CN216665693U - 一种朗肯循环发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种朗肯循环发电系统，包括：蒸发器，用于将液态工质和中低温热源进行热交换，生成并输出蒸汽工质、液态工质；闪蒸器，用于输入所述蒸发器输出的液态工质，生成并输出蒸汽工质、液态工质；至少一台膨胀机，用于输入所述蒸发器或/和所述闪蒸器输出的蒸汽工质作机械功带动至少一台发电机，生成并输出乏汽工质；冷凝器，用于输入乏汽工质，生成并输出液态工质；预热器，用于输入所述冷凝器输出的液态工质，将液态工质进行热交换，生成并输出液态工质；所述闪蒸器和所述预热器输出的液态工质经混合输入所述蒸发器。本实用新型的有益效果在于能有效提高中低温热源的发电效能。

Description

一种朗肯循环发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种发电系统，尤其是朗肯循环发电系统。

背景技术

我国拥有丰富的中低温资源，其中地热资源和余热资源占据很大比例，有效利用这部分资源对降低化石能源消耗具有重要意义。目前，国内外学者对于中低温资源利用技术的研究多围绕有机朗肯循环进行。

例如现有技术公开为CN203175634U的专利申请，公开了一种串级式有机朗肯循环系统，所述系统包括两组或两组以上有机朗肯循环单元；各有机朗肯循环单元均包括冷凝器、液体泵、蒸发器、膨胀机、发电机，冷凝器、液体泵、蒸发器、膨胀机依次连接，形成一个循环，膨胀机带动发电机发电；各有机朗肯循环单元的蒸发器依次通过管路串接，热源依次经过各有机朗肯循环单元的蒸发器，分别为各有机朗肯循环单元的蒸发器提供热能；各有机朗肯循环单元利用热源提供的热能分别进行有机朗肯循环。

朗肯循环利用低沸点有机工质将低品位能源转变为高品位电能从而有效利用中低温资源，并且具有结构简单、技术要求低、经济性好等优点，虽然从结构组成优化来提高发电效能，但若从节能减排角度使用中低温热源的话，该朗肯循环系统会受限于中低温资源较低的热源温度，导致系统热效率和发电能力较差，因此适配于中低温资源的朗肯循环发电系统有必要进行开发。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种朗肯循环发电系统，能有效提高中低温热源的发电效能。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的。

一种朗肯循环发电系统，包括：

蒸发器，用于将液态工质和中低温热源进行热交换，生成并输出蒸汽工质、液态工质；

闪蒸器，用于输入所述蒸发器输出的液态工质，生成并输出蒸汽工质、液态工质；

至少一台膨胀机，用于输入所述蒸发器或/和所述闪蒸器输出的蒸汽工质作机械功带动至少一台发电机，生成并输出乏汽工质；

冷凝器，用于输入乏汽工质，生成并输出液态工质；

预热器，用于输入所述冷凝器输出的液态工质，将液态工质进行热交换，生成并输出液态工质；

所述闪蒸器和所述预热器输出的液态工质经混合输入所述蒸发器。

作为本实用新型的进一步改进，所述膨胀机设置一台，所述发电机设置一台。

作为本实用新型的进一步改进，所述膨胀机设置两台，所述发电机设置一台，两台膨胀机同时带动一台发电机。

作为本实用新型的进一步改进，两台膨胀机分别输入所述蒸发器、所述闪蒸器输出的蒸汽工质；两台膨胀机输出的乏汽工质经混合输入所述冷凝器。

作为本实用新型的进一步改进，其中一台膨胀机输入所述蒸发器输出的蒸汽工质，其输出的乏汽工质和所述闪蒸器输出的蒸汽工质经混合输入另一台膨胀机，另一台膨胀机输出的乏汽工质输入所述冷凝器。

作为本实用新型的进一步改进，所述膨胀机设置两台，所述发电机设置两台；两台膨胀机分别输入所述蒸发器、所述闪蒸器输出的蒸汽工质；两台膨胀机输出的乏汽工质经混合输入所述冷凝器。

作为本实用新型的进一步改进，所述工质为有机工质。

作为本实用新型的进一步改进，所述有机工质为n-Pentane。

作为本实用新型的进一步改进，所述蒸发器的热源经热交换后输入所述预热器进行热交换。

作为本实用新型的进一步改进，所述蒸发器的中低温热源为地热水。

本实用新型的有益效果：

（1）本系统将闪蒸器液态工质出口的饱和液态用第二工质泵加压后进入第二混合器与预热器工质出口的液态工质进行混合，对闪蒸器液态工质出口的饱和液态热量进行回收，避免了将其直接节流到冷凝压力所产生的巨大㶲损，从而提升了系统的能量利用率。

（2）本系统的预热器设有热源进出口，并且预热器工质入口连通第一工质泵出口，预热器工质出口连通第二混合器，预热器利用热源余热对来自第一工质泵的饱和液态进行预热，接着在第二混合器中与闪蒸后的饱和液态混合进行二次加热，提升了系统的能量利用率，实现能量的梯级利用。

