汇合器8汇合，汇合后一并输入到透平机3的入口，气态工作介质驱动透平机3的转子旋转，输出转速和扭矩驱动发电机6旋转发电。压缩机4对透平机3的出口尾气进行实时处理，不断排空透平机3的出口，使透平机3始终保持压差连续运转。
热源介质循环泵1输送热源介质在热交换器2内循环流动，迫使热源介质与工作介质交换热量。热源介质传输的热量与热交换器2的热传导系数、传热面积和热交换器2的壁面温差成正比，在热交换器2制作加工成形后，热交换面积是固定的，壁面温差在设备运行时通常不断地变化，热源介质循环泵1与计算机监控系统7的变频调速系统相连接，通过调节热源介质循环泵1的转速和流量，调节热交换器的热传导系数，从而调节从热源介质传输到工作介质的热量，实现热量输入的实时控制。
这种低温热源透平机组的润滑方案简洁，对于小型机组可去除润滑油罐、润滑油泵、润滑油过滤器和润滑油冷却器，创建了一个结构简单高效稳定的润滑系统。对于大型机组来说，需要配备润滑油罐、润滑油泵、润滑油过滤器和润滑油冷却器等，但润滑系统结构和容量比现有的热发电机组小得多，润滑油的用量与常规工业机器类同。这种低温热源透平机无需冷却装置，系统维护简便，维护成本低廉。
本发明的技术方案还包括一种基于低温热源透平机发电装置的有机双循环工艺，所述有机双循环工艺包括以下循环步骤：
S1：热源介质在热源介质循环泵1的驱动下流过热交换器2与工作介质进行热交换，热量用于煮沸工作介质使其蒸发；
S2：压缩机4抽取透平机3的出口尾气，尾气在压缩机4中被压缩和冷凝，形成液态工作介质和气态工作介质，其中液态工作介质通过工作介质循环泵5泵入热交换器2，重新进行热交换；气态工作介质经压缩后与热交换器2蒸发后的气态工作介质通过汇合器8汇合，回合后一并输入到透平机3的入口；在压缩机4的牵引下，透平机3将气态工作介质的热能转换成机械能，从而驱动发电机6发电；
S3：上述压缩机4抽取透平机3的出口尾气，尾气在压缩机4中被冷凝，形成液态工作介质，液态工作介质通过工作介质循环泵5泵入热交换器2，液态工作介质在热交换器2中被蒸发，蒸发后的气体进入透平机3的入口，形成外部液态工作介质循环；
S4：上述压缩机4抽取透平机3的出口尾气，尾气在压缩机4中被压缩，形成气态工作介质，气态工作介质经压缩后与热交换器2蒸发后的气态工作介质通过汇合器8汇合，回合后一并输入到透平机3的入口，形成内部气态工作介质循环；
S5：如果外部液态工作介质循环停止工作，内部气态工作介质循环仍可独立工作；
S6：计算机监控系统7获取热源介质循环泵1和工作介质循环泵5的流量信号、热交换器2的温度信号、透平机3的转速和压力信号、压缩机4的压力信号，采用成熟的控制算法(如比例微分积分调节器或模糊控制算法)，计算出输出控制信号，发送给所述热源介质循环泵1和工作介质循环泵5的变频调速控制器，从而通过调节热源介质循环泵1和工作介质循环泵5的流量来控制输入到透平机3的能量，进而调节透平机3的转速和机械功输出，使低温热源透平机发电装置适应外部负载的变化。输入到热交换器2的热量在热交换器2的结构和参数给定后与流过热交换器2的热源介质和工作介质的流量成比例关系。所述计算机监控系统7为该领域现有成熟的监控系统，为本领域技术人员公知技术手段，这里不作具体的赘述。
低温热源分布广泛，包括内燃机和透平机余热、蒸汽热电厂蒸汽冷凝塔余热、生物质锅炉、太阳能、地热、重工业生产过程余热、原油和天然气生产过程余热和热泵制取的热水等。设计完美的低温热源透平机发电装置的散热和冷却部分能量损失非常少。
实施例1
如图4所示，为往复式发动机缸套冷却水和排放尾气余热利用机组结构和实施方案。图中第一循环泵20的入口管与缸套冷却水罐的出口连接，热交换器2的回水管与缸套冷却水罐的回水口相连接，缸套冷却水罐与往复式发动机的气缸组件冷却系统联通，对发动机实现冷却。第一循环泵20调节冷却水流过热交换器2的流速，调节热量从冷却水罐流向热交换器2的速度，实现热量输入透平机3的速度调节。第一循环泵20的流量越大，流入热交换器2和透平机3的热量越大，反之流入的热量越小。
