CN110593977B - 一种双工质朗肯循环余热发电方法、系统及发电机 - Google Patents

一种双工质朗肯循环余热发电方法、系统及发电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双工质朗肯循环余热发电方法、系统及发电机，包括双蒸发压力余热锅炉、高压蒸汽热回收系统和低压蒸汽热回收系统，所述高压蒸汽热回收系统用于对高压蒸汽余热进行回收利用，所述低压蒸汽热回收系统用于对低压蒸汽余热进行回收利用，所述高压蒸汽热回收系统为水的朗肯循环系统，所述低压蒸汽热回收系统为包含水和有机工质的朗肯循环系统。本发明采用双蒸发压力余热锅炉，通过高压蒸汽热回收系统回收高压蒸汽，低压蒸汽热回收系统回收低压蒸汽，实现蒸汽余热的阶梯级回收利用，有效利用蒸汽余热，相对于单一蒸发压力余热锅炉，可以有效提高进入汽轮机的主蒸汽参数，提高汽轮机发电效率。

Description

一种双工质朗肯循环余热发电方法、系统及发电机
技术领域
本发明涉及蒸汽余热回收利用技术领域，具体涉及一种双工质朗肯循环余热发电方法、系统及发电机。
背景技术
在工业过程中，为了有效地利用烟气余热或其他气源的余热以节约能源，常规的余热利用是通过单一的余热锅炉加热水产生水蒸气，蒸汽进入汽轮机膨胀做功进行发电。常规的蒸汽循环只有30%左右的热能转变为电能，而其中70%的热量在蒸汽凝结中被凝汽器的循环冷却水带走，余热利用率不高。另外，单一蒸汽参数锅炉所产生的蒸汽在用作非发电用途时，往往需要通过减温减压器降低蒸汽参数后再加以利用，蒸汽品位降低，㶲损失增大，造成能源的进一步浪费；蒸汽根据不同用途实时调整分配，也导致汽轮机频繁变工况运行，影响机组发电效率和运行安全。
申请号为CN201310626226.8的专利公开了一种双工质余热发电系统，该发明通过对双工质循环进行合理设计，通过多次换热处理，能够充分的将蒸汽循环过程中产生的排汽余热作为低沸点工质循环过程的热源来利用，可大幅提高余热利用效率。但该发明所述有机朗肯循环的热源完全来自蒸汽轮机排汽凝结热，这就要求蒸汽轮机排汽压力和温度不能太低，至少要保证ORC系统能够正常运行。蒸汽轮机排汽背压过高，水蒸汽能量未能充分利用，同时也会导致汽轮机效率下降。提高汽轮机排汽参数以作为ORC系统循环的热源是否为最佳方案，仍需进一步详细论证。
申请号CN201810089685.X提出了一种双级闪蒸与有机朗肯循环联合的地热发电装置及方法。该发明可回收中低温的热尾水余热进行发电，提高了地热电站的发电功率。但该系统直接以地热水闪发进入膨胀机做功发电，水质无法得到保障，严重威胁机组安全运行；烟气取热换热器内为烟气-水换热，水侧无相变，换热量有限，经换热后排烟温度仍很高，余热回收率低。
申请号CN201610008195.3揭示了一种低温热流体回收利用系统。该系统包括一个蒸汽朗肯循环，两个有机朗肯循环，可充分利用往复发动机的余热发电，节能环保。然而该系统中由闪蒸器闪发出来的饱和蒸汽容易带液进入汽轮机，威胁汽轮机安全运行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种双工质朗肯循环余热发电方法、系统及发电机。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双工质朗肯循环余热发电系统，包括双蒸发压力余热锅炉、高压蒸汽热回收系统和低压蒸汽热回收系统，所述高压蒸汽热回收系统用于对高压蒸汽余热进行回收利用，所述低压蒸汽热回收系统用于对低压蒸汽余热进行回收利用，所述高压蒸汽热回收系统为水的朗肯循环系统，所述低压蒸汽热回收系统为包含水和有机工质的朗肯循环系统。采用双蒸发压力余热锅炉，通过高压蒸汽热回收系统回收高压蒸汽，低压蒸汽热回收系统回收低压蒸汽，实现蒸汽余热的阶梯级回收利用，有效利用蒸汽余热，相对于单一蒸发压力余热锅炉，可以有效提高进入汽轮机的主蒸汽参数，提高汽轮机发电效率。
