CN107355274A - 一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，太阳能集热设备的一端通过管道与第一换热器的导油出口相通，太阳能集热设备的另一端通过管道与蓄热换热器的第一导油入口相通，蓄热换热器的第一导油出口通过管道与第一工质泵的入口相通，第一工质泵的出口通过管道与第一换热器的导油入口相通；蒸发冷凝器的第二工质出口通过管道与磁悬浮膨胀机的入口相通，磁悬浮膨胀机的出口通过管道与冷凝器的入口相通，冷凝器的出口通过管道与第二工质泵的入口相通，第二工质泵的出口通过管道与蒸发冷凝器的第二工质入口相通，磁悬浮膨胀机与第二发电机相连接。本发明的发电系统的发电效率高，能回收冷凝余热，属于发电机组的技术领域。

Description

一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统
技术领域
本发明涉及一种发电机组技术领域，尤其涉及一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统。
背景技术
目前，蓄热式太阳能蒸汽发电机组没有余热回收功能，发电机组的效率低下。太阳能蒸汽涡轮发电机组的冷凝器产生大量的冷凝余热，冷凝余热直接排放，导致涡轮蒸汽发电机组效率低下。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，该发电系统的发电效率高，能回收冷凝余热。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，包括太阳能集热设备、第一换热器、第一工质泵、第二换热器、蒸汽涡轮机、第一发电机、蒸发冷凝器、第二工质泵、磁悬浮膨胀机、第二发电机、冷凝器、第三工质泵、蓄热器、第四工质泵、蓄热换热器；
太阳能集热设备的一端通过管道与第一换热器的导油出口相通，太阳能集热设备的另一端通过管道与蓄热换热器的第一导油入口相通，蓄热换热器的第一导油出口通过管道与第一工质泵的入口相通，第一工质泵的出口通过管道与第一换热器的导油入口相通；
蓄热换热器的第二导油出口通过管道与第二换热器的导油入口相通，第二换热器的导油出口通过管道与蓄热器的入口相通，蓄热器的出口通过管道与第四工质泵的入口相通，第四工质泵的出口通过管道与蓄热换热器的第二导油入口相通；
第一换热器的工质出口通过管道与蒸汽涡轮机的入口相通，蒸汽涡轮机的出口通过管道与蒸发冷凝器的第一工质入口相通，蒸发冷凝器的第一工质出口通过管道与第三工质泵的入口相通，第三工质泵的出口通过管道与第二换热器的工质入口相通，第二换热器的工质出口通过管道与第一换热器的工质入口相通，蒸汽涡轮机与第一发电机相连接；
蒸发冷凝器的第二工质出口通过管道与磁悬浮膨胀机的入口相通，磁悬浮膨胀机的出口通过管道与冷凝器的入口相通，冷凝器的出口通过管道与第二工质泵的入口相通，第二工质泵的出口通过管道与蒸发冷凝器的第二工质入口相通，磁悬浮膨胀机与第二发电机相连接。
进一步的是：蒸汽涡轮机通过转轴与第一发电机相连接。
进一步的是：磁悬浮膨胀机设有蜗轮，蜗轮通过磁悬浮转轴与第二发电机相连接，磁悬浮转轴上套装有磁力轴承，蜗轮、磁悬浮转轴、第二发电机、磁力轴承安装在同一个半封闭的壳体内。
进一步的是：发电系统还包括轴承控制系统和位置传感器，位置传感器设置在磁力轴承上，位置传感器与轴承控制系统信号连接。
进一步的是：第一换热器、第二换热器为壳管式换热器或者板式换热器。
进一步的是：蓄热器中设有熔盐。
总的说来，本发明具有如下优点：
本发明可以回收蓄热式太阳能蒸汽涡轮发电机组的冷凝余热，即在蒸发冷凝器中进行热量回收。冷凝余热回收用于加热第四个循环系统中的有机工质，然后有机工质最终用来给第二发电机发电。本发明的发电系统的发电效率高，发电量大，能回收冷凝余热。本发明可以回收蓄热式太阳能蒸汽涡轮发电机组的冷凝余热；磁悬浮余热发电机组的蒸发冷凝器利用冷凝余热回收的热量进行发电；蓄热式太阳能蒸汽涡轮发电机组和磁悬浮余热发电机组可以同时发电。
