CN202851100U - 一种紧凑式有机朗肯循环发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种紧凑式有机朗肯循环发电系统，属于资源环境技术领域。包括蒸汽发生器、供液调节阀、有机透平、发电机、回热器、凝结器、储液罐、冷却塔、冷却水循环泵、工质加压泵，热源进口的蒸汽发生器一侧通过感温包与有机透平和发电机相连，有机透平与回热器相连，回热器依次与凝结器和冷却塔连接，冷却塔的冷凝出口又通过冷却水循环泵与凝结器连接，凝结器依次与回热器及蒸汽发生器的热源出口一侧回路连接，并在凝结器和回热器之间的回路设置储液罐和工质加压泵，在回热器和蒸汽发生器之间的回路设置供液调节阀。使有机朗肯循环系统的紧凑性得到提高，设备造价降低，提高了系统运行的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种紧凑式有机朗肯循环发电系统，属于资源与环境技术领域。
背景技术
中低温热能具有数量庞大、形式多样、广泛存在及回收难度较大等特点，包括了工业过程中的低温余热、地热能、太阳能、生物质能及液化天然气（LNG）冷能等。仅就低温余热而言，据保守估计，我国的冶金行业就有约7000万tce/a、温度在350℃以内的低温余热白白排放掉，其余如建材、化工及能源等生产过程中排放低温余热的数量更是惊人。利用数量庞大的低温热能资源每发1kWh电量，约可节约标煤0.4kg及4kg水的消耗，减少约1.1kg的CO2、SO2及氮氧化物等环害物质的排放，同时可减轻电厂大量用煤造成的沿线交通、运输及环境压力，缓解电厂锅炉灰渣的储运压力。我国政府本着对人类社会未来发展高度负责的精神，对国际社会做出了庄严承诺，制定了把“节能减排”作为基本国策的路线与方针。因此，研究利用低温热能发电的新技术不仅具有十分广阔的发展前景和市场空间，而且顺应了国家及社会发展的客观需要。
为了高效、经济地利用低温余热或者更广泛意义上的低温热能发电，早在1924年，有人就开始研究采用低沸点有机工质二苯醚作为工质的有机物朗肯循环（ORC）。由于低沸点工质在低温热源加热下产生较高压力的蒸汽进入透平膨胀做功，能取得较高的能量转换效率，ORC技术可广泛地应用于各种低温热能发电领域。随着人们对世界性能源危机意识的加强，引起各国政府和能源科技工作者对新能源开发的普遍重视，并相继投入大量的人力、物力，争相研究开发ORC技术。先后开展这项研究工作的有美、日、以色列、意大利、德、法等西方发达国家。迄今为止，有机朗肯循环（ORCs）技术已被普遍确认为是用以实现中低温热能动力转化的最有效的技术。
但是由于中低温热能的低温压传热特性必然导致采用普通换热器的有机朗肯循环系统的设备庞大、造价甚高，极大地妨碍了该技术的推广应用。
实用新型内容
为克服设备庞大、造价甚高等问题，本实用新型提供一种紧凑式有机朗肯循环发电系统，通过下列技术方案实现。
一种紧凑式有机朗肯循环发电系统，包括蒸汽发生器、供液调节阀、有机透平、发电机、回热器、凝结器、储液罐、冷却塔、冷却水循环泵、工质加压泵，所述蒸汽发生器上设热源进口和出口，热源进口的蒸汽发生器一侧通过感温包与有机透平和发电机相连，有机透平与回热器相连，回热器依次与凝结器和冷却塔连接，冷却塔的冷凝出口又通过冷却水循环泵与凝结器连接，凝结器依次与回热器及蒸汽发生器的热源出口一侧回路连接，并在凝结器和回热器之间的回路设置储液罐和工质加压泵，在回热器和蒸汽发生器之间的回路设置供液调节阀。
所述蒸汽发生器、凝结器及回热器采用板式、板翅式、板壳式或螺旋板式的紧凑式换热器。
所述供液调节阀为内平衡式、外平衡式或电子控制式调节阀。
所述供液调节阀包括弹性金属薄片、调节弹簧、阀芯、阀杆和感压管，阀芯设置在阀杆上，阀杆上下分别与弹性金属薄片和调节弹簧相连，供液调节阀内部设置开闭口，感压管与蒸汽发生器相连。
弹性金属薄片的上部腔体承受感温包内的压力，在感温包安装合理的情况下，该压力与蒸汽发生器出口温度一一对应。弹性金属薄片下部承受两个压力的作用：（1）感受通过感压管来的蒸汽发生器出口工质的实际压力；（2）由调节弹簧产生的弹力。当蒸汽发生器出口温度偏低、过热度达不到要求时，弹性金属薄片下部承受的压力便大于上部承受的压力，弹性金属薄片向上移动，带动阀杆上移，阀芯向关闭方向移动，使进入蒸汽发生器的工质流量减少，从而使蒸汽发生器出口温度升高，过热度达到设计要求；反之，当蒸汽发生器出口温度偏高，过热度超过要求时，弹性金属薄片下部承受的压力便小于上部承受的压力，弹性金属薄片向下移动，带动阀杆下移，阀芯向开启方向移动，使进入蒸汽发生器的工质流量增加，从而使蒸汽发生器出口温度降低，过热度达到设计要求。这样便可对蒸汽发生器出口工质的温度（过热度）进行有效控制，从而确保透平的进气参数了。
