CN111075521B - 一种带回热循环的高低压双工质orc发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带回热循环的高低压双工质ORC发电系统，包括高压循环发电系统、低压循环发电系统、冷源系统、热源系统。高压循环发电系统和低压循环发电系统采用不同的工质将热源系统的不同品位的热量进行分梯级回收；在设有抽汽回热器和乏汽回热器的基础上，高压循环发电系统还设置了旁通回路以确保机组安全运行；冷源系统为高压循环发电系统和低压循环发电系统的凝汽器提供冷凝所需要的冷量。本发明基于现有的ORC循环，改进了传统的余热回收方法，通过带回热循环的高低压双工质ORC发电系统对余热进行分梯级回收，降低了蒸发器的热负荷，有效提高了ORC发电系统的热效率。

Description

一种带回热循环的高低压双工质ORC发电系统
技术领域
本发明涉及一种能源利用领域的ORC发电系统，尤其涉及一种带回热循环的高低压双工质ORC发电系统。
背景技术
随着全球社会经济不断发展，能源需求持续增大。同时，环境污染、全球性气候变暖等问题对环境保护和治理产生了巨大压力，全球也面临着化石能源枯竭带来的能源危机。因此，在能源利用领域，提高能源利用率就成为了全球缓解能源紧张的重要手段。
有机朗肯循环(ORC)是以低沸点有机物为循环工质的朗肯循环，是余热利用领域的一项关键技术，采用有机工质经过增压升温后，推动涡轮机做功，产生电能输出，可将能源系统排放的废热转换为高品位能源，从而提高能源的整体利用效率。
现有技术中的ORC发电系统，其节能和环保性能仍有待于提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能环保的带回热循环的高低压双工质ORC发电系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的带回热循环的高低压双工质ORC发电系统，包括热源系统、冷源系统、高压循环发电系统、低压循环发电系统；
所述高压循环发电系统包括相互连接的高压蒸发器和分液器，所述分液器出口的气相工质进入膨胀机，液相工质进入集液器；所述膨胀机的乏汽出口工质经冷凝器直接冷凝后进入所述集液器，抽汽出口工质经抽汽回热器和乏汽回热器进入所述集液器；所述集液器的出口工质经乏汽回热器和抽汽回热器预热后，经增压泵回到所述高压蒸发器；
所述热源系统的热管经过所述高压蒸发器，所述冷源系统的冷管经过所述冷凝器；
所述膨胀机上连接有发电机。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的带回热循环的高低压双工质ORC发电系统，基于现有的ORC循环，改进了传统的余热回收方法，通过带回热循环的高低压双工质ORC发电系统对余热进行分梯级回收，降低了蒸发器的热负荷，有效提高了ORC发电系统的热效率，能提高能源的整体利用效率，并减少对环境的污染。
附图说明
图1为本发明实施例提供的带回热循环的高低压双工质ORC发电系统结构示意图。
图中的附图标记为：
高压蒸发器(1)、分液器(2)、抽汽回热器(3)、乏汽回热器(4)、冷凝器(5)、集液器(6)、增压泵(7)、膨胀机(8)、低压蒸发器(9)、第二分液器(10)、第二膨胀机(11)、第二冷凝器(12)、第二集液器(13)、第二增压泵(14)、发电机(15)、低压回热器(16)、第二发电机(17)。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的带回热循环的高低压双工质ORC发电系统，其较佳的具体实施方式是：
包括热源系统、冷源系统、高压循环发电系统、低压循环发电系统；
所述高压循环发电系统包括相互连接的高压蒸发器和分液器，所述分液器的气相出口工质进入膨胀机，液相出口工质进入集液器；所述膨胀机的乏汽出口工质经冷凝器直接冷凝后进入所述集液器，抽汽出口工质经抽汽回热器和乏汽回热器进入所述集液器；所述集液器出口工质经乏汽回热器和抽汽回热器预热后，经增压泵回到所述高压蒸发器；
所述热源系统的热管经过所述高压蒸发器，所述冷源系统的冷管经过所述冷凝器；
所述膨胀机上连接有发电机。
所述膨胀机的乏汽出口与所述乏汽回热器的进口之间设有旁通管，所述膨胀机的乏汽出口管路和抽汽出口管路及旁通管均设有自动调节阀。
在所述膨胀机进出口均设置压力传感器和温度传感器。