进一步的，所述高压蒸汽热回收系统具体包括高压汽包、汽轮机、第一冷凝器、第一凝结水泵、第一除氧器、第一循环水泵，所述高压汽包的出口端连接所述汽轮机入口端，所述汽轮机出口端连接所述第一冷凝器入口端，所述第一冷凝器出口端通过第一凝结水泵连接第一除氧器入口端，所述第一除氧器出口端通过第一循环水泵连接高压汽包入口端。由高压汽包分离出来的蒸汽经过热后进冲转汽轮机发电，汽轮机排汽经预热器继续释放部分蒸汽凝结潜热，蒸汽进入第一冷凝器继续放热凝结，凝结水由第一凝结水泵加压进入第一除氧器进行除氧处理，最后经第一循环水泵加压进入高压汽包。实现对高压蒸汽余热的有效利用，保证进入汽轮机的蒸汽质量高。
进一步的，所述低压蒸汽热回收系统具体包括低压汽包、第二凝结水泵、第二除氧器、第二循环水泵、膨胀机、第二冷凝器、工质泵、预热器和蒸发器，所述低压汽包出口端连接所述蒸发器入口端，所述蒸发器出口端通过所述第二凝结水泵连接至所述第二除氧器入口端，所述第二除氧器出口端通过所述第二循环水泵连接至所述低压汽包入口端，所述预热器入口端连接汽轮机出口端，所述预热器出口端连接所述蒸发器入口端，所述蒸发器出口端连接所述膨胀机入口端，所述膨胀机出口端连接所述第二冷凝器入口端，所述第二冷凝器出口端通过所述工质泵连接至所述预热器入口端。低压蒸汽由低压汽包分离后，进入蒸发器放热侧放热后凝结，凝结水经第二凝结水泵加压后进入第二除氧器除氧，除氧水经第二循环水泵加压送入低压汽包，有机工质经预热器吸收汽轮机排汽热量进行预热，预热后的有机工质进入蒸发器吸收低压蒸汽的热量，将所述有机工质变为高压蒸汽进入膨胀机膨胀做功，膨胀机与发电机同轴连接，拖动发电机发电，有机工质排汽进入第二冷凝器冷凝成为液体，随后进入工质泵，经加压后进入预热器，完成整个循环。实现对低压蒸汽余热的有效利用，同时利用有机工质加热对膨胀机工作，提高了发电效率，能大幅度提高余热的利用率。
进一步的，所述低压汽包出口端还设置有支路，所述支路上设置有调节阀。通过调节阀控制將加热后的蒸汽送至生产生活中使用，保证了蒸汽的供应正常。
进一步的，所述有机工质具体为五氟丙烷或四氟乙烷或三氟二氯乙烷或异丁烷中的一种。不同的有机工质可以对应不同的实际工况，合理选择不同的有机工质有利于进一步提高发电效率。
进一步的，所述膨胀机还与发电机同轴连接。通过膨胀机与发电机同轴连接，拖动发电机发电，提高膨胀机的运作效率即提高了发电机的发电效率。
一种双工质朗肯循环余热发电方法，通过高压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉中的高压蒸汽利用，通过低压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉中的低压蒸汽利用，低压蒸汽热回收系统还通过循环加热有机工质提高发电效率。高效利用蒸汽余热，采用双蒸发压力余热锅炉对蒸汽余热进行梯级回收利用，相比于单一蒸发压力余热锅炉，可以有效提高进入蒸汽轮机的主蒸汽参数，提高汽轮机发电效率，包含水的朗肯循环系统和有机朗肯循环系统，能大幅提高余热利用率。
进一步的，所述通过高压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉中的高压蒸汽利用具体为：由高压汽包分离出来的蒸汽经过热后进冲转汽轮机发电，汽轮机排汽经预热器继续释放部分蒸汽凝结潜热，蒸汽进入第一冷凝器继续放热凝结，凝结水由第一凝结水泵加压进入第一除氧器进行除氧处理，最后经第一循环水泵加压进入高压汽包。实现对高压蒸汽余热的有效利用，保证进入汽轮机的蒸汽质量高。