本实用新型的工作原理为：中低温液态热源介质与循环工质在蒸汽发生器中换热，使循环工质蒸发，过热蒸汽从蒸汽发生器出来后，进入到有机透平中膨胀做功，驱动发电机输出电力；从有机透平排气口出来的乏汽进入到回热器，对从工质加压泵来的工质进行预热，之后乏汽进入凝结器，通过冷却塔完成冷凝，冷凝液流入储液罐，再被工质加压泵加压输送到供液调节阀入口，再进入蒸汽发生器。
由于板式、板翅式、板壳式及螺旋板式紧凑式换热器没有气液物理分界面，为了确保进透平的有机工质均为带一定过热度的干蒸汽，在蒸汽发生器进口设置供液调节阀，通过调节进入蒸汽发生器的工质流量，可控制透平进口工质的过热度，避免了湿蒸汽进透平对叶片产生“冲蚀”，提高了系统运行的可靠性。
本实用新型采用板式、板翅式、板壳式及螺旋板式紧凑式换热器作有机朗肯循环的蒸汽发生器、回热器及凝结器，在极大地降低系统造价的同时，也使系统的紧凑性得到很大的提高，能有效促进有机朗肯循环技术在中低温热能高效利用领域的推广应用。
本实用新型的紧凑式有机朗肯循环系统，可适用于回收种工业过程排放的中低温余热、太阳能热能、生物质热能及中高温地热。本实用新型的有益效果是：
（1）使有机朗肯循环系统的紧凑性得到极大的提高，减少了机组的尺寸，节约了安装占地面积，更为机组实现模块化创造了较好的条件；
（2）使有机朗肯循环系统的设备造价得到极大的降低，与采用传统的管壳换热器相比，换热设备的造价约可降低50%以上；
（3）通过调节进入蒸汽发生器的工质流量，可控制透平进口工质的过热度，避免了湿蒸汽进透平对叶片产生“冲蚀”，提高了系统运行的可靠性。
附图说明
图1为为本实用新型的结构流程示意图；
图2为本实用新型的供液调节阀的结构示意图；
图中：1、蒸汽发生器，2、供液调节阀，3、有机透平，4、发电机，5、回热器，6、凝结器，7、储液罐，8、冷却塔，9、冷却水循环泵，10、工质加压泵，11、弹性金属薄片，12、调节弹簧，13、阀芯，14、阀杆，15、感压管，A、热源进口，B、热源出口，C、冷却水循环管路，D、感温包。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明。
实施例1
如图1，紧凑式有机朗肯循环发电系统包括蒸汽发生器1、供液调节阀2、有机透平3、发电机4、回热器5、凝结器6、储液罐7、冷却塔8、冷却水循环泵9、工质加压泵10，所述蒸汽发生器1上设热源进口和出口，热源进口A的蒸汽发生器1一侧通过感温包D与有机透平3和发电机4相连，有机透平3与回热器5相连，回热器5依次与凝结器6和冷却塔8连接，冷却塔8的冷凝出口又通过冷却水循环泵9与凝结器6连接，凝结器6依次与回热器5及蒸汽发生器1的热源出口B一侧回路连接，并在凝结器6和回热器5之间的回路设置储液罐7和工质加压泵10，在回热器5和蒸汽发生器1之间的回路设置供液调节阀2。蒸汽发生器1、凝结器6及回热器5采用板式的紧凑式换热器。供液调节阀2为外平衡式调节阀。
某冶炼厂排出的96℃热水的排量为100t/h，在凝结温度定为35℃的条件下，采用本例系统的有机朗肯循环技术发电，选用R134a为循环工质，蒸汽发生器采用人字形波纹板式换热器，热水侧流程为2，工质侧为单流程。凝结器也采用人字形波纹板式换热器，冷却水侧流程为2，工质侧为单流程。在蒸汽发生器进口设置外平衡式供液调节阀，选用励磁发电机，可以获得486Kw的电力输出，余热最终排放温度为56℃。与传统系统相比，约可节省投资100万元，设备体积也减少了许多。
实施例2
如图1和2，紧凑式有机朗肯循环发电系统包括蒸汽发生器1、供液调节阀2、有机透平3、发电机4、回热器5、凝结器6、储液罐7、冷却塔8、冷却水循环泵9、工质加压泵10，所述蒸汽发生器1上设热源进口和出口，热源进口A的蒸汽发生器1一侧通过感温包D与有机透平3和发电机4相连，有机透平3与回热器5相连，回热器5依次与凝结器6和冷却塔8连接，冷却塔8的冷凝出口又通过冷却水循环泵9与凝结器6连接，凝结器6依次与回热器5及蒸汽发生器1的热源出口B一侧回路连接，并在凝结器6和回热器5之间的回路设置储液罐7和工质加压泵10，在回热器5和蒸汽发生器1之间的回路设置供液调节阀2。蒸汽发生器1、凝结器6及回热器5采用板翅式的紧凑式换热器。供液调节阀2包括弹性金属薄片11、调节弹簧12、阀芯13、阀杆14和感压管15，阀芯13设置在阀杆14上，阀杆14上下分别与弹性金属薄片11和调节弹簧12相连，供液调节阀2内部设置开闭口，感压管15与蒸汽发生器1相连。