所述高压循环发电系统采用的工质包括丁烷、戊烷或R123。
所述的低压循环发电系统包括相互连接的低压蒸发器和第二分液器，所述第二分液器的液相出口经低压回热器进入第二集液器，气相出口工质依次经过第二膨胀机、第二冷凝器进入第二集液器，所述第二集液器的出口工质经第二增压泵后回到所述低压蒸发器；
所述热源系统的热管经过所述低压蒸发器，所述冷源系统的冷管经过所述第二冷凝器；
所述第二膨胀机上连接有第二发电机。
所述热源系统的热管依次经过所述高压蒸发器和低压蒸发器后，回到热源系统，由此形成一个循环，在循环回路上，所述高压蒸发器与低压蒸发器间设有流量控制阀。
所述的冷源系统采用板式换热器。
所述的低压循环发电系统采用的工质包括R22、R152a或R1234ze。
本发明的带回热循环的高低压双工质ORC发电系统，基于现有的ORC循环，改进了传统的余热回收方法，通过带回热循环的高低压双工质ORC发电系统对余热进行分梯级回收，降低了蒸发器的热负荷，有效提高了ORC发电系统的效率，能提高能源的整体利用效率，并减少对环境的污染。系统包括：
用于给高压循环系统提供热量的高压蒸发器；
用于对高压循环的工质进行气液分离的分液器，分液器的气相工质出口与高压循环的膨胀机连接，分液器的液相工质出口与集液器连接；
所述高压系统的膨胀机有抽汽和乏汽两个出口，抽汽口通过阀门K2控制与抽汽回热器的热端连接，乏汽出口工质分两路，一路和高压循环的冷凝器连接，另一路通过阀门K3控制与抽汽回热器冷端出口工质汇合后连接到乏汽回热器，工质从乏汽回热器出来后与高压循环冷凝器冷端出口工质汇合后连接到集液器；
所述高压循环的集液器出口的工质依次通过乏汽回热器和抽汽回热器换热后经增压泵回到高压蒸发器；
所述的热源系统提供高品位热量的热媒从高压循环的蒸发器冷端出来后通过阀门K1与低压循环的蒸发器热端连接；
用于低压循环提供热量的低压蒸发器；
用于对低压循环工质进行气液分离的分液器，液相出口与低压回热器的热端连接，气相工质出口与低压循环发电系统的膨胀机连接；
所述低压循环发电系统的膨胀机出口与低压循环的冷凝器连接，低压循环冷凝器冷端出口与低压循环的集液器入口连接；
所述低压循环集液器出口与低压回热器冷端连接，从低压回热器热端出来的工质通过低压循环的增压泵进入低压循环的蒸发器，完成低压循环；
所述冷源系统分别与高压循环的冷凝器和低压冷凝器构成两个循环，且这两个循环是并联关系；
所述的高压发电系统回路包括依次连接并形成一个闭合循环的分液器、膨胀机、抽汽回热器、乏汽回热器、冷凝器、集液器、增压泵；膨胀机的抽汽和乏汽依次进入抽汽回热器、乏汽回热器进行预冷，然后进入冷凝器冷凝；经过冷凝的工质之后进入集液器；工质依次经过乏汽回热器、抽汽回热器、增压泵和高压蒸发器，变成高温高压的汽液混合物，经分液器分离后，液相工质被送到集液器中，蒸汽进入膨胀机做功，从而将热能转化成机械能。
所述的高压系统回路中设置有控制抽汽和乏汽流量的阀门K2、K3、K4，除了可以控制流量使系统热效率更高的作用外，还可以增加系统的安全性。
所述的低压系统回路包括依次连接并形成一个闭合循环的低压蒸发器、分液器、膨胀机、冷凝器、集液器、低压回热器和增压泵；从分液器出来的高温高压的蒸汽被输送到膨胀机中做功，而液相工质通过低压回热器对冷凝后的工质进行预热后，再进入集液器随乏汽一起在增压泵的作用下回到低压蒸发器，构成一个回路循环。
本发明具有以下优点：
1.本发明充分利用了同一个热源系统中的两个不同品位的热量，使得余热回收更为充分，通过ORC循环将热能转换成便于输送的电能，减少了热污染，提高了能源利用率。
2.本发明采用的回热器，利用膨胀机出口循环工质的热量对进入蒸发器的循环工质进行预热，既提高了ORC循环的蒸发温度，又减少了蒸发器的负荷，提高了ORC发电系统的整体热效率。
3.本发明采用的冷源系统可同时对两个循环进行冷凝，减少了设备投资，并对冷源的利用更为充分，提高了系统的整体热效率。
具体实施例：
如图1所示。该系统包括高压循环发电系统、低压循环发电系统、冷源系统、热源系统；其中高压发电循环系统回收利用热源系统的高品位的热量，而剩下的部分低品位的热量由低压循环回收利用，冷源系统负责提供两个循环所需冷量，热源系统则提供整个系统的热量。