第二循环泵21的入口管与尾气余热锅炉的出口连接，热交换器2的回水管与尾气余热锅炉的回水口相连接，尾气余热锅炉与往复式发动机的尾气排放烟囱联通，回收利用发动机的尾气排放余热。第二循环泵21调节冷却水流过热交换器2的流速，调节热量从尾气余热锅炉流向热交换器2的速度，实现热量输入透平机3的速度调节。第二循环泵21的流量越大，流入热交换器2和透平机3的热量越大，反之流入的热量越小。
热交换器2的两部分可单独使用或串联连接，当用于串联连接时，缸套冷却水用于预热，而尾气余热锅炉实施进一步的温度提升。热交换器2的回水温度，即缸套冷却水和尾气余热锅炉的进口水温，可控制在25-50℃范围内，保证从往复式发动机吸入的热能除了散发到空气中的热量外全部用于机械能和电能的转换。
缸套冷却水(液)和尾气余热锅炉的用水或冷却液系统构成一个泵控闭环系统，可长时间使用，正常工况下无需排放，冷却水和冷却液使用成本低廉，同时符合环保要求。余热利用机组替代冷却塔吸收余热，同时余热利用机组本身无冷却塔，对新建的热电厂来说，可节省一笔可观的开销。
实施例2
传统热电厂使用冷却水将发电汽轮机乏汽中所蕴含的热量通过冷却塔排放到空气中，这造成了热能和水资源的巨大浪费。一般纯凝热电厂，其冷端损失可达50％以上。回收热电厂冷却水中的低品位余热用于发电，不仅可以避免能源浪费，提高热电厂的综合能源利用率，更可在保留原有设备的情况下增加热电厂的供电能力，大幅度可达原厂发电量的发电能力。
如图5所示，为蒸汽轮机发电厂余热利用机组结构和实施方案。图中热源介质循环泵1的入口管与蒸汽轮机冷凝罐13的出水口连接，热交换器2的回水管与冷凝罐13的回水口相连接，冷凝罐13与蒸汽轮机的蒸汽出口终端联通，实现蒸汽冷端排放，排放的蒸汽在冷凝罐13内凝结成水滴。热源介质循环泵1从冷凝罐13内抽取冷凝水，调节冷凝水流过热交换器2的流速，调节热量从冷凝罐13流向热交换器2的速度，实现热量输入透平机3的速度调节。热源介质循环泵1的流量越大，流入热交换器2和透平机3的热量越大，反之流入的热量越小。
热交换器2与冷凝罐13的用水系统构成一个泵控闭环系统，冷凝水可长时间循环使用，正常工况下无需排放，冷凝水使用成本低廉，同时符合环保要求。余热利用机组替代冷却塔吸收余热，同时余热利用机组本身无冷却塔，对新建的热电厂来说，可节省一笔可观的开销。
实施例3
目前许多液化天然气公司采用制冷剂对天然气进行液化处理，制冷剂压缩液化时排放大量热量到空气和冷却水中，这造成了热能和水资源的巨大浪费，回收利用这一部分热量可提高液化天然气生产的效率，因液化后的天然气的内能低于液化前的天然气气体，这一部份热量将提供足够的电力供应液化天然气生产过程。
如图6所示，为液化天然气生产过程余热利用机组结构和实施方案。图中热源介质循环泵1的入口管与制冷剂系统14的制冷剂出口连接，热交换器2的制冷剂回液管与制冷剂系统14的回液口相连接，制冷剂系统14的制冷剂压缩系统保持不变，制冷剂系统14中经压缩后的液相和气相制冷剂与热交换器2进行热交换，实现从制冷剂到工质的热量转移。保留液化天然气生产过程原有的压缩系统，有助于简化余热利用机组结构，工质选择和温度匹备容易实现。热源介质循环泵1从制冷剂系统14抽取制冷剂，调节制冷剂流过热交换器2的流速，调节热量从制冷剂系统⑨流向热交换器2的速度，实现热量输入透平机3的速度调节。热源介质循环泵1的流量越大，流入热交换器2和透平机3的热量越大，反之流入的热量越小。
制冷剂系统14与热交换器2构成一个泵控闭环系统，制冷剂可长时间循环使用，制冷剂使用成本低廉，同时符合环保要求。余热利用机组替代制冷剂压缩系统的冷却设备吸收余热，大幅度降低压缩机的驱动功率，同时余热利用机组本身无冷却塔，对新建的热电厂来说，可节省一笔可观的开销。
实施例4
炼钢生产过程存在多种不同种类的余热可供利用，包括炼钢转炉余热、电炉余热和加热炉余热等。针对炼钢过程余热资源的特点，需要考虑多种回收方法，充分利用和转化不同温度级别的余热，同时不影响炼钢生产的正常进行和钢厂生产和生活用蒸汽的供应。