附图说明
图1是本发明发电系统的原理示意图。
图2是本发明发电系统的原理示意图，省去了一些标号。
其中，1为太阳能集热设备，2为第一换热器，3为第一工质泵，4为第二换热器，5为蒸汽涡轮机，6为第一发电机，7为蒸发冷凝器，8为第二工质泵，9为磁悬浮膨胀机，10为第二发电机，11为冷凝器，12为第三工质泵，13为蓄热器，14为第四工质泵，15为蓄热换热器，16为第一换热器的导油入口，17为第一换热器的导油出口，18为第一换热器的工质入口，19为第一换热器的工质出口，20为第一工质泵的入口，21为第一工质泵的出口，22为蓄热换热器的第一导油入口，23为蓄热换热器的第一导油出口，24为蓄热换热器的第二导油入口，25为蓄热换热器的第二导油出口，26为第四工质泵的入口，27为第四工质泵的出口，28为蓄热器的入口，29为蓄热器的出口，30为第二换热器的工质入口，31为第二换热器的工质出口，32为第二换热器的导油入口，33为第二换热器的导油出口，34为第三工质泵的入口，35为第三工质泵的出口，36为蒸汽涡轮机的入口，37为蒸汽涡轮机的出口，38为蒸发冷凝器的第一工质入口，39为蒸发冷凝器的第一工质出口，40为蒸发冷凝器的第二工质入口，41为蒸发冷凝器的第二工质出口，42为磁悬浮膨胀机的入口，43为磁悬浮膨胀机的出口，44为第二工质泵的入口，45为第二工质泵的出口。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
结合图1和图2所示，一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，包括太阳能集热设备、第一换热器、第一工质泵、第二换热器、蒸汽涡轮机、第一发电机、蒸发冷凝器、第二工质泵、磁悬浮膨胀机、第二发电机、冷凝器、第三工质泵、蓄热器、第四工质泵、蓄热换热器。第一换热器设有工质出口、工质入口、导油入口和导油出口；第二换热器也设有工质出口、工质入口、导油入口和导油出口；蒸发冷凝器设有第一工质入口、第一工质出口、第二工质入口、第二工质出口；蓄热换热器设有第一导油入口、第一导油出口、第二导油入口、第二导油出口。
本发明的发电系统有四个循环系统，下面对这四个循环系统作详细地说明：
第一个循环系统：太阳能集热设备的一端通过管道与第一换热器的导油出口相通，太阳能集热设备的另一端通过管道与蓄热换热器的第一导油入口相通，蓄热换热器的第一导油出口通过管道与第一工质泵的入口相通，第一工质泵的出口通过管道与第一换热器的导油入口相通。第一个循环系统的管道里流通是导热油。
第二个循环系统：蓄热换热器的第二导油出口通过管道与第二换热器的导油入口相通，第二换热器的导油出口通过管道与蓄热器的入口相通，蓄热器的出口通过管道与第四工质泵的入口相通，第四工质泵的出口通过管道与蓄热换热器的第二导油入口相通。第二个循环系统的管道里流通也是导热油。
第三个循环系统：第一换热器的工质出口通过管道与蒸汽涡轮机的入口相通，蒸汽涡轮机的出口通过管道与蒸发冷凝器的第一工质入口相通，蒸发冷凝器的第一工质出口通过管道与第三工质泵的入口相通，第三工质泵的出口通过管道与第二换热器的工质入口相通，第二换热器的工质出口通过管道与第一换热器的工质入口相通，蒸汽涡轮机与第一发电机相连接。第三个循环系统的管道里流通的是水。
第四个循环系统：蒸发冷凝器的第二工质出口通过管道与磁悬浮膨胀机的入口相通，磁悬浮膨胀机的出口通过管道与冷凝器的入口相通，冷凝器的出口通过管道与第二工质泵的入口相通，第二工质泵的出口通过管道与蒸发冷凝器的第二工质入口相通，磁悬浮膨胀机与第二发电机相连接。第四个循环系统的管道里流通的是有机工质。
四个循环系统在白天的工作原理介绍如下：
