CN105822369A - 一种有机朗肯循环发电系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了：一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，所述循环发电系统采用了比水沸点更低的有机物作为介质，本系统包括工质泵、蒸发器、透平‑发电机、冷凝器、接收容器，冷凝器连接有冷却塔和冷却水泵，接收容器上安装有压力传感器。具有以下优点：不需要其他任何额外测定传感器，根据接收容器内的压力变化情况来控制冷却水的供给，防止工质泵“气穴”现象发生。

Description

一种有机朗肯循环发电系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，具体的说，利用目前未能得到有效利用的低温热源进行发电，属于发电技术领域。

背景技术

有机朗肯循环发电系统是利用目前未能得到有效利用的低温热源进行发电的系统。

有机朗肯循环发电系统由工质泵、蒸发器、透平-发电机、冷凝器、接收容器等构成。工作原理如下：首先由工质泵将高压压缩的液态有机工质输送给蒸发器，高压液体吸收蒸发器里的热源后转变为高压气体。高压气体通过透平-发电机的涡轮膨胀做功，推动透平-发电机的涡轮转动，涡轮的动能传递给发电机产生电能。膨胀做功过程之后低温低压气体有机工质进入冷凝器，在冷却水的冷凝作用下凝结为液态，被收集到接收容器内。接收容器里收集的液态的有机工质再次利用工质泵输送给蒸发器，从而实现反复的循环。

收集在接收容器内的液体，从冷凝器直接以冷凝的状态输送，其温度和压力接近于饱和状态，如果直接进入工质泵的话，在入口处因为叶轮的转动，流速加快，泵内液体再次沸腾，产生“气穴”现象。

为了防止该现象的发生，把接收容器设置在与工质泵有一定高度差的上方位置，在泵入口处，因高度差产生的附加压力可以防止“气穴”现象的发生。

如图2中所示，实线表示接收容器内部的压力，点划线表示饱和蒸汽压，虚线表示泵入口压力，由于接收容器内部压力随着蒸发器的热源供给而增大，随着冷凝器内冷却水的供给而再次减小，系统运行正常之后压力会逐渐增加。这时，接收容器内部的饱和蒸汽压由液态有机工质的温度所决定，又因为大量液体存在于接收容器内，温度增加不大，所以饱和蒸汽压几乎没有变化，可以认为是定值。根据设计，泵入口处的压力一般比接收容器内的压力值大一些，虚线值如果不降到点划线以下，则“气穴”现象就不会发生。

与之相反，如图3中所示，实线表示接收容器内部的压力，点划线表示饱和蒸汽压，虚线表示泵入口压力，再启动时接收容器内的液体温度高，饱和蒸汽压力维持在较高的水平，由于冷却水的供给所产生的接收容器内的压力会降低到相同（冷却水工作时冷凝压力）的水平，所以泵内会出现“气穴”现象的问题。所以，本发明就是关于为了防止再启动时工质泵“气穴”现象的发生而研究的控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，具有不需要其他任何额外测定传感器，根据接收容器内的压力变化情况来控制冷却水的供给，防止工质泵“气穴”现象发生的优点。

为解决以上问题，本发明采用以下技术方案：一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，所述循环发电系统采用了比水沸点更低的有机物作为介质，本系统包括工质泵、蒸发器、透平-发电机、冷凝器、接收容器，冷凝器连接有冷却塔和冷却水泵，接收容器上安装有压力传感器。

进一步的，所述控制方法包括以下步骤：

开始于步骤S101，完成后进入步骤S102；

步骤S102，设备运行，启动初期，接收容器内的压力存储为Po，重新启动时接收容器内的液体温度处于相对较高的状态。

进一步的，所述控制方法还包括以下步骤：

步骤S103，判断接收容器的压力是否≥Pmax，若是接收容器的压力≥Pmax，则进行步骤S104，否则返回继续执行步骤S103；

步骤S104，冷却塔启动，接收容器的压力为Pmax时，存储冷却水泵转数为Si，确定冷却水泵的最少转数。

进一步的，所述控制方法还包括以下步骤：

步骤S105，判断接收容器的压力是否≤Po，若接收容器的压力≤Po，则进入步骤S106，否则返回执行S104；

步骤S106，冷却水泵停止运转，完成后返回执行步骤S103。

进一步的，所述控制方法包括第一阶段，所述第一阶段为启动初期接收容器内的压力存储为Po。

进一步的，所述控制方法还包括第二阶段，所述第二阶段为随着冷却水泵的启动和转数的上升，接收容器的压力增加量的符号由“+”变为“-”，此时判定接收容器的压力为Pmax。