如图7所示，为炼钢生产过程余热利用机组结构和实施方案。图中热源介质循环泵1的入口管与余热回收锅炉15的饱和蒸汽水出口连接，热交换器2的冷却水回水管与余热回收锅炉15的回水口相连接，余热回收锅炉15的饱和蒸汽水与热交换器2进行热交换，实现从饱和蒸汽水到工质的热量转移。经热交换器2冷却后的回水温度可降至25-50℃，返回到余热回收锅炉15后的冷却水与余热回收锅炉15内的蒸气混合物进行热交换。简洁的余热利用机组结构，有助于工质选择和温度匹备。热源介质循环泵1从余热回收锅炉15抽取饱和蒸汽水，调节饱和蒸汽水流过热交换器2的流速，可调节热量从余热回收锅炉15流向热交换器2的速度，实现热量输入透平机3的速度调节。热源介质循环泵1的流量越大，流入热交换器2和透平机3的热量越大，反之流入的热量越小。
余热回收锅炉15与热交换器2构成一个泵控闭环系统，冷却水可长时间循环使用，冷却使用成本低廉，同时符合环保要求。余热利用机组替代原有的冷却设备吸收余热，同时余热利用机组本身无冷却塔，对新建的热电厂来说，可节省一笔可观的开销。
实施例5
全世界许多地表和矿井含有丰富的热水资源可供开发利用，利用地热热水的发电装置已由许多成功例子，低温热水资源的利用和开发的前景广阔。
如图8所示，为利用低温热水资源的发电机组结构和实施方案。图中热源介质循环泵1的入口管与地热热水罐16的出水口连接，热交换器2的回水管与地热热水排放系统相连接，地热热水罐16储存地热热水，地热热水经与热交换器2热交换后，直接排放。热源介质循环泵1从地热热水罐16内抽取热水，调节热水流过热源介质循环泵1的流速，调节热量从地热热水罐16流向热源介质循环泵1的速度，实现热量输入透平机3的速度调节。热源介质循环泵1的流量越大，流入热交换器2和透平机3的热量越大，反之流入的热量越小。热交换器2的回水温度可控，保证从热水吸入的热能除了散发到空气中的热量外全部转换成机械能和电能。
地热热水罐16储存地热热水，构成一个泵控开环系统，冷却后的水直接排放，因机组对地热热水不添加任何化学元素，水质没有任何改变，直接排放符合环保要求。余热利用机组替代冷却塔吸收地热，同时地热利用机组本身无冷却塔，对新建的热电厂来说，可节省一笔可观的开销。
实施例6
如图9所示，为热泵热水余热利用机组结构和实施方案。图中热源介质循环泵1的入口管与热泵热水罐17的出口连接，热交换器2的冷却水回水管与热泵热水罐17的回水口相连接，热泵热水罐17的热水与热交换器2进行热交换，实现从热水到工质的热量转移。经热交换器2冷却后返回到热泵热水罐17后的冷却水与热泵热水罐17内的蒸气混合物进行热交换。简洁的余热利用机组结构，有助于工质选择和温度匹备。热源介质循环泵1从热泵热水罐17抽取热水，调节热水流过热交换器2的流速，可调节热量从热泵热水罐17流向热交换器2的速度，实现热量输入透平机3的速度调节。热源介质循环泵1的流量越大，流入热交换器2和透平机3的热量越大，反之流入的热量越小。
热泵热水罐17与热交换器2构成一个泵控闭环系统，冷却水可长时间循环使用，冷却使用成本低廉，同时符合环保要求。余热利用机组替代原有的冷却设备吸收余热，同时余热利用机组本身无冷却塔，对新建的热电厂来说，可节省一笔可观的开销。
实施例7
如图10所示，为空气能利用机组结构和实施方案。图中风扇18驱动空气流过热交换器2进行热交换，实现从空气能到工质的热量转移。调节风扇18的转速可调节空气流过热交换器2的流速，从而调节热量从风扇18流入热交换器2的速度，实现热量输入透平机3的速度调节。风扇18的流量越大，流入热交换器2和透平机3的热量越大，反之流入的热量越小。
风扇18与热交换器2构成一个空气流开环系统，空气流除了温度降低外无任何其它改变，符合环保要求。同等功率的机组的热交换器体积将比水介质热交换器庞大。
实施例8
如图11所示，为海水热能利用机组结构和实施方案。图中热源介质循环泵1的入口管与海水供应罐19的出口连接，热交换器2的海水回水管与海水排放管道相连接，来自海水供应罐19的海水与热交换器2进行热交换，实现从海水到工质的热量转移。热源介质循环泵1从海水供应罐19抽取海水，调节海水流过热交换器2的流速，可调节热量从海水供应罐19流向热交换器2的速度，实现热量输入透平机3的速度调节。热源介质循环泵1的流量越大，流入热交换器2和透平机3的热量越大，反之流入的热量越小。