（3）本系统在有机闪蒸循环的基础上增设双级共轴膨胀机，高压级膨胀机入口和低压级膨胀机入口分别连通蒸发器气态工质出口和闪蒸器气态工质出口，不同压力的气态有机工质分开做功以提高膨胀机的做功效率，并且膨胀机共轴连接的方式可以保证发电机在任何热源情况下都可以正常运转。

（4）本系统可以降低地热和余热的回灌或回水温度，充分利用地热或余热资源，提高系统的发电量，从整体上提高项目的经济性。此外将地热、余热等中低温资源作为有机闪蒸循环的热源，对节能减排和改善能源结构也具有积极意义。

附图说明

下面将通过附图详细描述本实用新型中优选实施案例，以助于理解本实用新型的目的和优点，其中：

图1为本实用新型的发电系统图。

图2为本实用新型衍生的双级膨胀异轴发电系统图。

图3为本实用新型衍生的双级膨胀共轴发电系统图。

图4为本实用新型衍生的单级膨胀发电系统图。

图1中：1-蒸发器；2-高压级膨胀机；3-低压级膨胀机；4-第一混合器；5-冷凝器；6-第一工质泵；7-预热器；8-闪蒸器；9-第二工质泵；10-第二混合器；11-发电机。

图2中：1-蒸发器；2-高压级膨胀机；3-低压级膨胀机；4-第一混合器；5-冷凝器；6-第一工质泵；7-预热器；8-闪蒸器；9-第二工质泵；10-第二混合器；11-第一发电机；12-第二发电机。

图3中：1-蒸发器；2-高压级膨胀机；3-低压级膨胀机；4-第一混合器；5-冷凝器；6-第一工质泵；7-预热器；8-闪蒸器；9-第二工质泵；10-第二混合器；11-发电机。

图4中：1-蒸发器；2-膨胀机；3-冷凝器；4第一工质泵；5-预热器；6-闪蒸器；7-第二工质泵；8-混合器；9-发电机。

具体实施方式

下面根据附图和实施案例对本实用新型作进一步详细说明。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

实施例1

本实施例的一种朗肯循环发电系统，参见图1，包括蒸发器1、高压级膨胀机2、低压级膨胀机3、第一混合器4、冷凝器5、第一工质泵6、预热器7、闪蒸器8、第二工质泵9、第二混合器10、发电机11。

所述蒸发器1的热源入口与中低温热源连通，该中低温热源设为地热水，蒸发器1的热源出口与预热器7的热源入口连通，蒸发器1的蒸汽工质出口与高压级膨胀机2的入口连通，蒸发器1的液态工质出口与闪蒸器8的工质入口连通；高压级膨胀机2的出口与第一混合器4连通；闪蒸器8的蒸汽工质出口与低压级膨胀机3的入口连通；高压级膨胀机2与低压级膨胀机3共轴连接，带动发电机11运行；低压级膨胀机3的出口与第一混合器4连通；第一混合器4与冷凝器5的乏气工质入口连通；冷凝器5具有冷却水出入口，冷却水出入口连接外界冷却水源；冷凝器5的液态工质出口与第一工质泵6的入口连通，第一工质泵6的出口与预热器7的液态工质入口连通；预热器7的热源出口用于热源的排出；预热器7的液态工质出口与第二混合器10连通，液态工质在预热器7内预热后送入第二混合器；闪蒸器8的液态工质出口与第二工质泵9的入口连通，第二工质泵9的出口与第二混合器10连通；第二混合器10与蒸发器1的液态工质入口连通，液态工质在第二混合器10内被二次加热后送入蒸发器1内。

预热器7的作用是利用热源余热加热工质，提高系统热量利用率。

闪蒸器8的作用是通过减压扩容，使液态工质发生闪蒸，并将闪蒸后的液态工质送入第二混合器加热来自预热器的工质，实现能量的梯级利用。

本实施例的工作原理和工作流程是：

中低温热源进入蒸发器1中，与蒸发器1中的液态工质换热，换热后的液态工质变成气液两相态工质；换热后的热源从蒸发器1流出，进入预热器7中；蒸汽工质从蒸发器1流出，进入高压级膨胀机2，驱动高压级膨胀机2内的汽轮转动，使高压级汽轮机2的焓降转化为机械功；从高压级膨胀机2排出的乏气工质进入第一混合器4；闪蒸器8将来自蒸发器1的液态工质减压扩容，使液态工质发生闪蒸，闪蒸出的蒸汽工质进入低压级膨胀机3，驱动低压级膨胀机3内的汽轮转动，使低压级膨胀机3内的焓降转化为机械功；高压级膨胀机2与低压级膨胀机3共轴连接，带动发电机11，为其提供动力；

