CN106437916A - 膨胀发电机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种膨胀发电机系统，包括发电机；膨胀机，与发电机连接，用于将气体工质的热能转化为机械能带动发电机发电；回热换热器，与膨胀机连接，用于对膨胀机排出的气体进行换热；油分离器，与回热换热器连接，用于将换热后的气体分离成油和气体工质；油泵，与油分离器和膨胀机连接，用于将分离出的油抽回膨胀机；冷凝器，与油分离器和回热换热器连接，用于将所述油分离器分离出的气体工质进行冷凝，形成液体工质，液体工质进入回热换热器与膨胀机排出的气体进行换热；蒸发器，与回热换热器和膨胀机连接，用于对回热换热器内换热后的液体工质进行蒸发以形成气体工质，所述气体工质被吸入膨胀机内。所述膨胀发电机系统发电效率高，系统稳定。

Description

膨胀发电机系统
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种膨胀发电机系统。
背景技术
随着社会和经济的发展，能源短缺以及全球环境问题日趋严重。据统计，人类利用的50％热能，最终以低品位废热的形式排出。低品位废热的温度一般在200℃左右，包括太阳能、各种工业废热、地热和海洋温差热等。
利用低品位废热发电，不但有助于解决能源短缺，还可以解决能源生产中对环境的热污染。因此，不断出现各种对低品废热进行利用的新技术。采用有机朗肯循环(ORC)原理利用低品位废热就是一种对废热进行有效利用的方法。采用这种方法，能够将从太阳热能、各种工业废热、地热和海洋温差热排出的低品废热转化为机械能或者电能，实现了将低品位能源向高品位能源的转化，从而实现对低品位废热的有效再利用。有效地开发低品位能源成为可持续发展的重要能源支撑，将带来巨大的经济和社会效益。有机郎肯循环的膨胀发电机系统，由于工作介质受到油的污染使机组系统工作不够稳定，发电效率还不够高，所以，现有的膨胀发电机系统还有待进一步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够稳定工作的膨胀发电机系统。为解决上述问题，所述膨胀发电机系统包括：一种膨胀发电机系统，其特征在于，包括：发电机；膨胀机，与发电机连接，用于使气体工质膨胀，将气体工质的热能转化为机械能，带动发电机发电；回热换热器，与所述膨胀机连接，用于对膨胀机排出的气体进行换热；油分离器，与所述回热换热器连接，用于将换热后的气体分离成油和气体工质；油泵，与所述油分离器和膨胀机连接，用于将分离出的油抽回膨胀机；冷凝器，与所述油分离器和回热换热器连接，用于将所述油分离器分离出的气体工质进行冷凝，形成液体工质，所述液体工质进入回热换热器与膨胀机排出的气体进行换热；蒸发器，与所述回热换热器和膨胀机连接，用于对回热换热器内换热后的液体工质进行蒸发以形成气体工质，所述气体工质被吸入膨胀机内。
可选的，所述冷凝器与回热换热器之间连接有储液器和液泵，所述储液器用于储存所述冷凝器形成的液体工质，所述液泵用于将所述液体工质泵入回热换热器内。
可选的，所述储液器与液泵之间连接有液路过滤器。
可选的，所述蒸发器与回热换热器之间连接有预热器，用于在蒸发所述液体工质前，对所述液体工质进行预热。
可选的，所述膨胀机与发电机之间通过联轴器连接，所述联轴器用于跟随膨胀机转动而带动发电机发电。
可选的，所述膨胀机与回热换热器之间的管路上连接有消音器。
可选的，所述油分离器底部安装有集油包，用于储存由所述油分离器分离出的油，所述油泵从集油包内将分离出的油抽回膨胀机；所述集油包与油泵之间连接有油粗滤器，所述油泵与膨胀机之间连接有油精滤器。
可选的，还包括回油换热器，所述回油换热器一端连接至蒸发器，另一端与蒸发器的出气口或集油包相连。
可选的，所述蒸发器的出气口与膨胀机的排气口之间连接有旁路管道，所述旁路管道上设有旁路自动调节阀，用于在开机时调节膨胀机前后的压力差；所述蒸发器出气口与集油包之间连接有油加热管道，所述油加热管道上设有油加热调节阀。
可选的，所述蒸发器与膨胀机之间的连接有吸气自动调节阀以及气路过滤器，所述吸气自动调节阀用于调节吸入膨胀机内的气体工质流量，所述气路过滤器用于对气体工质进行过滤。