第一个循环系统：白天时，导热油在太阳能集热设备1中吸收太阳能，变成高温导热油，高温导热油通过蓄热换热器的第一导油入口进入蓄热换热器15，在蓄热换热器15中，第一个循环系统里的高温导热油加热第二个循环系统里的导热油，然后第一个循环系统里的导热油从蓄热换热器的第一导油出口流出，再通过第一工质泵3，从第一换热器的导油入口进入第一换热器2中，然后导热油再从第一换热器的导油出口流回到太阳能集热设备1中，如此不断循环下去。在第一换热器2中，高温导热油加热第三循环系统管道里流通的水，使得水变成蒸汽。
第二个循环系统：白天时，导热油从蓄热换热器的第二导油入口进入蓄热换热器内，然后再从蓄热换热器的第二导油出口流出；在蓄热换热器15中，第二个循环系统里的导热油吸收第一个循环系统里的高温导热油的热量，即第二个循环系统里的导热油吸热，温度升高；然后导热油再进入第二换热器4中，然后导热油再从第二换热器的导油出口流出，进入蓄热器；在第二换热器中，第三个循环系统里的水吸收第二个循环系统里的导热油的热量，即导热油对水进行一次加热，此次加热水不产生相变(即水还是液体状态)；然后导热油进入蓄热器13后，加热蓄热器13中的熔盐，最终熔盐产生相变蓄热，导热油再从蓄热器的出口流出，导热油再通过第四工质泵14回到蓄热换热器15中，如此不断循环下去。
第三个循环系统：白天时，水从第二换热器的工质入口进入第二换热器，然后再从第二换热器的工质出口流出，在第二换热器4中，第三个循环系统里的水吸收第二个循环系统里的导热油的热量，即导热油对水进行一级加热，此次加热不产生相变(即加热前和加热后，均为液体)；水再进入第一换热器2中，在第一换热器2中，第三个循环系统里的水吸收第一个循环系统里的导热油的热量，此次加热，使得水变成具一定压力和温度的蒸汽，然后蒸汽进入蒸汽涡轮机5中膨胀做功，带动发电机6工作，产生电能；从蒸汽涡轮机的出口中排出的蒸汽进入蒸发冷凝器，蒸汽在蒸发冷凝器7中放热，蒸汽凝结成液态状的水，水从蒸发冷凝器的第一工质出口流出后，借助第三工质泵12重新回到第二换热器4中，如此不断循环下去。
第四个循环系统：白天时，第四个循环系统里的有机工质从蒸发冷凝器的第二工质入口进入蒸发冷凝器，在蒸发冷凝器中，第四个循环系统里的有机工质吸收第三个循环系统里的水的热量，经过蒸发冷凝器后，第三个循环系统里的水从气体凝结成液体，第四个循环系统里的有机工质从液体变成气体；第四个循环系统里的有机工质在蒸发冷凝器7中从冷凝余热流中吸收热量，变成具一定压力和温度的蒸汽，然后蒸汽从蒸发冷凝器的第二工质出口出来，然后蒸汽进入磁悬浮膨胀机9膨胀做功，从而带动第二发电机10工作；从磁悬浮膨胀机排出的蒸汽在冷凝器11中放热，凝结成液态，最后借助工质泵8重新回到蒸发冷凝器7，如此不断地循环下去。
四个循环系统在晚上的工作原理介绍如下：
第一个循环系统：在夜晚，太阳能集热设备1停止工作，但是，第一个循环系统里的导热油依然会和白天一样流通。
第二个循环系统中的蓄热器13中的熔盐开始放热，加热第二个循环系统中的导热油，然后导热油经第四工质泵14进入蓄热换热器15中，第一个循环系统里的导热油和第二个循环系统里的导热油进行热交换，第一个循环系统里的导热油温度上升，第二个循环系统里的导热油温度下降；然后第二个循环系统里的导热油进入第二换热器4中，对水进行一次加热，此次加热时水不产生相变；然后第二个循环系统里的导热油再回到蓄热器13中，如此不断循环下去。第一个循环系统中的导热油在蓄热换热器15中吸热，温度升高，再经第一工质泵3进入第一换热器1中，加热第三个循环系统里的水，使得水产生蒸汽，导热油再回到太阳能集热设备1中，如此不断循环下去。
第三个循环系统和第四个循环系统白天和夜晚的运行模式是一样的。
蒸汽涡轮机通过转轴与第一发电机相连接。蒸汽进入蒸汽涡轮机中膨胀做功，再通过转轴带动第一发电机工作，产生电能。
磁悬浮膨胀机设有蜗轮，蜗轮通过磁悬浮转轴与第二发电机相连接，磁悬浮转轴上套装有磁力轴承，蜗轮、磁悬浮转轴、第二发电机、磁力轴承安装在同一个半封闭的壳体内。蒸汽进入磁悬浮膨胀机中膨胀做功，再通过磁悬浮转轴带动第二发电机工作，产生电能。
