CN208416624U - 一种orc余热发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种ORC余热发电装置，包括1～6个高速ORC透平和齿轮箱以及将蒸气输送到各个高速ORC透平内部的输气管，所述1～6个高速ORC透平均通过整圆法兰连接方式用螺栓固定在齿轮箱的壳体上，所述齿轮箱的输入侧分别设置有1～3根高速轴，所述齿轮箱上固定设置有工质出气口和工质出液口。透平采用高转速，发电机采用永磁发电机，使得装置效率高；齿轮箱、ORC透平、发电机、润滑系统集成在一起，透平转速高，发电机采用永磁发电机，使得装置结构紧凑，重量轻，体积小，制造成本低，占地面积小；将ORC透平、齿轮箱、润滑系统、发电机做成一体式结构，使得ORC透平装置容易实现“零泄漏”，提高了ORC系统的安全和稳定性。

Description

一种ORC余热发电装置

技术领域

本实用新型涉及低温余热发电技术技术领域，具体是一种ORC余热发电装置。

背景技术

ORC是有机朗肯循环的缩写，是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉(或换热器)、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成，有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸气，蒸气进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械，从透平排出的蒸气在凝气器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断地循环下去。

一般采用ORC透平与50HZ发电机直连，ORC透平的效率低，启动时间长，体积大，质量重，运输不便，制造成本高，占地面积大，土建、安装成本高；而且在当前ORC余热发电市场上，以分体式ORC余热发电装置居多，但其密封系统复杂，成本高，也很难实现“零泄漏”；也有采用磁悬浮轴承技术的一体式ORC余热发电装置，但其功率较小，成本较高，经济性较差；另外轴流或向心ORC透平的多级透平通常要采用水平中分面结构，而水平中分面结构的密封比较困难，所以使用轴流或径流向心式透平很难将单机功率做大；而且在当前ORC余热发电市场上，发电机采用的是同步励磁发电机或异步发电机，同步励磁发电机和异步发电机的效率低，比功率小，体积大，重量重，运输不便，土建、安装成本高；未实现智能化，每台饱和蒸气轮机余热发电装置都需配备一定数量的值班人员。为此，我们提出了一种ORC余热发电装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种ORC余热发电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种ORC余热发电装置，包括第一输气管和齿轮箱，所述第一输气管的进气端与外界产生ORC蒸气设备的出气口相连接，所述第一输气管的出气端与第一高速ORC透平的进气口相连接，所述第一高速ORC透平的出气口与第二输气管的进气端相连接，所述第二输气管的出气端与第二高速ORC透平的进气口相连接，所述第二高速ORC透平的出气口与第三输气管的进气端相连接，所述第三输气管的出气端与第三高速ORC透平的进气口相连接，所述第三高速ORC透平的出气口与第四输气管的进气端相连接，所述第四输气管的出气端与第四高速ORC透平的进气口相连接，所述第一高速ORC透平、第二高速ORC透平、第三高速ORC透平和第四高速ORC透平均通过整圆法兰连接方式用螺栓固定在齿轮箱的壳体上，所述齿轮箱的输入侧分别设置有第一高速轴和第二高速轴，所述第一高速ORC透平和第二高速ORC透平的叶轮通过端面齿或三角轴连接悬挂第一高速轴上，所述第三高速ORC透平和第四高速ORC透平的叶轮通过端面齿或三角轴连接悬挂第二高速轴上，所述齿轮箱的输出侧上通过内部齿轮固定连接有低速轴的一端，所述低速轴的另一端与发电机的从动端相连接，所述齿轮箱上集成固定有润滑系统，所述第一高速ORC透平、第二高速ORC透平、第三高速ORC透平和第四高速ORC透平均通过智能控制单元控制，所述齿轮箱的顶部固定设置有工质排气口，且齿轮箱的底部固定设置有工质排液口。

作为本实用新型再进一步的方案：所述润滑系统包括油箱、润滑油循环泵、加热器、冷油器和滤油器，所述齿轮箱下部的腔体为油箱，而油箱的侧壁上固定安装有润滑油循环泵、加热器、冷油器和滤油器。

作为本实用新型再进一步的方案：所述工质排气口与工质排液口均与余热发电系统中的工质罐相连接，所述工质排气口与工质罐之间固定安装有过滤器，所述工质排液口与工质罐之间固定安装有分液器。

作为本实用新型再进一步的方案：所述第一高速ORC透平、第二高速ORC透平、第三高速ORC透平、第四高速ORC透平以及发电机均与齿轮箱连成一体，所述发电机采用永磁发电机。

作为本实用新型再进一步的方案：根据不同的热源参数，所述第一高速ORC透平、第二高速ORC透平、第三高速ORC透平和第四高速ORC透平可以采用轴流式透平、径流向心式透平、径流离心式透平。