作为本发明的优选实例，所述的高压循环包括依次连接并形成一个闭合循环的分液器2、膨胀机8、抽汽回热器3、乏汽回热器4、冷凝器5、集液器6、增压泵7；所述的高压循环发电系统通过高压蒸发器1与热源进行换热；膨胀机8的抽汽和乏汽依次进入抽汽回热器3、乏汽回热器4进行预冷，然后进入冷凝器5冷凝；经过冷凝的工质之后进入集液器6；集液器6出口的工质依次经过乏汽回热器4、抽汽回热器3、增压泵7和高压蒸发器1，变成高温高压的汽液混合物，经分液器2气液分离后，液相工质被送到集液器6中，蒸汽进入膨胀机8做功，从而推动发电机15将机械能转化成电能；高压循环发电系统设有抽汽回热器3和乏汽回热器4，可对冷凝后的工质进行预热，且可根据实际负荷调节各抽汽和乏汽流量的大小。
作为本发明的优选实例，所述的低压循环包括依次连接并形成一个闭合循环的低压蒸发器9、分液器10、膨胀机11、冷凝器12、集液器13、低压回热器16和增压泵14；所述的低压循环发电系统通过低压蒸发器与热源系统进行换热，回收利用热源系统的低品位热量；从分液器10出来的高温高压的蒸汽被输送到膨胀机11中做功，从而推动发电机17将机械能转化成电能；膨胀机11的乏汽在冷凝器12中冷凝后被输送到集液器13；而液相工质在通过低压回热器16对冷凝后的工质进行预热后，再进入集液器13随乏汽一起通过低压回热器16预热，在增压泵14作用下回到低压蒸发器9，构成了低压循环发电系统。
作为本发明的优选实例，所述的高压蒸发器1、低压蒸发器9、冷凝器12和冷凝器5均采用的是板式换热器。
作为本发明的优选实例，所述的乏汽回热器4、抽汽回热器3和低压回热器16均采用的是管壳式换热器。
作为本发明的优选实例，所述的热源系统采用工业余热，其温度范围是150～200℃。
作为本发明的优选实例，所述的高压循环系统采用的是类似于丁烷、戊烷、R123的工质。
作为本发明的优选实例，所述的低压循环发电系统采用的是类似于R22、R152a、R1234ze的工质。
作为本发明的优选实例，所述的热源系统先将含高品位热量的热媒输送到高压蒸发器1，被吸收完高品位热量的热媒经过控制阀门K1输送到低压蒸发器9，最后热媒又回到热源系统，整个构成一个回路。
作为本发明的优选实例，所述的冷源系统将冷媒分别输送到高压循环的冷凝器5和低压循环的冷凝器12，换热后再回到冷源系统，整个构成一个回路。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种带回热循环的高低压双工质ORC发电系统，其特征在于，包括热源系统、冷源系统、高压循环发电系统、低压循环发电系统；
所述高压循环发电系统包括相互连接的高压蒸发器(1)和分液器(2)，所述分液器(2)的气相出口工质进入膨胀机(8)，液相出口工质进入集液器(6)；所述膨胀机(8)的乏汽经冷凝器(5)直接冷凝后进入所述集液器(6)，抽汽出口工质经抽汽回热器(3)和乏汽回热器(4)进入所述集液器(6)；所述集液器(6)出口工质经乏汽回热器(4)和抽汽回热器(3)预热后经增压泵(7)回到所述高压蒸发器(1)；
所述热源系统的热管经过所述高压蒸发器(1)，所述冷源系统的冷管经过所述冷凝器(5)；
所述膨胀机(8)上连接有发电机(15)；
所述膨胀机(8)的乏汽出口与所述乏汽回热器(4)的进口之间设有旁通管，所述膨胀机(8)的乏汽出口管路和抽汽出口管路及旁通管均设有自动调节阀(K2)(K3)(K4)；
在所述膨胀机(8)进出口均设置压力传感器和温度传感器；
所述高压循环发电系统采用的工质包括丁烷、戊烷或R123；
所述的低压循环发电系统包括相互连接的低压蒸发器(9)和第二分液器(10)，所述第二分液器(10)的液相出口工质经低压回热器(16)进入第二集液器(13)，气相出口工质依次经过第二膨胀机(11)、第二冷凝器(12)进入第二集液器(13)，所述第二集液器(13)的出口工质经第二增压泵(14)后回到所述低压蒸发器(9)；
所述热源系统的热管经过所述低压蒸发器(9)，所述冷源系统的冷管经过所述第二冷凝器(12)；
所述第二膨胀机(11)上连接有第二发电机(17)；
所述热源系统的热管依次经过所述高压蒸发器(1)和低压蒸发器(9)后，回到热源系统，由此形成一个循环，在循环回路上，所述高压蒸发器(1)与低压蒸发器(9)间设有流量控制阀(K1)；
所述的冷源系统采用板式换热器；
所述的低压循环发电系统采用的工质包括R22、R152a或R1234ze。
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