CN111206966A

CN111206966A - 有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统

Info

Publication number: CN111206966A
Application number: CN202010132342.4A
Authority: CN
Inventors: 熊高鹏; 曹洁; 庄峰
Original assignee: Shanghai Fuyou Cold And Heat Control Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Fuyou Cold And Heat Control Technology Co Ltd
Priority date: 2020-02-29
Filing date: 2020-02-29
Publication date: 2020-05-29

Abstract

一种发电机组性能测试技术领域的有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统，包括蒸发器、过热器、干燥过滤器、膨胀机、发电机、电能测量消耗装置、冷凝器、储液器、工质容积泵、工质流量计、预热器、工质循环管、旁通管、控制阀，蒸发器、过热器、第一干燥过滤器、膨胀机、冷凝器、储液器、第二干燥过滤器、工质容积泵、工质流量计、预热器通过所述工质循环管依次串接在一起。本发明可以研究进出口压力、膨胀机转速、工质流量对发电机组性能的影响，可测量透平膨胀机的发电效率、膨胀效率、机械效率等等，是透平膨胀机发电机组性能测试的有效手段。本发明设计合理，适用于膨胀发电机组性能测试系统的优化设计。

Description

有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统

技术领域

本发明涉及发电机组性能测试技术领域的一种测试平台，特别是一种膨胀机输入输出条件可调节的有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统。

背景技术

透平膨胀机目前在低温技术应用非常广泛，从航天到超导，从气体分离到能量回收等，而低温能量的获得主要靠气体的膨胀，特别是气体的等熵绝热膨胀，透平膨胀机则是实现这一膨胀的有效设备，现已广泛用到气体液化分离、能量综合利用等方面。

采用有机工质作为热力循环的工质与低温余热换热，有机工质吸热后产生高压蒸汽，能推动膨胀动力机带动发电机发电。因此，相关系统能够实现余热回收和发电，最低可用余热资源温度可低至80℃，这是常规发电技术不能做到的(常规发电要求热源温度在350℃以上)，从而拓宽了可回收发电的余热资源范围，为建材、冶金、化工等行业的低温余热资源回收提供了技术手段和设备。同时，这项技术还可以推广到可再生能源发电系统中，(如地热、太阳能和生物质能)为可再生能源发电提供关键技术和设备。

有机工质朗肯循环(ORC)，即在传统朗肯循环中采用有机工质代替水推动涡轮机做功。低压液态有机工质经过工质泵增压后进入预热器、蒸发器吸收热量转变为高温高压蒸气之后，高温高压有机工质蒸气推动涡轮机做功，产生能量输出，涡轮机出口的低压蒸气进入冷凝器，向低温热源放热并冷凝为液态，如此往复循环。

为了提高能源利用效率，加大工业废热余热利用率，透平膨胀发电机组开始慢慢进入应用市场，由于产品处于初步开发试用阶段，各方面均需要进行各种性能研究。但是在现有技术中，还没有专用的透平膨胀机发电机组性能测试装置。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计出一种有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统，可以为透平膨胀机发电机组提供稳定的工况条件，比如：膨胀机进口压力、进口温度、出口压力、工质流量、膨胀机转速等，同时本发明还可以用于螺杆式、活塞式膨胀机头性能的测试。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括蒸发器、过热器、干燥过滤器、膨胀机、发电机、电能测量消耗装置、冷凝器、储液器、工质容积泵、工质流量计、预热器、工质循环管、旁通管、控制阀，其中干燥过滤器为两个；蒸发器、过热器、第一干燥过滤器、膨胀机、冷凝器、储液器、第二干燥过滤器工质容积泵、工质流量计、预热器通过所述工质循环管依次串接在一起；旁通管的一端与过热器、第一干燥过滤器之间的工质循环管相连接，另一端与膨胀机、冷凝器之间的工质循环管相连接；工质循环管内流通的介质为有机工质；蒸发器、过热器、预热器、冷凝器均为换热器结构；蒸发器、过热器、预热器的有机工质侧进出口与工质循环管相连接，蒸发器、过热器、预热器的热源介质侧进出口与低温热源循环管相连接；冷凝器的有机工质侧进出口与工质循环管相连接，冷源介质侧进出口与冷却水循环管相连接；膨胀机通过连接轴与发电机连接在一起，电能测量消耗装置通过电源线与发电机连接在一起；控制阀分别布置在所述低温热源循环管路和旁通管上。