本发明的膨胀机发电系统采用有机朗肯循环原理，并通过回热换热器对膨胀机内排出的气体进行换热，充分利用排出气体的热能，并通过油分离器对排出气体进行油分离，将分离出的油泵入膨胀机内继续利用；而通过冷凝器对分离出的气体工质进行冷凝，作为回热换热器的液态工质，回收膨胀机排出气体的热能，并通过蒸发器蒸发，形成气体工质，被吸入膨胀机内膨胀做功，使发电机发电。整个膨胀发电机系统发电效率高，系统可靠性更强。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的一种膨胀发电机系统结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的一种膨胀发电机系统结构示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的一种膨胀发电机系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式做详细说明。
如图1所示，一种膨胀发电机系统，包括：发电机100、膨胀机101、回热换热器102、油分离器103、集油包104、油泵105、冷凝器106以及蒸发器107，各个器件之间依次按照工质的流动方向通过管路连接，图1中各个部件之间连线表示为连接管路，连线上的箭头方向标识管路内的工质流动方向。
所述发电机100与膨胀机101之间通过联轴器110连接，所述联轴器用于跟随膨胀机转动而带动发电机发电。当所述膨胀机101工作时，所述膨胀机101转动，通过联轴器110带动所述发电机100发电。
所述膨胀机101用于使高温的气体工质进行膨胀，使膨胀机101转动，从而将所述气体工质的热能转换为机械能，进而带动发电机100发电。所述膨胀机101可以为透平式或螺杆式。所述膨胀机101包括机械结构，相邻机械结构之间均有油，起到润滑作用，并且能够将机械结构之间因转动摩擦所生成的热量携带出去。
所述回热换热器102，与所述膨胀机101连接，用于对膨胀机101内排出的气体与液体工质进行换热，将部分热能转移给液体工质。高温高压的气体工质经过膨胀机101时，会将膨胀机101内由于吸收热量所蒸发出的油携带出来。因此，膨胀机101所排出的气体为气体工质和油的混合气体。这种混合气体与气体工质相比，比热、饱和蒸气压、粘度等特性都发生变化，不利于膨胀发电机系统稳定地运行，而只有保持工作介质具有稳定的特性才能使膨胀发电机系统稳定地运行，所以为了使膨胀发电机系统能够稳定地运行，必须对工作介质进行纯净化将油分离出去。而通过所述回热换热器102将膨胀机101排出气体的热能部分转移至回热换热器102内的液体工质中，对热能进行回收，使排出气体的温度进一步降低，从而便于后续分离所述排出气体内的油和气体工质。所述回热换热器102可以为降膜式回热换热器，提高换热效率。
所述油分离器103与所述回热换热器102连接，用于将换热后的气体分离成油和气体工质。由于从膨胀机101内排出的气体经过回热换热器102之后，温度降低，气体工质与油之间的溶解度随温度下降而降低，从而使得气体工质与油易于分离，通过油分离器103之后，所述气体工质与油分离的更为彻底，以提高膨胀发电机系统的稳定性。所述换热后的气体通过油分离器时，油的密度比低温低压工作介质气体的密度大，这使得油汇集于油分离器的底部。所述油分离器103可以为碰撞式分离器或离心式分离器。
所述油泵105，与所述油分离器103和膨胀机101连接，用于将油分离器103分离出的油抽回膨胀机101内，继续对膨胀机101内的部件起到润滑以及散热作用，对蒸发出的油进行回收，以提高整个膨胀发电机系统的效率，更加环保。本具体实施方式中，所述油分离器103底部还安装有集油包104，所述集油包104用于储存由所述油分离器103分离出的油，油泵105从集油包104内抽取分离出的油，避免油泵105直接对油分离器103进行抽取而影响油分离效果。
所述冷凝器106，与所述油分离器103和回热换热器102连接，用于将所述油分离器103分离出的气体工质进行冷凝，进一步降低气体工质的温度，以达到气体工质的液化点，形成液体工质，并使所述液体工质进入回热换热器102与膨胀机101的排出气体进行换热。膨胀机101排出气体将热量转移给液体工质，从而通过所述液体工质对膨胀机101排出气体的热能进行回收，使得液体工质的温度提高，便于后续对液体工质进行加热和蒸发，提高了能量利用率。