低压级膨胀机3排出的乏气工质进入第一混合器4内，来自两个膨胀机的乏气工质在第一混合4器内混合后送入冷凝器5；乏气工质在冷凝器5内与从外界进入冷凝器5的冷却水进行换热，换热后的冷却水变为高温冷却水，从冷凝器5流出；换热后的乏气工质冷凝成液态工质并且为饱和态，从冷凝器5流出；液态工质经第一工质泵6加压后送入预热器7内；液态工质在预热器7内与热源的余热进行换热，换热后的热源从预热器7流出，换热后的液态工质从预热器7流出，进入第二混合器10内；

闪蒸器8扩容闪蒸后的液态工质经过第二工质泵9加压后进入第二混合器10内；两部分液态工质在第二混合器10内换热达到平衡态后从第二混合器10流出，进入蒸发器1内，完成有机朗肯闪蒸循环。

本实施例中，中低温热源为温度120℃，质量流量1kg/s的地热水，进入蒸发器1内为系统提供热量；冷却水进口温度20℃，出口温度30℃；工质为n-Pentane，以0.98kg/s流入蒸发器并分别于高压级膨胀机2和低压级喷胀机3内膨胀，共为发电机11提供约17.3kW的机械功；最终获得的循环净输出功为14.61kW；与传统的有机朗肯循环相比，循环净输出功提高了9.52%。

实施例2

参照图2，本实施例的膨胀机前后流程与实施例1相同，不同之处在于高压级膨胀机2与低压级膨胀机3采用异轴连接的方式。高压级膨胀机2和低压级膨胀机3分别带动第一发电机11和第二发电机12，为其提供动力。本实施例可以对不同膨胀机及其对应的发电机进行单独监视和调控以提高系统运行的可靠性，但会在原有基础上增加投资成本。

实施例3

参照图3，本实施例的膨胀机前后流程与实施例1相同，且同样采用高压级膨胀机2和低压级膨胀机3共轴的连接方式，不同之处在于高压级膨胀机2排出的乏气工质和闪蒸器8排出的蒸汽工质在第一混合器4内混合后一起送入低压级膨胀机2内。本实施例可以有效利用高压级膨胀机2排出乏气工质的热量，增加低压级膨胀机2的焓降以此提升其机械功，实现能量的梯级利用。

实施例4

参照图4，本实施例的膨胀机前后流程与实施例1相同，不同之处在于仅采用一台膨胀机。闪蒸器8的蒸汽工质不再进入低压级膨胀机，而是通过膨胀机2的中间级进入膨胀机2的内进行补汽。本实施例可以在满足发电需求的同时，降低经济成本。

最后应说明的是：以上实施案例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施案例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施案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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施案例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种朗肯循环发电系统，其特征在于，包括：

蒸发器，用于将液态工质和中低温热源进行热交换，生成并输出蒸汽工质、液态工质；

闪蒸器，用于输入所述蒸发器输出的液态工质，生成并输出蒸汽工质、液态工质；

至少一台膨胀机，用于输入所述蒸发器或/和所述闪蒸器输出的蒸汽工质作机械功带动至少一台发电机，生成并输出乏汽工质；

冷凝器，用于输入乏汽工质，生成并输出液态工质；

预热器，用于输入所述冷凝器输出的液态工质，将液态工质进行热交换，生成并输出液态工质；

所述闪蒸器和所述预热器输出的液态工质经混合输入所述蒸发器。

2.根据权利要求1所述的朗肯循环发电系统，其特征在于，所述膨胀机设置一台，所述发电机设置一台。

3.根据权利要求1所述的朗肯循环发电系统，其特征在于，所述膨胀机设置两台，所述发电机设置一台，两台膨胀机同时带动一台发电机。

4.根据权利要求3所述的朗肯循环发电系统，其特征在于，两台膨胀机分别输入所述蒸发器、所述闪蒸器输出的蒸汽工质；两台膨胀机输出的乏汽工质经混合输入所述冷凝器。

5.根据权利要求3所述的朗肯循环发电系统，其特征在于，其中一台膨胀机输入所述蒸发器输出的蒸汽工质，其输出的乏汽工质和所述闪蒸器输出的蒸汽工质经混合输入另一台膨胀机，另一台膨胀机输出的乏汽工质输入所述冷凝器。

6.根据权利要求1所述的朗肯循环发电系统，其特征在于，所述膨胀机设置两台，所述发电机设置两台；两台膨胀机分别输入所述蒸发器、所述闪蒸器输出的蒸汽工质；两台膨胀机输出的乏汽工质经混合输入所述冷凝器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的朗肯循环发电系统，其特征在于，所述工质为有机工质。

8.根据权利要求7所述的朗肯循环发电系统，其特征在于，所述有机工质为n-Pentane。

9.根据权利要求1-6任一项所述的朗肯循环发电系统，其特征在于，所述蒸发器的中低温热源经热交换后输入所述预热器进行热交换。

10.根据权利要求9所述的朗肯循环发电系统，其特征在于，所述蒸发器的热源为地热水。

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