CN207999293U - 一种有机朗肯循环发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有机朗肯循环发电系统，所述系统包括：蒸发器、气液分离器、膨胀机、发电机、冷凝器、冷源和储液器；所述蒸发器、气液分离器、膨胀机、冷凝器、储液器通过管道依次连接，所述冷凝器通过循环管道与所述冷源连接，所述储液器的输出端与所述蒸发器输入端连接，所述发电机与所述膨胀机连接；所述气液分离器、膨胀机、发电机、冷凝器、冷源以及储液器均设置于所述蒸发器顶部所处水平面的上方，且相对最小垂直距离为5m。所述系统利用蒸发器与其他系统部件间的高度差，从而使系统减少了工质泵的消耗，提高了系统的净发电量，同时节约了系统的投入成本。

Description

一种有机朗肯循环发电系统

技术领域

本实用新型涉及发低温发电技术领域，特别是指一种有机朗肯循环(OrganicRankine Cycle，ORC)发电系统。

背景技术

能源短缺、环境污染已发展为世界范围的问题，节能减排、降低能耗、提高能源的综合利用率，是解决能源问题的根本途径。

有机朗肯循环发电系统的净发电量，需要扣除系统的自耗功。其中工质泵是主要耗功部件之一，约占膨胀机输出功的8％左右，工质泵的主要作用是将冷凝后的低温低压有机工质升压至蒸发压力下过冷液体。工质泵的功率主要与有机工质流量以及需要提升的压力有关，流量越大功率越大，需要提升的压力越大功率越大。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提高传统有机朗肯循环发电装置的效率及净发电量，解决工质泵耗功量大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种有机朗肯循环发电系统，所述系统包括：蒸发器、气液分离器、膨胀机、发电机、冷凝器、冷源和储液器；所述蒸发器、气液分离器、膨胀机、冷凝器、储液器通过管道依次连接，所述冷凝器通过循环管道与所述冷源连接，所述储液器的输出端与所述蒸发器输入端连接，所述发电机与所述膨胀机连接；所述气液分离器、膨胀机、发电机、冷凝器、冷源以及储液器均设置于所述蒸发器顶部所处水平面的上方，且相对最小垂直距离为5m。

进一步地，所述冷凝器采用壳管式换热器、套管式换热器、板式换热器或风冷翅片管换热器。

进一步地，所述壳管式换热器、套管式换热器、板式换热器或风冷翅片管换热器的换热管管材为铜、铝或耐腐蚀合金。

进一步地，当所述冷凝器采用壳管式换热器或套管式换热器时，换热器的换热管设置为圆管状或椭圆管状，所述换热管内设有内螺纹或内肋片，所述换热管外设有外螺纹、外肋片或外套翅片。

进一步地，所述蒸发器前端连接有预热器，蒸发器后端连接有再加热器。

进一步地，所述膨胀机为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、向心式膨胀机、转子式膨胀机、活塞式膨胀机中任意一种。

上述技术方案的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本实用新型一个实施例中，将气液分离器、膨胀机、发电机、冷凝器冷源、及储液器等设备置于远高(至少5m)于蒸发器的高处，利用冷凝器、储液器与蒸发器之间高度差，以使冷凝后的有机工质液体在进入蒸发器时，由于有机工质液体重力的原因使得蒸发器内的有机工质在不经过工质泵升压的情况下达到蒸发压力，从而减少了工质泵的消耗，使得系统净发电量提高8％左右，由于该系统不需要工质泵，也降低了整个系统的成本，同时该系统又充分利用热源的热量加热有机工质，并提供有机工质动力克服蒸发器与膨胀机之间的高度差造成的沿程损失。

附图说明

图1为本实用新型一种有机朗肯循环发电系统的结构实施例示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种有机朗肯循环发电系统，所述系统包括：蒸发器1、气液分离器2、膨胀机3、发电机6、冷凝器4、冷源7和储液器5；所述蒸发器1、气液分离器2、膨胀机3、冷凝器4、储液器5通过管道依次连接，所述冷凝器4通过循环管道与所述冷源7连接，所述储液器5的输出端与所述蒸发器1输入端连接，所述发电机6与所述膨胀机3连接；所述气液分离器2、膨胀机3、发电机6、冷凝器4、冷源7以及储液器5均设置于所述蒸发器1顶部所处水平面的上方，且相对最小垂直距离为5m。