作为本实用新型再进一步的方案：所述齿轮箱(10)的输入侧可以安装1～3根高速轴，转速最高可达到30000r/min，每根高速轴两端分别可以悬挂1～2个ORC透平叶轮，所述齿轮箱(10)的输入侧最多可以悬挂共计12个叶轮，所述齿轮箱(10)的输出侧的低速轴(12)，转速为3000r/min或1500r/min。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、透平采用高转速，发电机采用永磁发电机，使得装置效率高；

2、齿轮箱、ORC透平、发电机、润滑系统集成在一起，透平转速高，发电机采用永磁发电机，使得装置结构紧凑，重量轻，体积小，制造成本低，占地面积小，运输方便，土建成本低；

3、将ORC透平、齿轮箱、润滑系统、发电机做成一体式结构，使得ORC透平装置容易实现“零泄漏”，提高了ORC系统的安全和稳定性。

4、灵活选用轴流式透平、径流向心式透平、径流离心式透平结构，使得功率在50KW～25MW范围内都能保证较高效率，适用范围更广，结构设计更紧凑；

5、采用智能化控制，实现无人值守，降低运营成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1、第一输气管；2、第一高速ORC透平；3、第二输气管；4、工质排气口；5、第二高速ORC透平；6、第三输气管；7、第三高速ORC透平；8、第四输气管；9、第四高速ORC透平；10、齿轮箱；11、第一高速轴；12、低速轴；13、发电机；14、润滑系统；15、智能控制单元；16、第二高速轴；17、工质排液口；18、整圆法兰。

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型实施例中，一种ORC余热发电装置，包括第一输气管1和齿轮箱10，第一输气管1的进气端与外界产生ORC蒸气设备的出气口相连接，第一输气管1的出气端与第一高速ORC透平2的进气口相连接，第一高速ORC透平2的出气口与第二输气管3的进气端相连接，第二输气管3的出气端与第二高速ORC透平5的进气口相连接，第二高速ORC透平5的出气口与第三输气管6的进气端相连接，第三输气管6的出气端与第三高速ORC透平7的进气口相连接，第三高速ORC透平7的出气口与第四输气管8的进气端相连接，第四输气管8的出气端与第四高速ORC透平9的进气口相连接，第一高速ORC透平2、第二高速ORC透平5、第三高速ORC透平7和第四高速ORC透平9均通过整圆法兰18连接方式用螺栓固定在齿轮箱10的壳体上，齿轮箱10的输入侧分别设置有第一高速轴11和第二高速轴16，第一高速ORC透平2和第二高速ORC透平5的叶轮通过端面齿或三角轴连接悬挂第一高速轴11上，第三高速ORC透平7和第四高速ORC透平9的叶轮通过端面齿或三角轴连接悬挂第二高速轴16上，齿轮箱10的输出侧上通过内部齿轮固定连接有低速轴12的一端，低速轴12的另一端与发电机13的从动端相连接，齿轮箱10的输入侧可以安装1～3根高速轴，转速最高可达到30000r/min，每根高速轴两端分别可以悬挂1～2个ORC透平叶轮，齿轮箱10的输入侧最多可以悬挂共计12个叶轮，齿轮箱10的输出侧的低速轴12，转速为3000r/min或1500r/min，齿轮箱10上集成固定有润滑系统14，润滑系统14包括油箱、润滑油循环泵、加热器、冷油器和滤油器，齿轮箱10下部的腔体为油箱，而油箱的侧壁上固定安装有润滑油循环泵、加热器、冷油器和滤油器，第一高速ORC透平2、第二高速ORC透平5、第三高速ORC透平7和第四高速ORC透平9均通过智能控制单元15控制，齿轮箱10的顶部固定设置有工质排气口4，且齿轮箱10的底部固定设置有工质排液口17，工质排气口4与工质排液口17均与余热发电系统中的工质罐相连接，工质排气口4与工质罐之间固定安装有过滤器，工质排液口17与工质罐之间固定安装有分液器，第一高速ORC透平2、第二高速ORC透平5、第三高速ORC透平7、第四高速ORC透平9以及发电机13均与齿轮箱10连成一体，经高速ORC透平的气封泄露出来的ORC蒸气进入齿轮箱10内，由于润滑油选择与ORC工质互不相溶的矿物油，所以泄露到齿轮箱10内的ORC工质气体经过滤器后排入工质罐，ORC液体位于润滑油下部，经分液器排入工质罐，发电机13采用永磁发电机，根据不同的热源参数，第一高速ORC透平2、第二高速ORC透平5、第三高速ORC透平7和第四高速ORC透平9可以采用轴流式透平、径流向心式透平、径流离心式透平。