进一步的，所述通过低压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉中的低压蒸汽利用具体为：低压蒸汽由低压汽包分离后经过热后一路蒸汽经调节阀送至生产生活等用途；另一路进入蒸发器放热侧放热后凝结，凝结水经第二凝结水泵加压后进入第二除氧器除氧，除氧水经第二循环水泵加压送入低压汽包。
进一步的，所述低压蒸汽热回收系统通过循环加热有机工质提高发电效率具体为：有机工质经预热器吸收汽轮机排汽热量进行预热，预热后的有机工质进入蒸发器吸收低压蒸汽的热量，将所述有机工质变为高压蒸汽进入膨胀机膨胀做功，膨胀机与发电机同轴连接，拖动发电机发电，有机工质排汽进入第二冷凝器冷凝成为液体，随后进入工质泵，经加压后进入预热器，完成整个循环。实现对低压蒸汽余热的有效利用，同时利用有机工质加热对膨胀机工作，提高了发电效率，能大幅度提高余热的利用率。
一种发电机，包括发电系统，其特征在于，所述发电系统具体为如以上任一项所述的双工质朗肯循环余热发电系统。
本发明提供的一种双工质朗肯循环余热发电方法、系统及发电机的有益效果在于：（1）提供了一种双工质循环余热发电系统，包含水的朗肯循环系统和有机朗肯循环系统，能大幅提高余热利用率；（2）高效利用蒸汽余热，采用双蒸发压力余热锅炉对蒸汽余热进行梯级回收利用，相比于单一蒸发压力余热锅炉，可以有效提高进入蒸汽轮机的主蒸汽参数，提高汽轮机发电效率；（3）除发电系统以外所用蒸汽由低压级蒸汽系统分配，蒸汽轮机主蒸汽流量保持不变，可长期保持额定工况运行，保证机组在额定符合运行的情况下，可以通过ORC系统灵活调节热电负荷变化，提高了机组热电利用率。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
图中：1、双蒸发压力余热锅炉；101、高压汽包；102、汽轮机；103、第一冷凝器；104、第一凝结水泵；105、第一除氧器；106、第一循环水泵；201、低压汽包；202、第二凝结水泵；203、第二除氧器；204、第二循环水泵；205、调节阀；301、膨胀机；302、第二冷凝器；303、工质泵；304、预热器；305、蒸发器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例1：一种双工质朗肯循环余热发电系统。
一种双工质朗肯循环余热发电系统，包括双蒸发压力余热锅炉1、高压蒸汽热回收系统和低压蒸汽热回收系统，所述高压蒸汽热回收系统具体包括高压汽包101、汽轮机102、第一冷凝器103、第一凝结水泵104、第一除氧器105、第一循环水泵106，所述高压汽包101的出口端连接所述汽轮机102入口端，所述汽轮机102出口端连接所述第一冷凝器103入口端，所述第一冷凝器103出口端通过第一凝结水泵104连接第一除氧器105入口端，所述第一除氧器105出口端通过第一循环水泵106连接高压汽包101入口端；所述低压蒸汽热回收系统具体包括低压汽包201、第二凝结水泵202、第二除氧器203、第二循环水泵204、膨胀机301、第二冷凝器302、工质泵303、预热器304和蒸发器305，所述低压汽包201出口端连接所述蒸发器305入口端，所述蒸发器305出口端通过所述第二凝结水泵202连接至所述第二除氧器203入口端，所述第二除氧器203出口端通过所述第二循环水泵204连接至所述低压汽包201入口端，所述预热器304入口端连接汽轮机102出口端，所述预热器304出口端连接所述蒸发器305入口端，所述蒸发器305出口端连接所述膨胀机301入口端，所述膨胀机301出口端连接所述第二冷凝器302入口端，所述第二冷凝器302出口端通过所述工质泵303连接至所述预热器304入口端；所述低压汽包201出口端还设置有支路，所述支路上设置有调节阀205。