进一步地，在本发明中，在与预热器相连接在低温热源循环管上，在与冷凝器相连接的冷却水循环管上分别再布置一个流量计。

更进一步地，在本发明中，在工质循环管、低温热源循环管、冷却水循环管上均布置压力温度传感器。

更进一步地，在本发明中，低温热源循环管内流通的介质为工业废热水或90～250℃水蒸气。

更进一步地，在本发明中，在工质循环管内流通的有机工质为R245fa

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明为透平膨胀机发电机组提供稳定的工况条件，比如：膨胀机进口压力、进口温度、出口压力、工质流量、膨胀机转速等等，进而控制膨胀发电机组的发电量，可以研究进出口压力、膨胀机转速、工质流量对发电机组性能的影响，可测量透平膨胀机的发电效率、膨胀效率、机械效率等等，是透平膨胀机发电机组性能测试的有效手段。

附图说明

图1是本发明实施例的系统结构示意图；

其中：1、蒸发器，2、过热器，3、第一干燥过滤器，4、膨胀机，5、发电机，6、电能测量消耗装置，7、冷凝器，8、储液器，9、第二干燥过滤器，10、工质容积泵，11、第一工质流量计，12、预热器，13、工质循环管，14、第一低温热源输入管，15、第一低温热源输出管，16、第二低温热源输入管，17、第二低温热源输出管，18、热源介质流量计，19、冷却水输入管，20、冷却水输出管，21、冷却水循环泵，22、冷却水流量计，23、旁通管，24、第一手动阀，25、第二手动阀，26、第三手动阀，27、第四手动阀，28、第一调节阀，29、第二调节阀，30、第三低温热源输入管，31、第三低温热源输出管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

具体实施例如图1所示，本发明包括蒸发器1、过热器2、第一干燥过滤器3、膨胀机4、发电机5、电能测量消耗装置6、冷凝器7、储液器8、第二干燥过滤器9、工质容积泵10、第一工质流量计11、预热器12、工质循环管13、第一低温热源输入管14、第一低温热源输出管15、第二低温热源输入管16、第二低温热源输出管17、热源介质流量计18、冷却水输入管19、冷却水输出管20、冷却水循环泵21、冷却水流量计22、旁通管23、第一手动阀24、第二手动阀25、第三手动阀26、第四手动阀27、第一调节阀28、第二调节阀29、第三低温热源输入管30、第三低温热源输出管31；蒸发器1、过热器2、第一干燥过滤器3、膨胀机4、冷凝器7、储液器8、第二干燥过滤器9、工质容积泵10、第一工质流量计11、预热器12通过工质循环管13依次串接在一起；膨胀机4通过连接轴与发电机5连接在一起，电能测量消耗装置6通过电源线与发电机5连接在一起；旁通管23的一端与过热器2、第一干燥过滤器3之间的工质循环管13相连接，旁通管23的另一端与膨胀机4、冷凝器7之间的工质循环管13相连接，第二手动阀25布置在旁通管23上；工质循环管13内流通的介质为有机工质；蒸发器1、过热器2、预热器12、冷凝器7均为换热器结构，蒸发器1、过热器2、预热器3、冷凝器7的有机工质侧进出口均与工质循环管13相连接；蒸发器1的热源介质侧进出口分别与第一低温热源输入管14、第一低温热源输出管15相连接，过热器2的热源介质侧进出口分别与第三低温热源输入管30、第三低温热源输出管31相连接，预热器12的热源介质侧进出口分别与第二低温热源输入管16、第二低温热源输出管17相连接；第一低温热源输出管15与第二低温热源输入管16可以串联；第一手动阀24、第二调节阀29依次布置在第一低温热源输入管14上；第三低温热源输入管30的入口与第一手动阀24、第二调节阀29之间的第一低温热源输入管14相连接，第三低温热源输出管31的出口与第一低温热源输出管15相连接，第一调节阀28布置在第三低温热源输入管30上；第三手动阀26布置在第二低温热源输入管16上，热源介质流量计18、第四手动阀27依次布置在第二低温热源输出管17上；冷却水循环泵21、冷却水流量计22分别布置在冷却水输入管19、冷却水输出管20上；在工质循环管13上布置多个压力温度传感器，在第一低温热源输入管14、第二低温热源输出管17上均布置压力温度传感器，在冷却水输入管19、冷却水输出管20分别布置温度传感器；在第一低温热源输入管14、第一低温热源输出管15、第二低温热源输入管16、第二低温热源输出管17、第三低温热源输入管30、第三低温热源输出管31内流通的介质均为工90至250℃水蒸气。在工质循环管13内流通的有机工质为R245fa。