海水热能的利用受到海水温度和海水冰点的限制，在中国南方城市具有广阔应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低温热源透平机发电装置，其特征在于，包括热源介质循环泵(1)、热交换器(2)、透平机(3)、压缩机(4)、工作介质循环泵(5)、发电机(6)、计算机监控系统(7)和汇合器(8)等；其中，所述热源介质循环泵(1)与热交换器(2)的热源入口相连；所述热交换器(2)的工作介质出口与汇合器(8)的一个入口相连；所述汇合器(8)的出口与透平机(3)的入口相连，透平机(3)的出口与压缩机(4)的入口相连；压缩机(4)的出口分别与汇合器(8)的另一个入口和工作介质循环泵(5)的入口相连；工作介质循环泵(5)的出口与热交换器(2)的工作介质入口相连；所述透平机(3)通过联轴器(9)与发电机(6)相连；所述热源介质循环泵(1)、热交换器(2)、透平机(3)、压缩机(4)、工作介质循环泵(5)和发电机(6)均与计算机监控系统(7)相连。
2.如权利要求书1所述的低温热源透平机发电装置，其特征在于，所述热源介质循环泵(1)、热交换器(2)和工作介质循环泵(5)组成热交换系统；所述热源介质循环泵(1)和工作介质循环泵(5)采用变频调速控制，热交换系统在计算机监控系统(7)的控制下保证输入到热交换系统的热量与透平机(3)的机械功输出同步匹配。
3.如权利要求书(1)所述的低温热源透平机发电装置，其特征在于，所述压缩机(4)抽取透平机(3)的出口尾气，尾气在压缩机(4)中被压缩和冷凝，形成液态工作介质和气态工作介质，其中液态工作介质通过工作介质循环泵(5)泵入热交换器(2)，气态工作介质经压缩后与热交换器(2)蒸发后的气态工作介质通过汇合器(8)汇合，汇合后一并输入到透平机(3)的入口。
4.一种基于低温热源透平机发电装置的有机双循环方法，其特征在于，所述有机双循环方法包括以下循环步骤：
S1：热源介质在热源介质循环泵(1)的驱动下流过热交换器(2)与工作介质进行热交换，热量用于煮沸工作介质使其蒸发；
S2：压缩机(4)抽取透平机(3)的出口尾气，尾气在压缩机(4)中被压缩和冷凝，形成液态工作介质和气态工作介质，其中液态工作介质通过工作介质循环泵(5)泵入热交换器(2)，重新进行热交换；气态工作介质经压缩后与热交换器(2)蒸发后的气态工作介质通过汇合器(8)汇合，回合后一并输入到透平机(3)的入口；在压缩机(4)的牵引下，透平机(3)将气态工作介质的热能转换成机械能，从而驱动发电机(6)发电；
S3：上述压缩机(4)抽取透平机(3)的出口尾气，尾气在压缩机(4)中被冷凝，形成液态工作介质，液态工作介质通过工作介质循环泵(5)泵入热交换器(2)，液态工作介质在热交换器(2)中被蒸发，蒸发后的气体进入透平机(3)的入口，形成外部液态工作介质循环；
S4：上述压缩机(4)抽取透平机(3)的出口尾气，尾气在压缩机(4)中被压缩，形成气态工作介质，气态工作介质经压缩后与热交换器(2)蒸发后的气态工作介质通过汇合器(8)汇合，回合后一并输入到透平机(3)的入口，形成内部气态工作介质循环；
S5：如果外部液态工作介质循环停止工作，内部气态工作介质循环仍可独立工作；
S6：计算机监控系统(7)获取热源介质循环泵(1)和工作介质循环泵(5)的流量信号、热交换器(2)的温度信号、透平机(3)的转速和压力信号、压缩机(4)的压力信号，输出控制信号，发送给所述热源介质循环泵(1)和工作介质循环泵(5)的变频调速控制器，从而通过调节热源介质循环泵(1)和工作介质循环泵(5)的流量来控制输入到透平机(3)的能量，进而调节透平机(3)的转速和机械功输出，使低温热源透平机发电装置适应外部负载的变化。
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