CN110005478A - 一种利用地下水源的有机朗肯循环发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，所述系统包括：蒸发器、气液分离器、膨胀机、发电机、回热器、储液器、工质泵和冷凝处理装置；所述冷凝处理装置包括冷凝器、抽水泵和水体净化设备，所述抽水泵、水体净化设备和冷凝器通过循环管道依次连接；所述蒸发器、气液分离器、膨胀机、回热器、冷凝处理装置、储液器和工质泵通过管道依次连接，所述工质泵的输出端、所述蒸发器的输入端和所述回热器通过管道连接；所述发电机与所述膨胀机连接。本发明采用了新型的冷凝处理装置，在系统能耗和发电效率、耗水量等指标上有明显改善，并使地下水源的利用进一步补充，提升了地下水源的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及低温发电技术领域，特别是指一种利用地下水源的有机朗肯循环发电系统。
背景技术
能源短缺、环境污染已发展为世界范围的问题，节能减排、降低能耗、提高能源的综合利用率，是解决能源问题的根本途径。
有机朗肯循环是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，在现有技术中，循环系统采用冷却塔对工质体冷却，然冷却水温度受空气湿球温度的影响，一般冷却塔湿球逼近温度大于4℃，则冷却水进入冷凝器的温度至少高于空气湿球温度4℃，如果，冷凝器冷却水设计温升为8℃，再考虑冷凝器的换热温差3℃，则有机工质的冷凝温度至少要高于空气湿球温度15℃。另外，一般传统有机朗肯循环装置冷却水循环量大，且冷却塔放置由于现场原因离冷凝器较远，冷却水泵扬程高，冷却水泵的功耗较大，同时，耗水率约为冷却水循环量的1.5％。
发明内容
本发明的目的是进一步提高传统有机朗肯循环发电装置的效率及净发电量，并且合理开采地下水资源，提高了地下水资源利用效率和社会经济价值。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，所述系统包括：蒸发器、气液分离器、膨胀机、发电机、回热器、储液器、工质泵和冷凝处理装置；所述冷凝处理装置包括冷凝器、抽水泵和水体净化设备，所述抽水泵、水体净化设备和冷凝器通过循环管道依次连接；所述蒸发器、气液分离器、膨胀机、回热器、冷凝处理装置、储液器和工质泵通过管道依次连接，所述工质泵的输出端、所述蒸发器的输入端和所述回热器通过管道连接；所述发电机与所述膨胀机连接。
进一步地，所述水体净化设备包括有水体软化单元。
进一步地，所述水体净化设备还包括有水体过滤单元。
进一步地，所述水体净化设备还包括了自动反冲洗模块，所述自动反冲洗模块包括有压差检测器、控制器、驱动马达和传动轴。
优选地，所述膨胀机为有机透平膨胀机或螺杆膨胀机。
优选地，所述冷凝器采用壳管式换热器、套管式换热器或板式换热器。
优选地，所述壳管式换热器、套管式换热器或板式换热器的换热管管材为铜、铝或耐腐蚀合金。
优选地，当所述冷凝器采用壳管式换热器或套管式换热器时，换热器的换热管设置为圆管状或椭圆管状，所述换热管内设有内螺纹或内肋片，所述换热管外设有外螺纹、外肋片或外套翅片。
上述技术方案的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明的一个实施方式中，采用了冷凝处理装置，即由冷凝器、抽水泵和水体净化设备组成的冷凝处理装置，替代了传统的有机朗肯循环发电系统中冷凝器、冷却水循环泵和冷却塔，用于实现工质流体的冷凝，减少了冷却塔风机的功耗，提高了发电效率，降低了耗水量，由于没有冷却塔，也减少了发电装置的占地面积；本发明实施例充分利用了地下水资源的特点，其中包括地下水的温度全年比较平均、稳定，地表以下5～10米的地层温度不随室外大气温度的变化而变化,常年维持在15～17℃，降低了冷凝温度，并且全年可以维持装置稳定的发电工况，提高了系统全年运行的可靠性，从而很大程度上避免了背景技术中所描述的技术问题，同时，本发明实施例不仅使地下水资源的开采利用率提高了，又使地下水资源的社会经济价值得到进一步提升，并且本发明实施例中吸收了有机工质放出热量的地下水，水温提高5-8℃，还可以继续完成农田灌溉或者进入城市自来水处理厂等，并不会造成水资源的浪费即污染。
附图说明
图1为本发明一种利用地下水源的有机朗肯循环发电系统的结构实施例示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，所述系统包括：蒸发器11、气液分离器12、膨胀机13、发电机14、回热器15、储液器16、工质泵17和冷凝处理装置18；所述冷凝处理装置18包括冷凝器181、抽水泵183和水体净化设备182，所述抽水泵183、水体净化设备182和冷凝器181通过循环管道依次连接；所述蒸发器11、气液分离器12、膨胀机13、回热器15、冷凝处理装置18、储液器16和工质泵17通过管道依次连接，所述工质泵17的输出端、所述蒸发器11的输入端和所述回热器15通过管道连接；所述发电机14与所述膨胀机13连接。
在本实施例中，有机朗肯循环发电系统的工作原理如下：