在本发明中，当热源加热有机工质后，使其蒸发变成高压高温的气体，经过过热器2，保证进入膨胀机4的工质蒸气不带液，高温高压气体驱动膨胀机4旋转，并带动发电机5发电后，进入冷凝器7，被冷却水降温冷凝为液体工质。再通过工质容积泵10将其运输到蒸发器1中再次蒸发，如此循环。

热源介质管路设置旁通管23和第二手动阀25，控制膨胀机4入口工质压力；过热器2使用热源流量控制阀控制膨胀机4入口温度；冷却水的温度控制工质冷凝压力，即工质膨胀机4的出口压力；冷却水循环泵21变频调节，控制冷凝器7冷却水流量；工质容积泵10变频调节，控制系统管路工质流量；为测量热源介质侧的换热量，需稳定控制热源介质的流量，最后计算膨胀机4总输入功率、蒸发器1加热量、冷凝器7放热量、膨胀机4发电量、工质容积泵10功率等等。最后，软件自动计算，并比较整体热平衡，用于判断系统测量的可靠性和工况的稳定性。

工况控制主要通过调节器控制执行器工作进行连续调节，调节器与上位机程序进行实时通讯。上位机程序为调节器写入设定值，调节器根据偏差值(当前测量值与设定值之差)按一定的PID控制算法，计算并输出相应执行器的百分比，以达到工况控制的目的，相关的调节器和执行器如下表所示。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统，其特征在于，包括蒸发器、过热器、干燥过滤器、膨胀机、发电机、电能测量消耗装置、冷凝器、储液器、工质容积泵、工质流量计、预热器、工质循环管、旁通管、控制阀，其中干燥过滤器为两个；

所述蒸发器、过热器、第一干燥过滤器、膨胀机、冷凝器、储液器、第二干燥过滤器、工质容积泵、工质流量计、预热器通过所述工质循环管依次串接在一起；

所述旁通管的一端与过热器、第一干燥过滤器之间的工质循环管相连接，另一端与膨胀机、冷凝器之间的工质循环管相连接；

所述工质循环管内流通的介质为有机工质；

所述蒸发器、过热器、预热器、冷凝器均为换热器结构；蒸发器、过热器、预热器的有机工质侧进出口与工质循环管相连接，蒸发器、过热器、预热器的热源介质侧进出口与低温热源循环管相连接；冷凝器的有机工质侧进出口与工质循环管相连接，冷源介质侧进出口与冷却水循环管相连接；

所述膨胀机通过连接轴与所述发电机连接在一起，所述电能测量消耗装置通过电源线与所述发电机连接在一起；

所述控制阀分别布置在所述低温热源循环管路和旁通管上。

2.根据权利要求1所述的有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统，其特征在于在与预热器相连接在低温热源循环管上，在与冷凝器相连接的冷却水循环管上分别再布置一个流量计。

3.根据权利要求1所述的有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统，其特征在于在工质循环管、低温热源循环管、冷却水循环管上均布置压力温度传感器。

4.根据权利要求1所述的有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统，其特征在于所述低温热源循环管内流通的介质为工业废热水或90至250℃水蒸气。

5.根据权利要求1所述的有机朗肯循环透平膨胀发电机组性能测试系统，其特征在于在所述工质循环管内流通的有机工质为R245fa。