本实施例的工作原理如下：蒸汽朗肯循环发电过程：由高压汽包101分离出来的蒸汽经过热后进冲转汽轮机102发电，汽轮机102排汽经预热器304继续释放部分蒸汽凝结潜热，蒸汽进入第一冷凝器103继续放热凝结，凝结水由第一凝结水泵加104加压进入第一除氧器105进行除氧处理，最后经第一循环水泵106加压进入高压汽包101。
ORC循环发电过程：ORC循环发电热源由双蒸发压力余热锅炉1的低压蒸汽提供，低压蒸汽由低压汽包201分离后经过热后一路蒸汽经调节阀205送至生产生活等用途；另一路进入蒸发器305放热侧放热后凝结，凝结水经第二凝结水泵202加压后进入第二除氧器203除氧，第二除氧水经第二循环水泵204加压送入锅炉低压汽包201。ORC循环发电系统有机工质五氟丙烷经预热器304吸收汽轮机102排汽热量进行预热，预热后的有机工质五氟丙烷进入蒸发器305吸收低压蒸汽的热量，将所述有机工质五氟丙烷变为高压蒸汽进入膨胀机301膨胀做功，膨胀机301与发电机同轴连接，拖动发电机发电。有机工质五氟丙烷排汽进入第二冷凝器302冷凝成为液体，随后进入工质泵303，经加压后进入预热器304，完成整个ORC循环。
本实施例的有益之处在于：采用双蒸发压力余热锅炉1，通过高压蒸汽热回收系统回收高压蒸汽，低压蒸汽热回收系统回收低压蒸汽，实现蒸汽余热的阶梯级回收利用，有效利用蒸汽余热，相对于单一蒸发压力余热锅炉，可以有效提高进入汽轮机102的主蒸汽参数，提高汽轮机102发电效率。
实施例2：一种双工质朗肯循环余热发电方法。
一种双工质朗肯循环余热发电方法，通过高压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉1中的高压蒸汽利用，由高压汽包101分离出来的蒸汽经过热后进冲转汽轮机102发电，汽轮机102排汽经预热器304继续释放部分蒸汽凝结潜热，蒸汽进入第一冷凝器103继续放热凝结，凝结水由第一凝结水泵104加压进入第一除氧器105进行除氧处理，最后经第一循环水泵106加压进入高压汽包101。实现对高压蒸汽余热的有效利用，保证进入汽轮机102的蒸汽质量高，通过低压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉1中的低压蒸汽利用，低压蒸汽由低压汽包201分离后经过热后一路蒸汽经调节阀205送至生产生活等用途；另一路进入蒸发器305放热侧放热后凝结，凝结水经第二凝结水泵202加压后进入第二除氧器203除氧，除氧水经第二循环水泵204加压送入低压汽包201，低压蒸汽热回收系统还通过循环加热有机工质提高发电效率，有机工质经预热器304吸收汽轮机102排汽热量进行预热，预热后的有机工质进入蒸发器305吸收低压蒸汽的热量，将所述有机工质变为高压蒸汽进入膨胀机301膨胀做功，膨胀机301与发电机同轴连接，拖动发电机发电，有机工质排汽进入第二冷凝器302冷凝成为液体，随后进入工质泵303，经加压后进入预热器304，完成整个循环。实现对低压蒸汽余热的有效利用，同时利用有机工质加热对膨胀机301工作，提高了发电效率，能大幅度提高余热的利用率。
本实施例中，实现了高效利用蒸汽余热，采用双蒸发压力余热锅炉1对蒸汽余热进行梯级回收利用，相比于单一蒸发压力余热锅炉，可以有效提高进入汽轮机102的主蒸汽参数，提高汽轮机102发电效率，包含水的朗肯循环系统和有机朗肯循环系统，能大幅提高余热利用率。
实施例3：一种发电机。
