CN111636937A - 液位自动调节的orc发电装置及其调节方法 - Google Patents

液位自动调节的orc发电装置及其调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液位自动调节的ORC发电装置，包括通过主管道顺次连接的蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵；所述蒸发器与外部的热源相连接，所述蒸发器上安装有蒸发器液位计；在所述蒸发器与工质泵之间设置有主路调节阀；在所述膨胀机的输出端与工质泵的输出端之间设置有旁路管道，在所述旁路管道上设置有旁路调节阀；在所述膨胀机上连接有动力单元。本发明所述的液位自动调节的ORC发电装置，在正常起机、运行、停机过程中，当热源参数波动范围较小时，液位偏离信号都会及时反馈给工质泵出口的主路调节阀和旁路调节阀，通过主路调节阀和旁路调节阀自动动作，使液位值回归设定值，保障ORC发电装置内部循环稳定。

Description

液位自动调节的ORC发电装置及其调节方法
技术领域
本发明属于有机朗肯循环发电技术领域，具体涉及一种液位自动调节的ORC发电装置及调节方法。
背景技术
有机朗肯循环(ORC)发电技术在工业余热、太阳能、地热等余热利用行业中应用越来越广泛，单机容量从几十千瓦到几兆瓦不等。目前在工业余热利用领域中，发电技术是比较合理的利用方案，由于其自身冷凝压力高、显/潜热比大、采用干性工质等特点，相比于传统水蒸汽朗肯循环，其在低温发电领域具有系统简单、热利用率高的特点。
工业余热因其工作特性，必然受到上游设备运行工况的影响，因此会处于不断的波动状态，这就要求有机朗肯循环(ORC)发电机组的运行控制尽量简单，并且能自动的适应余热的参数变化，不需人工主动介入控制，目前常用的有机朗肯循环(ORC)发电机组的自动控制方法是液位调节加转速调节的方式来进行(参见CN201710611225.4)，但是这种自动调节方式有需要经常不断地调节工质泵的转速，大大的降低了工质泵的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液位自动调节的ORC发电装置及其调节方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种液位自动调节的ORC发电装置，包括通过主管道顺次连接的蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵；
所述蒸发器与外部的热源相连接，所述蒸发器上安装有蒸发器液位计；
在所述蒸发器与工质泵之间设置有主路调节阀；
在所述膨胀机的输出端与工质泵的输出端之间设置有旁路管道，在所述旁路管道上设置有旁路调节阀；
在所述膨胀机上连接有动力单元。
作为本实施例的优选，所述膨胀机采用透平式膨胀机。
作为本实施例的优选，所述工质泵为工频工质泵。
作为本实施例的优选，所述工质泵为变频工质泵。
作为本实施例的优选，所述膨胀机通过联轴器与动力单元联接。
本发明实施例还提供一种ORC发电装置的液位自动调节方法，包括以下步骤：
1)ORC发电装置正常起机过程：
首先工质泵出口旁路调节阀全开、启动工质泵，然后蒸发器热源进口调节阀逐渐打开，为维持蒸发器液位计液位值处设定值，自动增大工质泵出口主路调节阀开度，当主路调节阀全开后，自动减小旁路调节阀开度；
2)ORC发电装置正常运行过程：
当蒸发器热源参数波动时，为维持蒸发器液位计液位值处设定值，工质泵出口主路调节阀开度不变，液位值信号控制旁路调节阀(6)自动增大或减小开度；
3)ORC发电装置正常停机过程：
蒸发器热源进口调节阀逐渐关闭，为维持蒸发器液位计液位值处设定值，自动增大工质泵出口旁路调节阀开度，当旁路调节阀全开后，自动减小主路调节阀开度。直至调节阀关闭后，ORC发电装置停泵、停机。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的液位自动调节的ORC发电装置，在ORC发电装置正常起机、运行、停机过程中，当热源参数波动范围较小(例如：当热源参数波动范围≦±20％以内的小波动)时，液位偏离信号会及时反馈给工质泵出口的主路调节阀和旁路调节阀，通过主路调节阀和旁路调节阀自动动作，使液位值回归设定值，保障ORC发电装置内部循环稳定；当热源参数波动较大时(例如：当热源参数波动范围≥±20％时)，此时蒸发器与外部热源连接管道上的热源进口调节阀会参与进来，进行自动调节。
(2)本发明提供的ORC发电装置的液位自动调节方法，通过在主管路上设置旁路管道，通过主管路上的主路调节阀和旁路管道上的旁路调节阀协同调节，不需要通过工质泵的变频调节(即转速调节)就可以实现ORC发电装置内部循环稳定，大大的延长了工质泵的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例液位自动调节的ORC发电装置的结构示意图；
附图标记：
1、热源进口调节阀，2、蒸发器，3、蒸发器液位计，4、膨胀机，5、发电机，6、旁路调节阀，7、冷凝器，8、工质泵，9、主路调节阀。
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、完整地描述，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，基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