某钢铁厂排出的0.2MPa饱和蒸汽的流量为100t/h，在凝结温度定为35℃的条件下，采用有机朗肯循环技术发电，选用R134a为循环工质，蒸汽发生器采用板翅式换热器，蒸汽放热侧为单流程，工质侧为单流程。凝结器也采用板翅式换热器，冷却水侧流程为2，工质侧为单流程。在蒸汽发生器进口设置外平衡式供液调节阀，选用励磁发电机，可以获得1586Kw的电力输出，余热最终排放温度为63℃。与传统系统相比，约可节省投资230万元，设备体积也减少了许多。
实施例3
如图1，紧凑式有机朗肯循环发电系统包括蒸汽发生器1、供液调节阀2、有机透平3、发电机4、回热器5、凝结器6、储液罐7、冷却塔8、冷却水循环泵9、工质加压泵10，所述蒸汽发生器1上设热源进口和出口，热源进口A的蒸汽发生器1一侧通过感温包D与有机透平3和发电机4相连，有机透平3与回热器5相连，回热器5依次与凝结器6和冷却塔8连接，冷却塔8的冷凝出口又通过冷却水循环泵9与凝结器6连接，凝结器6依次与回热器5及蒸汽发生器1的热源出口B一侧回路连接，并在凝结器6和回热器5之间的回路设置储液罐7和工质加压泵10，在回热器5和蒸汽发生器1之间的回路设置供液调节阀2。蒸汽发生器1、凝结器6及回热器5采用板壳式的紧凑式换热器。供液调节阀2为内平衡式。
某钢铁厂三段式加热炉排放300℃烟气的流量约40000Nm3/h，采用导热油中间介质法有机朗肯循环发电，导热油余热锅炉出口的油温为200℃，选用R123为循环工质，蒸汽发生器采用板壳式换热器，导热油放热侧流程为2，蒸汽发生器出口油温为110℃，工质侧为单流程。凝结器也采用板壳式换热器，冷却水侧流程为2，工质侧为单流程。在蒸汽发生器进口设置外平衡式供液调节阀，选用励磁发电机，可以获得300Kw的电力输出，导热油余热锅炉出口烟气温度降略高于露点的150℃。与传统系统相比，约可节省投资90万元，设备体积也减少了许多。
实施例4
如图1，紧凑式有机朗肯循环发电系统包括蒸汽发生器1、供液调节阀2、有机透平3、发电机4、回热器5、凝结器6、储液罐7、冷却塔8、冷却水循环泵9、工质加压泵10，所述蒸汽发生器1上设热源进口和出口，热源进口A的蒸汽发生器1一侧通过感温包D与有机透平3和发电机4相连，有机透平3与回热器5相连，回热器5依次与凝结器6和冷却塔8连接，冷却塔8的冷凝出口又通过冷却水循环泵9与凝结器6连接，凝结器6依次与回热器5及蒸汽发生器1的热源出口B一侧回路连接，并在凝结器6和回热器5之间的回路设置储液罐7和工质加压泵10，在回热器5和蒸汽发生器1之间的回路设置供液调节阀2。蒸汽发生器1、凝结器6及回热器5采用螺旋板式的紧凑式换热器。供液调节阀2为电子控制式。
Claims (4)
1.一种紧凑式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：包括蒸汽发生器、供液调节阀、有机透平、发电机、回热器、凝结器、储液罐、冷却塔、冷却水循环泵、工质加压泵，所述蒸汽发生器上设热源进口和出口，热源进口的蒸汽发生器一侧通过感温包与有机透平和发电机相连，有机透平与回热器相连，回热器依次与凝结器和冷却塔连接，冷却塔的冷凝出口又通过冷却水循环泵与凝结器连接，凝结器依次与回热器及蒸汽发生器的热源出口一侧回路连接，并在凝结器和回热器之间的回路设置储液罐和工质加压泵，在回热器和蒸汽发生器之间的回路设置供液调节阀。
2.根据权利要求1所述的紧凑式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述蒸汽发生器、凝结器及回热器采用板式、板翅式、板壳式或螺旋板式的紧凑式换热器。
3.根据权利要求1所述的紧凑式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述供液调节阀为内平衡式、外平衡式或电子控制式调节阀。
4.根据权利要求1所述的紧凑式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述供液调节阀包括弹性金属薄片、调节弹簧、阀芯、阀杆和感压管，阀芯设置在阀杆上，阀杆上下分别与弹性金属薄片和调节弹簧相连，供液调节阀内部设置开闭口，感压管与蒸汽发生器相连。
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