进一步的，所述控制方法还包括第三阶段，所述第三阶段为接收容器的压力增加量的符号由“+”变为“-”时，冷却水泵的转数存储为Si。

进一步的，所述控制方法还包括第四阶段，所述第四阶段为接收容器的压力变为Po时，冷却水泵停止运转。

进一步的，所述控制方法还包括第五阶段，所述第五阶段为接收容器的压力变为Pmax时，冷却水泵转数调整为Si。

进一步的，所述控制方法还包括第六阶段，所述第六阶段为第四阶段和第五阶段进行反复，直到接收容器的压力增加量的符号由“-”变为“+”，此时接收容器的压力为的Pmin，Pmin比Po大时为止。

本发明采用以上技术方案，与现有技术性比，具有以下优点：

1.不需要增加额外的测定传感器，直接用系统原有的传感器即可完成运行，能够有效避免“气穴”现象的产生。

2.传统的循环系统在避免“气穴”现象产生时，一般采用增加接受容器和工质泵间的高度，或者系统长时间地停止运行，使得系统自行降温，进而达到降压效果。因此，该与传统的循环系统相比，能够显著减小接受容器与工质泵间的高度差，使整个系统尺寸减小。与传统的循环系统相比，可以避免系统运行停止的时间，以提高发电效率。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是有机朗肯发电系统构成图；

图2是启动初期接收容器内部及泵入口的压力根据时间而变化的图表；

图3是重新启动时接收容器内部及泵入口的压力根据时间而变化的图表 ；

图4是控制方法的流程图；

图5是根据本发明的控制方法，启动时的接收容器内部及泵入口的压力根据时间而变化的图表。

具体实施方式

实施例，如图1、图4及图5所示，一种有机朗肯循环发电系统采用了比水沸点更低的有机物作为介质，本系统包括工质泵、蒸发器、透平-发电机、冷凝器、接收容器，冷凝器连接有冷却塔和冷却水泵，冷凝器或接收容器上安装有压力传感器，一般冷凝器压力和接收容器压力几乎相同。

虽然有机工质可以使用不同种类的物质，但是大体上HFC系列的冷媒物质比较适合，尤其是在使用R245fa（五氟丙烷）的情况下，（蒸汽压）数值大约在1~2bar之间。

一种有机朗肯循环发电系统的控制方法包括以下步骤：

所述控制方法开始于步骤S101，完成后进入步骤S102；

步骤S102，设备运行，启动初期，接收容器内的压力存储为Po，重新启动时接收容器内的液体温度处于相对较高的状态，完成后进入步骤S103。

步骤S103，判断接收容器的压力是否≥Pmax，若是接收容器的压力≥Pmax，则进行步骤S104，否则返回继续执行步骤S103。

冷却水泵的启动和转数提高引起的接收容器的压力增加量的符号由“+”变为“-”，此时判定接收容器的压力为Pmax，这时掌握了冷却水最初供给的时刻。

为了使冷却水循环，又考虑到发电系统结构自身原因，有可能要求高水位，或者需要较长的管道长度，可能会伴随管道浪费的问题，即使启动冷却水泵，转数需提高，最少量冷却水供给的泵的转数会根据安装现场情况不同而发生变化，因此，可以通过确定这个基点，来决定以后冷却水泵的重新启动的时刻点。

步骤S104，冷却塔启动，接收容器的压力为Pmax时，存储冷却水泵转数为Si，确定冷却水泵的最少转数，完成后进入步骤S105。

通过确定转数，控制器在冷却水泵重新启动时会一直保持最少的冷却水被供给，所以会最大限度地降低接收容器的压力的下降程度，为使接收容器内部的液体温度达到正常状态确保有充足的时间。

步骤S105，判断接收容器的压力是否≤Po，若接收容器的压力≤Po，则进入步骤S106，否则返回执行S104。

步骤S106，冷却水泵停止运转，完成后返回执行步骤S103。

即使压力下降时间最短化，接收容器的压力会继续减少，会减少到使工质泵的“气穴”现象发生的基点，为了防止这种情况的发生，需要在接收容器的压力成为Po的时候，冷却水泵停止运转。