发电系统还包括轴承控制系统和位置传感器，位置传感器设置在磁力轴承上，位置传感器与轴承控制系统信号连接。
第一换热器、第二换热器为壳管式换热器或者板式换热器。
蓄热器中设有熔盐。
第一个循环系统、第二个循环系统和第三个循环系统为太阳能蒸汽涡轮发电机组，第四个循环也称为有机朗肯循环，第四个循环为磁悬浮余热发电机组。本发明采用了磁悬浮膨胀机、磁悬浮转轴、磁力轴承、第二发电机，比传统的使用润滑油的向心涡轮或螺杆膨胀机技术效率更高。磁悬浮膨胀机具有变频高速(达到45000RPM)的特点，体积相当小，运行起来不仅安静，而且稳固可靠。专用的磁力轴承代替了传统的润滑油轴承，消除了高摩擦损失和机械磨损以及润滑油系统的高维护成本。这种无油设计使磁悬浮膨胀机效率极佳。磁悬浮膨胀机的一个主要活动组件(磁悬浮转轴和涡轮)，磁悬浮转轴通过数控磁力轴承系统悬浮转动，磁力轴承上的位置传感器以每秒10万次的频率实时将信号反馈到轴承控制系统，使活动组件始终悬浮于中央位置。蒸汽进入磁悬浮膨胀机膨胀做功，极大地提高了效率和发电量，能最大限度地回收管理有效余热和低位热能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，其特征在于：包括太阳能集热设备、第一换热器、第一工质泵、第二换热器、蒸汽涡轮机、第一发电机、蒸发冷凝器、第二工质泵、磁悬浮膨胀机、第二发电机、冷凝器、第三工质泵、蓄热器、第四工质泵、蓄热换热器；
太阳能集热设备的一端通过管道与第一换热器的导油出口相通，太阳能集热设备的另一端通过管道与蓄热换热器的第一导油入口相通，蓄热换热器的第一导油出口通过管道与第一工质泵的入口相通，第一工质泵的出口通过管道与第一换热器的导油入口相通；
蓄热换热器的第二导油出口通过管道与第二换热器的导油入口相通，第二换热器的导油出口通过管道与蓄热器的入口相通，蓄热器的出口通过管道与第四工质泵的入口相通，第四工质泵的出口通过管道与蓄热换热器的第二导油入口相通；
第一换热器的工质出口通过管道与蒸汽涡轮机的入口相通，蒸汽涡轮机的出口通过管道与蒸发冷凝器的第一工质入口相通，蒸发冷凝器的第一工质出口通过管道与第三工质泵的入口相通，第三工质泵的出口通过管道与第二换热器的工质入口相通，第二换热器的工质出口通过管道与第一换热器的工质入口相通，蒸汽涡轮机与第一发电机相连接；
蒸发冷凝器的第二工质出口通过管道与磁悬浮膨胀机的入口相通，磁悬浮膨胀机的出口通过管道与冷凝器的入口相通，冷凝器的出口通过管道与第二工质泵的入口相通，第二工质泵的出口通过管道与蒸发冷凝器的第二工质入口相通，磁悬浮膨胀机与第二发电机相连接。
2.按照权利要求1所述的一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，其特征在于：蒸汽涡轮机通过转轴与第一发电机相连接。
3.按照权利要求1所述的一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，其特征在于：磁悬浮膨胀机设有蜗轮，蜗轮通过磁悬浮转轴与第二发电机相连接，磁悬浮转轴上套装有磁力轴承。
4.按照权利要求3所述的一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，其特征在于：发电系统还包括轴承控制系统和位置传感器，位置传感器设置在磁力轴承上，位置传感器与轴承控制系统信号连接。
5.按照权利要求1所述的一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，其特征在于：第一换热器、第二换热器为壳管式换热器或者板式换热器。
6.按照权利要求1所述的一种余热回收的太阳能蒸汽涡轮发电系统，其特征在于：蓄热器中设有熔盐。
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