本实用新型的工作原理是：ORC蒸气从第一输气管1的进气端进入，然后进入第一高速ORC透平2，在第一高速ORC透平2的内部做功，从第一高速ORC透平2内做功后排出蒸气，通过第二输气管3输送至第二高速ORC透平5，进而可以在第二高速ORC透平5的内部做功，从第二高速ORC透平5内做功后排出蒸气，通过第三输气管6输送至第三高速ORC透平7，进而可以在第三高速ORC透平7的内部做功，从第三高速ORC透平7内做功后排出蒸气，通过第四输气管8输送至第四高速ORC透平9，进而可以在第四高速ORC透平9的内部做功，从第四高速ORC透平9内做功后排出蒸气，蒸气在第一高速ORC透平2、第二高速ORC透平5、第三高速ORC透平7以及第四高速ORC透平9内部做功时，会让第一高速ORC透平2、第二高速ORC透平5、第三高速ORC透平7以及第四高速ORC透平9分别带动第一高速轴11和第二高速轴16进行转动，由于第一高速轴11和第二高速轴16均与齿轮箱10的内部齿轮连接，而齿轮箱10内部的众多齿轮之间为啮合连接，且众多啮合齿轮中的一个连接低速轴12的一端，低速轴12的另一端与发电机13相连接，发电机13为永磁发电机，进而可以实现对外输出电能，集成在齿轮箱10上的润滑系统14给第一高速轴11、第二高速轴16和低速轴12的轴承提供润滑油，智能控制单元15对ORC蒸气余热发电装置进行智能控制，可自诊断，也可远程诊断，实现无人值守，第一高速ORC透平2、第二高速ORC透平5、第三高速ORC透平7、第四高速ORC透平9以及发电机13均与齿轮箱10连成一体，与外部环境之间只存在静密封，使得整个ORC余热发电装置容易实现“零泄漏”其中智能控制单元15和润滑系统14均采用现有技术，此处不再详述。

Claims (6)

1.一种ORC余热发电装置，包括第一输气管(1)和齿轮箱(10)，其特征在于，所述第一输气管(1)的进气端与外界产生ORC蒸气设备的出气口相连接，所述第一输气管(1)的出气端与第一高速ORC透平(2)的进气口相连接，所述第一高速ORC透平(2)的出气口与第二输气管(3)的进气端相连接，所述第二输气管(3)的出气端与第二高速ORC透平(5)的进气口相连接，所述第二高速ORC透平(5)的出气口与第三输气管(6)的进气端相连接，所述第三输气管(6)的出气端与第三高速ORC透平(7)的进气口相连接，所述第三高速ORC透平(7)的出气口与第四输气管(8)的进气端相连接，所述第四输气管(8)的出气端与第四高速ORC透平(9)的进气口相连接，所述第一高速ORC透平(2)、第二高速ORC透平(5)、第三高速ORC透平(7)和第四高速ORC透平(9)均通过整圆法兰(18)连接方式用螺栓固定在齿轮箱(10)的壳体上，所述齿轮箱(10)的输入侧分别设置有第一高速轴(11)和第二高速轴(16)，所述第一高速ORC透平(2)和第二高速ORC透平(5)的叶轮通过端面齿或三角轴连接悬挂第一高速轴(11)上，所述第三高速ORC透平(7)和第四高速ORC透平(9)的叶轮通过端面齿或三角轴连接悬挂第二高速轴(16)上，所述齿轮箱(10)的输出侧上通过内部齿轮固定连接有低速轴(12)的一端，所述低速轴(12)的另一端与发电机(13)的从动端相连接，所述齿轮箱(10)上集成固定有润滑系统(14)，所述第一高速ORC透平(2)、第二高速ORC透平(5)、第三高速ORC透平(7)和第四高速ORC透平(9)均通过智能控制单元(15)控制，所述齿轮箱(10)的顶部固定设置有工质排气口(4)，且齿轮箱(10)的底部固定设置有工质排液口(17)。

2.根据权利要求1所述的一种ORC余热发电装置，其特征在于，所述润滑系统(14)包括油箱、润滑油循环泵、加热器、冷油器和滤油器，所述齿轮箱(10)下部的腔体为油箱，而油箱的侧壁上固定安装有润滑油循环泵、加热器、冷油器和滤油器。

3.根据权利要求1所述的一种ORC余热发电装置，其特征在于，所述工质排气口(4)与工质排液口(17)均与余热发电系统中的工质罐相连接，所述工质排气口(4)与工质罐之间固定安装有过滤器，所述工质排液口(17)与工质罐之间固定安装有分液器。

4.根据权利要求1所述的一种ORC余热发电装置，其特征在于，所述第一高速ORC透平(2)、第二高速ORC透平(5)、第三高速ORC透平(7)、第四高速ORC透平(9)以及发电机(13)均与齿轮箱(10)连成一体，所述发电机(13)采用永磁发电机。

5.根据权利要求1所述的一种ORC余热发电装置，其特征在于，根据不同的热源参数，所述第一高速ORC透平(2)、第二高速ORC透平(5)、第三高速ORC透平(7)和第四高速ORC透平(9)可以采用轴流式透平、径流向心式透平、径流离心式透平。

6.根据权利要求1所述的一种ORC余热发电装置，其特征在于，所述齿轮箱(10)的输入侧可以安装1～3根高速轴，转速最高可达到30000r/min，每根高速轴两端分别可以悬挂1～2个ORC透平叶轮，所述齿轮箱(10)的输入侧最多可以悬挂共计12个叶轮，所述齿轮箱(10)的输出侧的低速轴(12)，转速为3000r/min或1500r/min。