所述蒸发器107，与所述回热换热器102和膨胀机101连接，用于对回热换热器102内换热后的液体工质进行蒸发以形成高温高压的气体工质，所述气体工质被吸入膨胀机101内，进行膨胀并将热能转化为机械能，使发电机发电。所述蒸发器107可以为降膜式蒸发器、满液式蒸发器或干式蒸发器。
上述膨胀发电机系统，通过高温高压的气体工质在膨胀机101内膨胀带动发电机100发电，然后排出气体经过回热换热器102与液态工质换热后，温度下降，再经过油分离器103将排出气体分离成油和气体工质，其中分离出的油被油泵抽回膨胀机101内循环利用，而分离出的气体工质经过冷凝器106冷却为液态工质，并进入回热换热器102内作为与膨胀机101内排出气体的换热的液态工质，吸收气态工质的热量，后进入蒸发器107被蒸发成高温高压的气态工质，被膨胀机101吸入，进一步将热能转化为机械能带动发电机发电，从而完成一个循环。上述膨胀发电机系统循环利用气体工质以及油的能量，并循环利用，而且将膨胀机101排出的气体中的气体工质和油充分分离，以提高发电效率和系统的可靠性。
请参考图2，为本发明另一具体实施方式的膨胀发电机系统的结构示意图。
在该膨胀发电机系统中，所述膨胀机101与回热换热器102之间的管路上连接有消音器201，膨胀机101排出的气体经过所述消音器201进行排气消音，减少所述膨胀发电机系统工作时的噪音。所述消音器201还连接至所述油分离器103，降低所述油分离器103的噪音。
所述集油包202与油泵105之间连接有油粗滤器202，所述油泵105与膨胀机101之间连接有油精滤器203，所述油粗滤器202用于过滤油中较大的杂质，油经过所述油粗滤器202的流速较快，利于油泵105进行抽取；所述油精滤器203用于进一步过滤较细小的杂质，提高进入膨胀机101内的油的纯净度，避免杂质进入影响膨胀机101工作。
所述冷凝器106与回热换热器102之间连接有储液器204和液泵206，所述储液器204用于储存所述冷凝器106形成的液体工质，所述液泵206用于将所述液体工质泵入回热换热器102内。所述液体工质在储液器204内留存，可以使得较大质量的杂质在储液器204底部沉积，避免进入液泵206内。所述储液器204与液泵206之间连接有液路过滤器205，用于对储液器204流出的液体工质进行过滤，避免杂质进入液泵206以及回热换热器102内。
所述蒸发器107与回热换热器102之间还连接有预热器207，所述预热器207用于在蒸发所述液体工质前，对所述液体工质进行预热，以降低所述蒸发器107将液体工质蒸发的时间，提高效率。
所述蒸发器107与膨胀机101之间还连接有气路过滤器208，用于对蒸发器107排出的气体工质在进入膨胀机101之前，进行过滤，以去除所述气体工质内的杂质。
该具体实施方式中，所述膨胀发电机系统还包括回油换热器209，所述回油换热器209一端连接至蒸发器107，具体的连接至所述蒸发器107的底部，另一端与蒸发器107的出气口连接。由于蒸发器107为机械结构，在工作过程中会产生回油，以及液体工质中未被分离的油在蒸发过程中也会产生回油，回油经过热虹吸或压差方式，被从蒸发器107出气口引导进入回油换热器209内，使回油的温度下降，并经过回油换热器209进入蒸发器107内被继续利用。在本发明另一具体实施方式中，所述回油换热器209的另一端还可以连接至集油包104，将通过回油换热器209的油引入所述集油包104内，后续进入膨胀机101内被继续利用，从而提高效率。
请参考图3，为本发明另一具体实施方式的膨胀发电机系统的结构示意图。
基于上述具体实施方式，在该具体实施方式中，所述蒸发器107的出气口与膨胀机101的排气口之间连接有旁路管道，所述旁路管道上设有旁路自动调节阀302，用于在开机时调节膨胀机101前后的压力差，当膨胀机101前后压差过大时，所述旁路自动调节阀302自动打开，蒸发器107排出的气体工质部分分流至膨胀机101的排气口，从而减小膨胀机101前后压差，当膨胀机101前后压差降到一定值后，所述旁路自动调节阀302自动关闭。