参阅图1所示，本发明实施例提供一种液位自动调节的ORC发电装置，具体包括通过主管道顺次连接的蒸发器2、膨胀机4、冷凝器7和工质泵8；其中，蒸发器2与外部的热源相连接，在蒸发器2与外部的热源(图中未标示)相连接的管路上设置有热源进口调节阀1，在蒸发器2上安装有蒸发器液位计3，在本实施例中，蒸发器2为管壳式换热器，可实时准确显示当前液位值。蒸发器2内热源参数与工质参数一一对应，当热源的参数发生变化后，蒸发器2内的换热平衡被打破，两个参数就无法达到一一对应，而直接反映出来的就是蒸发器2内液位的变化，此时，蒸发器液位计3会不断的发生变化。在蒸发器2与工质泵6之间设置有主路调节阀9；在膨胀机4的输出端与工质泵8的输出端之间设置有旁路管道(图中未标示)，在旁路管道上设置有旁路调节阀6。当热源参数发生波动时，液位偏离信号会及时反馈给工质泵8出口的主路调节阀9和旁路调节阀6，通过主路调节阀9和旁路调节阀6自动动作，使蒸发器液位计3上的液位值回归设定值，保障ORC发电装置内部循环稳定。
进一步优化本实施例，膨胀机4采用透平式膨胀机，膨胀机4通过联轴器与动力单元5联接。动力单元5优选为发电机。工质泵8可以为工频工质泵也可以为变频工质泵，在本实施例中，优选为工频工质泵。
本发明实施例还提供一种液位自动调节的ORC发电装置调节方法，包括以下步骤：
1)ORC发电装置正常起机过程：
首先，将工质泵8出口旁路调节阀6全开启动工质泵8，然后蒸发器2热源进口调节阀1逐渐打开，热源进入到蒸发器2内；此时，蒸发器液位计3的液位值低于设定值，为了保持蒸发器液位计3的液位值始终处于设定值，系统自动增大工质泵8的出口管路上的主路调节阀9开度；当主路调节阀9全开后，此时，蒸发器液位计3的液位值高于设定值，系统自动减小旁路调节阀6开度，保持蒸发器液位计3的液位值始终处于设定值。在本实施例中，蒸发器液位设定值根据管壳式蒸发器筒体外径、管内管束排布、换热器壳侧介质传热过程中的相态变化等情况而定，蒸发器液位设定值取在蒸发器壳侧介质从饱和液相变为饱和气相的临界点，这样既保证了足够高的液位值，也不影响壳侧介质在换热器内足够的过热过程传热空间。因主路调节阀9和旁路调节阀6的流量特性选择的不同，开度可调范围也不一样。在本实施例中，主路调节阀9和旁路调节阀6优选为等百分比流量特性，一般开度可调范围在20％～80％。
2)ORC发电装置正常运行过程：
当蒸发器2热源参数波动时，为了保持蒸发器液位计3液位值维持设定值，工质泵出口主路调节阀9开度不变，液位值信号控制旁路调节阀6自动增大或减小开度。具体的在本实施例中，当蒸发器液位计3液位值低于设定值时，保持主路调节阀9开度不变，减小旁路调节阀6的开度；当蒸发器液位计3液位值高于设定值时，保持主路调节阀9开度不变，增大旁路调节阀6的开度。通过系统的自动调节保证蒸发器液位计3液位值始终维持设定值。
3)ORC发电装置正常停机过程：
蒸发器2进口管路上的热源进口调节阀1逐渐关闭，此时，蒸发器液位计3的液位值低于设定值，为维持蒸发器液位计3液位值处设定值，自动增大工质泵出口旁路调节阀6开度；当旁路调节阀6全开后，自动减小主路调节阀9开度，直至调节阀9关闭后，ORC发电装置停泵、停机。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限定本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种液位自动调节的ORC发电装置，其特征在于：包括通过主管道顺次连接的蒸发器(2)、膨胀机(4)、冷凝器(7)和工质泵(8)；
所述蒸发器(2)与外部的热源相连接，所述蒸发器(2)上安装有蒸发器液位计(3)；
在所述蒸发器(2)与工质泵(8)之间设置有主路调节阀(9)；
在所述膨胀机(4)的输出端与工质泵(8)的输出端之间设置有旁路管道，在所述旁路管道上设置有旁路调节阀(6)；
在所述膨胀机(4)上连接有动力单元(5)。
2.根据权利要求1所述的液位自动调节的ORC发电装置，其特征在于：所述膨胀机(4)采用透平式膨胀机。
3.根据权利要求1所述的液位自动调节的ORC发电装置，其特征在于：所述工质泵(8)为工频工质泵。
4.根据权利要求1所述的液位自动调节的ORC发电装置，其特征在于：所述工质泵(8)为变频工质泵。
5.根据权利要求1所述的液位自动调节的ORC发电装置，其特征在于：所述膨胀机(4)通过联轴器与动力单元(5)联接。
6.一种ORC发电装置的液位自动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)ORC发电装置正常起机过程：
首先工质泵(8)出口旁路调节阀(6)全开、启动工质泵(8)，然后蒸发器(2)热源进口调节阀(1)逐渐打开，为维持蒸发器液位计(3)液位值处设定值，自动增大工质泵出口主路调节阀(9)开度，当主路调节阀(9)全开后，自动减小旁路调节阀(6)开度；
2)ORC发电装置正常运行过程：
当蒸发器(2)热源参数波动时，为维持蒸发器液位计(3)液位值处设定值，工质泵出口主路调节阀(9)开度不变，液位值信号控制旁路调节阀(6)自动增大或减小开度；
3)ORC发电装置正常停机过程：
蒸发器(2)热源进口调节阀(1)逐渐关闭，为维持蒸发器液位计(3)液位值处设定值，自动增大工质泵出口旁路调节阀(6)开度，当旁路调节阀(6)全开后，自动减小主路调节阀(9)开度。直至调节阀(9)关闭后，ORC发电装置停泵、停机。
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