在本实施例中，有机朗肯循环发电系统的工作原理如下：

低沸点的有机工质进入蒸发器1中，所述蒸发器1从热源(工业余热、地热能、太阳能、生物质能或海洋能)获取热能，从而使有机工质吸收获取的热能，进而生成具有一定压力和温度的蒸气，并在足够的热源加热驱动的条件下，克服高度差造成的压力损失，生成的蒸气经过气液分离器2后，以使蒸气在不含液体的状态下进入膨胀机3膨胀做功，从而使膨胀机3带动发电机6发电，从膨胀机3透平排出的降压降温后的蒸气进入冷凝器4中通过冷源7的冷却介质将有机工质热量带走，有机工质冷凝后进入到储液器5，由于气液分离器2、膨胀机3、发电机6、冷凝器4、冷源7和储液器5的设置位置远高于蒸发器1，利用高度差，即可使冷凝后的有机工质液体在进入蒸发器1时，由于有机工质液体重力的原因使得蒸发器1内的有机工质在不经过工质泵升压的情况下达到蒸发压力，从而减少了工质泵的消耗，使得系统净发电量提高8％左右，由于该系统不需要工质泵，也降低了整个系统的成本，同时该系统又充分利用热源的热量加热有机工质，并提供有机工质动力克服蒸发器1与膨胀机3之间的高度差造成的沿程损失，如此不断地循环，从而实现利用较低温度热能发电的目的。需要说明的是，所述冷源7中的冷却介质包含但不限于水体或空气，例如通过水塔实现冷凝。

具体的设计案例可选如下：

案例一：

本实用新型实施例所述的有机朗肯循环发电系统的热源温度为130℃的带压热水时，冷源7为25℃冷却水，本发电系统的有机工质采用R245fa时，设计的蒸发温度为117℃，冷凝温度35.5℃，此时将气液分离器2、膨胀机3、发电机6、冷凝器4、储液器5等设备放置或架高于相对蒸发器1的124m处，即可满足该温差压力，彻底取代工质泵，实现装置的无泵运行。如若现场条件有限，例如仅能架高100m，则只需要补充一台扬程为24m的有机工质泵即可满足要求，该工质泵的功率远小于同样流量下扬程为124m的有机工质泵，实现了装置净发电量的提高。

案例二：

本实用新型实施例所述的有机朗肯循环发电系统的热源温度为80℃的热水时，冷源7为25℃冷却水，本发电系统的有机工质采用庚烷(heptane)时，设计的蒸发温度为71.5℃，冷凝温度35.5℃，蒸发压力与冷凝压力之差仅32.65kPa，根据工质泵前工质密度可算得等效工质泵扬程为4.95m，此时将气液分离器2、膨胀机3、发电机6、冷凝器4、储液器5等设备放置或架高于相对蒸发器1的5m处，即可满足该温差压力，彻底取代工质泵，实现装置的无泵运行。

本实施例中，所述冷凝器4采用壳管式换热器、套管式换热器、板式换热器或风冷翅片管换热器。所述壳管式换热器、套管式换热器、板式换热器或风冷翅片管换热器的换热管管材为铜、铝或耐腐蚀合金，增加冷凝器4的使用寿命和稳定性。当所述冷凝器4采用壳管式换热器或套管式换热器时，换热器的换热管设置为圆管状或椭圆管状，所述换热管内设有内螺纹或内肋片，所述换热管外设有外螺纹、外肋片或外套翅片，其目的为进一步强化换热效率，提高整个系统的效能。

所述蒸发器1前端可以连接预热器，蒸发器1后端连接再加热器，进一步提高有机工质的蒸发效率。

进一步地，所述膨胀机为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、向心式膨胀机、转子式膨胀机、活塞式膨胀机中任意一种。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述系统包括：蒸发器、气液分离器、膨胀机、发电机、冷凝器、冷源和储液器；所述蒸发器、气液分离器、膨胀机、冷凝器、储液器通过管道依次连接，所述冷凝器通过循环管道与所述冷源连接，所述储液器的输出端与所述蒸发器输入端连接，所述发电机与所述膨胀机连接；所述气液分离器、膨胀机、发电机、冷凝器、冷源以及储液器均设置于所述蒸发器顶部所处水平面的上方，且相对最小垂直距离为5m。

2.根据权利要求1所述的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述冷凝器采用壳管式换热器、套管式换热器、板式换热器或风冷翅片管换热器。

3.根据权利要求2所述的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述壳管式换热器、套管式换热器、板式换热器或风冷翅片管换热器的换热管管材为铜、铝或耐腐蚀合金。

4.根据权利要求2所述的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，当所述冷凝器采用壳管式换热器或套管式换热器时，换热器的换热管设置为圆管状或椭圆管状，所述换热管内设有内螺纹或内肋片，所述换热管外设有外螺纹、外肋片或外套翅片。

5.根据权利要求1所述的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述蒸发器前端连接有预热器，蒸发器后端连接有再加热器。

6.根据权利要求1所述的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述膨胀机为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、向心式膨胀机、转子式膨胀机、活塞式膨胀机中任意一种。