即使压力降低到比Po更低的点，在某种程度上“气穴”现象可能不会出现，但是为了确保利润，考虑到系统的热惯性，在接收容器的压力为Po时停止冷却水泵运行，重新增加接收容器内部的压力。

但最终冷却水泵按照额定转速运转，接收容器的压力增加到Pmax时，将冷却水泵的转数调节到Si。

这样，冷却水泵启动和停止进行不断反复，接收容器内部的液体温度会下降到原来系统的运行时的适合温度，以后即使冷却水泵以额定转速运转也不会出现问题。

一种有机朗肯循环发电系统的控制方法步骤分为六个阶段，六个阶段如下：

第一阶段，启动初期接收容器内的压力存储为Po。

第二阶段，随着冷却水泵的启动和转数的上升，接收容器的压力增加量的符号由“+”变为“-”，此时判定为Pmax。

第三阶段，上述符号发生变化时，冷却水泵的转数存储为Si。

第四阶段，接收容器的压力变为Po时，冷却水泵停止运转。

第五阶段，接收容器的压力变为Pmax时，冷却水泵转数调整为Si。

第六阶段，第四、五阶段进行反复，直到接收容器的压力增加量的符号由“-”变为“+”的Pmin比Po大时为止。

系统状态能否达到这样稳定的状态根据第六阶段来判断。

第四阶段和第五阶段反复运行的话，会经常出现接收容器的压力增加量的符号由“-”变为“+”的Pmin现象。此时，Pmin是由Po所决定，第四阶段还在运行阶段，接收容器内部的液体温度还很高，虽然还需要第四阶段和第五阶段反复运行，接收容器的压力增加量的符号由“-”变为“+”的Pmin比Po大，即使不运行第四阶段，也意味着压力增大，意味着有机工质的系统内部能够实现充分循环，也意味着已经达到不再需要第四阶段和第五阶段的反复的状态了。

因此，如果运行第六阶段，也就是第四阶段和第五阶段不断反复的过程，直到接收容器的压力增加量的符号由“-”变为“+”的Pmin比Po变大为止，这样的话以后工质泵的“气穴”现象就不会发生，保证了后期控制程序的安全运行。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述循环发电系统采用了比水沸点更低的有机物作为介质，循环发电系统包括工质泵、蒸发器、透平-发电机、冷凝器、接收容器，冷凝器连接有冷却塔和冷却水泵，接收容器上安装有压力传感器。

2.如权利要求1所述的一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：

步骤S102，设备运行，启动初期，接收容器内的压力存储为Po，重新启动时接收容器内的液体温度处于相对较高的状态。

3.如权利要求1所述的一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括以下步骤：

步骤S103，判断接收容器的压力是否≥Pmax，若是接收容器的压力≥Pmax，则进行步骤S104，否则返回继续执行步骤S103；

步骤S104，冷却塔启动，接收容器的压力为Pmax时，存储冷却水泵转数为Si，确定冷却水泵的最少转数。

4.如权利要求3所述的一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括以下步骤：

步骤S105，判断接收容器的压力是否≤Po，若接收容器的压力≤Po，则进入步骤S106，否则返回执行S104；

步骤S106，冷却水泵停止运转，完成后返回执行步骤S103。

5.如权利要求1所述的一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括第一阶段，所述第一阶段为启动初期接收容器内的压力存储为Po。

6.如权利要求1所述的一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括第二阶段，所述第二阶段为随着冷却水泵的启动和转数的上升，接收容器的压力增加量的符号由“+”变为“-”，此时判定接收容器的压力为Pmax。

7.如权利要求1所述的一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括第三阶段，所述第三阶段为接收容器的压力增加量的符号由“+”变为“-”时，冷却水泵的转数存储为Si。

8.如权利要求1所述的一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括第四阶段，所述第四阶段为接收容器的压力变为Po时，冷却水泵停止运转。

9.如权利要求1所述的一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括第五阶段，所述第五阶段为接收容器的压力变为Pmax时，冷却水泵转数调整为Si。

10.如权利要求8或9所述的一种有机朗肯循环发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括第六阶段，所述第六阶段为第四阶段和第五阶段进行反复，直到接收容器的压力增加量的符号由“-”变为“+”，此时接收容器的压力为的Pmin，Pmin比Po大时为止。