一种发电机，包括发电系统，其特征在于，所述发电系统具体为如实施例1任一项所述的双工质朗肯循环余热发电系统。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种双工质朗肯循环余热发电系统，其特征在于，包括双蒸发压力余热锅炉、高压蒸汽热回收系统和低压蒸汽热回收系统，所述高压蒸汽热回收系统用于对高压蒸汽余热进行回收利用，所述低压蒸汽热回收系统用于对低压蒸汽余热进行回收利用，所述高压蒸汽热回收系统为水的朗肯循环系统，所述低压蒸汽热回收系统为包含水和有机工质的朗肯循环系统；
所述高压蒸汽热回收系统具体包括高压汽包、汽轮机、第一冷凝器、第一凝结水泵、第一除氧器、第一循环水泵，所述高压汽包的出口端连接所述汽轮机入口端，所述汽轮机出口端连接预热器的放热入口端，汽轮机排汽经预热器继续释放部分蒸汽凝结潜热，所述预热器的放热出口端连接所述第一冷凝器入口端，所述第一冷凝器出口端通过第一凝结水泵连接第一除氧器入口端，所述第一除氧器出口端通过第一循环水泵连接高压汽包入口端；
所述低压蒸汽热回收系统具体包括低压汽包、第二凝结水泵、第二除氧器、第二循环水泵、膨胀机、第二冷凝器、工质泵、预热器和蒸发器，所述低压汽包出口端连接所述蒸发器的放热入口端，所述蒸发器的放热出口端通过所述第二凝结水泵连接至所述第二除氧器入口端，所述第二除氧器出口端通过所述第二循环水泵连接至所述低压汽包入口端，所述预热器预热出口端连接所述蒸发器的吸热入口端，所述蒸发器的吸热出口端连接所述膨胀机入口端，所述膨胀机出口端连接所述第二冷凝器入口端，所述第二冷凝器出口端通过所述工质泵连接至所述预热器预热入口端；
所述低压汽包出口端还设置有支路，所述支路上设置有调节阀；
所述膨胀机还与发电机同轴连接。
2.如权利要求1所述的双工质朗肯循环余热发电系统，其特征在于：所述有机工质具体为五氟丙烷或四氟乙烷或三氟二氯乙烷或异丁烷中的一种。
3.一种双工质朗肯循环余热发电方法，其特征在于：采用权利要求1所述的双工质朗肯循环余热发电系统进行发电，通过高压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉中的高压蒸汽利用，通过低压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉中的低压蒸汽利用，低压蒸汽热回收系统还通过循环加热有机工质提高发电效率。
4.如权利要求3所述的双工质朗肯循环余热发电方法，其特征在于：所述通过高压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉中的高压蒸汽利用具体为：由高压汽包分离出来的蒸汽经过热后进冲转汽轮机发电，汽轮机排汽经预热器继续释放部分蒸汽凝结潜热，蒸汽进入第一冷凝器继续放热凝结，凝结水由第一凝结水泵加压进入第一除氧器进行除氧处理，最后经第一循环水泵加压进入高压汽包。
5.如权利要求3所述的双工质朗肯循环余热发电方法，其特征在于：所述通过低压蒸汽热回收系统回收双蒸发压力余热锅炉中的低压蒸汽利用具体为：低压蒸汽由低压汽包分离后经过热后一路蒸汽经调节阀送至生产生活用途；另一路进入蒸发器放热侧放热后凝结，凝结水经第二凝结水泵加压后进入第二除氧器除氧，除氧水经第二循环水泵加压送入低压汽包。
6.如权利要求3所述的双工质朗肯循环余热发电方法，其特征在于：所述低压蒸汽热回收系统通过循环加热有机工质提高发电效率具体为：有机工质经预热器吸收汽轮机排汽热量进行预热，预热后的有机工质进入蒸发器吸收低压蒸汽的热量，将所述有机工质变为高压蒸汽进入膨胀机膨胀做功，膨胀机与发电机同轴连接，拖动发电机发电，有机工质排汽进入第二冷凝器冷凝成为液体，随后进入工质泵，经加压后进入预热器，完成整个循环。
7.一种发电机，包括发电系统，其特征在于，所述发电系统具体为如权利要求1-2任一项所述的双工质朗肯循环余热发电系统。
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