所述蒸发器107出气口与集油包104之间还可以连接有油加热管道，所述油加热管道上设有油加热调节阀303。所述集油包104内设有管道，与所述油加热管道连通，当所述油加热调节阀303打开，部分高温气体工质进入所述油加热管道至集油包104，对集油包104内的油进行加热，以减小集油包104内的油的粘滞度，便于油泵105抽取集油包104内的油。所述加热管道还可以与所述消音器201连通，使得经过集邮包104的气体工质再次进入消音器201内，与经过消音器201的由膨胀机101排出的气体混合，再次进入循环系统。所述油加热调节阀303可以控制油加热管道内的气体流量，以控制对集油包104内的油的加热程度，以控制油温。
所述蒸发器107与膨胀机101之间还可以连接吸气自动调节阀301，所述吸气自动调节阀301用于根据膨胀机101内的气体压强，自动调节吸入膨胀机内的气体工质流量。该具体实施方式中，所述吸气自动调节阀301设置于蒸发器107与气路过滤器208之间，在本发明的其他具体实施方式中，所述吸气自动调节阀301还可以设置于气路过滤器208与膨胀机101之间。
综上，本发明具体实施方式的膨胀发电机系统采用有机朗肯循环原理，并通过回热换热器对膨胀机内排出的气体进行换热，充分利用排出气体的热能，并通过油分离器对排出气体进行油分离，将分离出的油泵入膨胀机内继续利用；而通过冷凝器对分离出的气体工质进行冷凝，作为回热换热器的液态工质，回收膨胀机排出气体的热能，并通过蒸发器蒸发，形成气体工质，被吸入膨胀机内膨胀做功，使发电机发电。整个膨胀发电机系统发电效率高，系统可靠性强。
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，在不脱离本发明原理的前提下，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 (10)

1.一种膨胀发电机系统，其特征在于，包括：
发电机；
膨胀机，与发电机连接，用于使气体工质膨胀，将气体工质的热能转化为机械能，带动发电机发电；
回热换热器，与所述膨胀机连接，用于对膨胀机排出的气体进行换热；
油分离器，与所述回热换热器连接，用于将换热后的气体分离成油和气体工质；
油泵，与所述油分离器和膨胀机连接，用于将分离出的油抽回膨胀机；
冷凝器，与所述油分离器和回热换热器连接，用于将所述油分离器分离出的气体工质进行冷凝，形成液体工质，所述液体工质进入回热换热器与膨胀机排出的气体进行换热；
蒸发器，与所述回热换热器和膨胀机连接，用于对回热换热器内换热后的液体工质进行蒸发以形成气体工质，所述气体工质被吸入膨胀机内。
2.根据权利要求1所述的膨胀发电机系统，其特征在于，所述冷凝器与回热换热器之间连接有储液器和液泵，所述储液器用于储存所述冷凝器形成的液体工质，所述液泵用于将所述液体工质泵入回热换热器内。
3.根据权利要求2所述的膨胀发电机系统，其特征在于，所述储液器与液泵之间连接有液路过滤器。
4.根据权利要求1所述的膨胀发电机系统，其特征在于，所述蒸发器与回热换热器之间连接有预热器，用于在蒸发所述液体工质前，对所述液体工质进行预热。
5.根据权利要求1所述的膨胀发电机系统，其特征在于，所述膨胀机与发电机之间通过联轴器连接，所述联轴器用于跟随膨胀机转动而带动发电机发电。
6.根据权利要求1所述的膨胀发电机系统，其特征在于，所述膨胀机与回热换热器之间的管路上连接有消音器。
7.根据权利要求1所述的膨胀发电机系统，其特征在于，所述油分离器底部安装有集油包，用于储存由所述油分离器分离出的油，所述油泵从集油包内将分离出的油抽回膨胀机；所述集油包与油泵之间连接有油粗滤器，所述油泵与膨胀机之间连接有油精滤器。
8.根据权利要求1所述的膨胀发电机系统，其特征在于，还包括回油换热器，所述回油换热器一端连接至蒸发器，另一端与蒸发器的出气口或集油包相连。
9.根据权利要求1所述的膨胀发电机系统，其特征在于，所述蒸发器的出气口与膨胀机的排气口之间连接有旁路管道，所述旁路管道上设有旁路自动调节阀，用于在开机时调节膨胀机前后的压力差；所述蒸发器出气口与集油包之间连接有油加热管道，所述油加热管道上设有油加热调节阀。
10.根据权利要求1所述的膨胀发电机系统，其特征在于，所述蒸发器与膨胀机之间的连接有吸气自动调节阀以及气路过滤器，所述吸气自动调节阀用于调节吸入膨胀机内的气体工质流量，所述气路过滤器用于对气体工质进行过滤。
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