低沸点的有机工质进入蒸发器11中，所述蒸发器11从热源(工业余热、地热能、太阳能、生物质能或海洋能)获取热能，从而使有机工质吸收获取的热能，进而生成具有一定压力和温度的蒸气，生成的蒸气经过气液分离器12后，以使蒸气在不含液体的状态下进入膨胀机13中进行膨胀做功，使膨胀机13带动发电机14发电；从膨胀机13透平排出的做功后降压降温的蒸气，首先会经过回热器15预冷，然后会再进入冷凝处理装置18中的冷凝器181，冷凝处理装置18利用抽水泵183将地下水源抽入冷凝器181，通过水源以进一步带走有机工质(蒸气和/或液体)的热量，进而使有机工质体进一步冷凝，冷凝后的有机工质进入到储液器16，最终通过工质泵17加压后重新回到蒸发器11中，如此进行循环做功，从而实现利用较低温度热能发电的目的。其中，通过抽水泵183进入冷凝器181的水源在带走有机工质的热量后，通过循环管道，再次回到地下水源体，由于水源不会与有机工质进行混合冷凝，因此不会造成地下水源收到污染，也不会造成水源的浪费。本实施例中，所述的地下水源的范围是广泛的，包括但不限于地下河流、地下湖泊、地上水库、湖泊底部的低温水等。考虑的地下水源的水质和水体杂物的存在，会导致损害冷凝器181的情况的发生，进而影响整个发电系统的寿命与稳定性，因此在冷凝处理装置18中添加了水体净化设备182，进一步的，所述水体净化设备182包括了水体软化单元，通过水体软化单元对抽入的地下水源的水质进行软化，防止在冷凝器181中形成水垢，避免降低换热效果甚至堵塞换热器；进一步地，所述水体净化设备182还包括有水体过滤单元，以过滤掉地下水中杂质固体颗粒防止损伤冷凝器181换热管表面，导致冷凝效果降低或堵塞的问题。
据估算，全世界的地下水总量多达1.5亿立方公里，几乎占地球总水量的十分之一，全国地下水天然补给资源评价面积914.97万平方千米，地下水天然补给资源总量9234.72亿立方米/年，平均补给模数为10.09万立方米/平方千米.年。主要分布在海南省、广东省、湖北省和广西壮族自治区的部分地区，黑龙江省、吉林省、四川省、台湾省、陕西省、宁夏回族自治区也有零星分布。地下水资源补给较丰富区的面积约137.64万平方千米,占全国总面积的14.51％。因此，本发明实施例可以拥有广泛的应用范围。同时，地下水源的利用效率低，社会经济价值偏低，通过本发明实施例，可以进一步提升地下水源的利用效率，并且具有较大的经济价值。
进一步地，所述水体净化设备182还包括了自动反冲洗模块，所述自动反冲洗模块包括有压差检测器、控制器、驱动马达和传动轴。
自动反冲洗主要理由压差检测器检测循环管道的进出口压力差与设定阈值的关系，自动启动反冲洗，减少设备的维护成本。自动反冲洗的技术较为成熟，故不再赘述。
优选地，所述膨胀机13为有机透平膨胀机或螺杆膨胀机。
优选地，所述冷凝器181采用壳管式换热器、套管式换热器或板式换热器。
地下水源全年温度基本稳定在10-15℃，工况稳定，冷凝器181设计时可以不用考虑较大的变工况范围。
优选地，所述壳管式换热器、套管式换热器或板式换热器的换热管管材为铜、铝或耐腐蚀合金。
铜、铝或耐腐蚀合金等材质制成的换热管的寿命相对较有保证，使系统的寿命和稳定性有较大的保障。
优选地，当所述冷凝器采用壳管式换热器或套管式换热器时，换热器的换热管设置为圆管状或椭圆管状，所述换热管内设有内螺纹或内肋片，所述换热管外设有外螺纹、外肋片或外套翅片。
换热管设为圆管状或椭圆管状，并在其外表面外螺纹、外肋片或外套翅片，在其内表面设置内螺纹或内肋片目的均为进一步强化换热效率，提高整个系统的效能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述系统包括：蒸发器、气液分离器、膨胀机、发电机、回热器、储液器、工质泵和冷凝处理装置；所述冷凝处理装置包括冷凝器、抽水泵和水体净化设备，所述抽水泵、水体净化设备和冷凝器通过循环管道依次连接；所述蒸发器、气液分离器、膨胀机、回热器、冷凝处理装置、储液器和工质泵通过管道依次连接，所述工质泵的输出端、所述蒸发器的输入端和所述回热器通过管道连接；所述发电机与所述膨胀机连接。
2.根据权利要求1所述的利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述水体净化设备包括有水体软化单元。
3.根据权利要求2所述的利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述水体净化设备还包括有水体过滤单元。
4.根据权利要求3所述的利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述水体净化设备还包括了自动反冲洗模块，所述自动反冲洗模块包括有压差检测器、控制器、驱动马达和传动轴。
5.根据权利要求1所述的利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述膨胀机为有机透平膨胀机或螺杆膨胀机。
6.根据权利要求1所述的利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述冷凝器采用壳管式换热器、套管式换热器或板式换热器。
7.根据权利要求6所述的利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述壳管式换热器、套管式换热器或板式换热器的换热管管材为铜、铝或耐腐蚀合金。
8.根据权利要求6所述的利用地下水源的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，当所述冷凝器采用壳管式换热器或套管式换热器时，换热器的换热管设置为圆管状或椭圆管状，所述换热管内设有内螺纹或内肋片，所述换热管外设有外螺纹、外肋片或外套翅片。
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