CN216811810U - 一种凝液orc气电双驱机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工生产余热回收技术领域，具体为一种凝液ORC气电双驱机组，包括用于输送蒸汽凝液的凝液罐以及由蒸发器、透平机、冷凝器以及工质泵构成的ORC循环系统；所述蒸发器用于通过凝液罐内蒸汽凝液的余热对工质进行加热以生产高压气态工质；所述透平机的输出轴连接有减速机，所述透平机用于通过高压气态工质驱动减速机；所述减速机的输出轴设置有超越离合器。通过构成的ORC循环系统实现对蒸汽凝液的余热回收，回收的能源通过透平机对耗能设备进行气动供能，同时设置的双轴异步电机即可对耗能设备进行电驱，也可作为储能设备利用透平机多出来的功率进行发电，以根据ORC的输出功率自适应调整，以符合耗能设备正常运转。

Description

一种凝液ORC气电双驱机组

技术领域

本实用新型涉及化工生产余热回收技术领域，具体为一种凝液ORC气电双驱机组。

背景技术

化工行业有大量过程热换装置，一般采用蒸汽作为热源，蒸汽在过程换热装置中放热后凝结，凝结水温度不高，无法有效利用。随着余热利用技术的发展，目前对凝结水热能利用的有效方式主要是低温有机朗肯循环(ORC) 发电，此方式能够将凝结水热能转换成电能，提高能源效率。

采用发电设备对预热进行回收后转换成电能来供电用电设备，直接采用上述电能转换的方式不仅设备效率低下而且能源转换率较低。因此市面上的余热回收设备直接采用透平驱动水泵、风机等其他耗能设备。采用透平直接驱动耗能设备的过程中，由于ORC凝液压力、温度、流量等参数会存在波动，因此ORC的输出功率会不稳定，容易出现耗能设备所需功率不足或过载的情况。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种凝液ORC气电双驱机组来解决上述ORC的输出功率无法有效利用的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种凝液ORC气电双驱机组，包括用于输送蒸汽凝液的凝液罐以及由蒸发器、透平机、冷凝器以及工质泵构成的ORC循环系统；所述蒸发器用于通过凝液罐内蒸汽凝液的余热对工质进行加热以生产高压气态工质；所述透平机的输出轴连接有减速机，所述透平机用于通过高压气态工质驱动减速机；所述减速机的输出轴设置有超越离合器；所述超越离合器的输出端连接有第一联轴器；所述第一联轴器的输出端连接有双轴异步发电机；所述双轴异步发电机的输出轴连接第二联轴器；所述第二联轴器输出端连接耗能设备；所述冷凝器用于将低压气态工质转换成液态工质；所述工质泵用于将冷凝器排出的液态工质输送至蒸发器。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，还包括循环泵和冷却塔；所述循环泵和冷却塔通过换热管路与冷凝器相连，以对冷凝器内的低压气态工质进行换热。

进一步，所述蒸发器为管壳式换热器；所述冷凝器为管壳式冷凝器。

进一步，所述透平机为向心式透平机。

进一步，所述工质泵为封闭式屏蔽泵。

进一步，所述ORC循环系统内的工质为五氟丙烷。

进一步，还包括凝液再利用罐和预热蒸发器，所述凝液再利用罐输入端与凝液罐的输出端相连；所述预热蒸发器设置于蒸发器和工质泵之间，所述预热蒸发器用于通过凝液再利用罐内蒸汽凝液的二次余热对工质进行预热。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过构成的ORC循环系统实现对蒸汽凝液的余热回收，回收的能源通过透平机对耗能设备进行气动供能，同时设置的双轴异步发电机即可对耗能设备进行电驱，也可作为储能设备利用透平机多出来的功率进行发电，以根据ORC的输出功率自适应调整，以符合耗能设备正常运转。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中对工质进行预热的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、凝液罐，2、蒸发器，3、透平机，4、冷凝器，5、工质泵，6、减速机，7、循环泵，8、冷却塔，9、超越离合器，10、第一联轴器，11、发电机，12、第二联轴器，13、耗能设备，14、凝液再利用罐，15、预热蒸发器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语中“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型结构。对于本领域的普通技术人员，可以根据具体情况理解该类术语在本专利中的具体含义。

化工厂为高耗能用户，用电设备多、用电负荷大，采用凝液ORC发电后将电能输送至低压侧供用电设备使用，能量转化过程为：凝液热能→有机工质热能→机械能→电能→机械能。直接采用上述电能转换的方式不仅设备效率低下而且能源转换率较低。因此市面上的余热回收设备直接采用透平驱动水泵、风机等其他耗能设备。采用透平直接驱动耗能设备的过程中，由于ORC 凝液压力、温度、流量等参数会存在波动，因此ORC的输出功率会不稳定，容易出现耗能设备所需功率不足或过载的情况，对此本实用新型提供了一种凝液ORC气电双驱机组来解决上述问题。

本实用新型实施例如下

如图1所示，本实用设计的凝液ORC气电双驱机组，包括用于输送蒸汽凝液的凝液罐1以及由蒸发器2、透平机3、冷凝器4以及工质泵5构成的 ORC循环系统。凝液罐1将带有余热的凝液送至蒸发器2中进行换热，蒸发器2用于通过凝液罐1内蒸汽凝液的余热对工质进行加热以生产高压气态工质；透平机3的输出轴连接有减速机6；透平机3用于通过高压气态工质驱动减速机6；减速机6的输出轴设置有超越离合器9；超越离合器9的输出端连接有第一联轴器10；第一联轴器10的输出端连接有双轴异步发电机11，双轴异步发电机11可采用YFKS 900-85800kW 10kV系列异步发电机；双轴异步发电机11的输出轴连接第二联轴器12；第二联轴器12输出端连接耗能设备13；根据ORC的输出功率自适应调整双轴异步发电机11的驱动形式，从而调节耗能设备13的驱动功率。冷凝器4用于将低压气态工质转换成液态工质；工质泵5用于将冷凝器4排出的液态工质输送至蒸发器2，即可完成一次循环。

需要说明的是，本实施例中ORC循环系统内的工质为五氟丙烷R245fa，工质沸点15.3℃，临界温度154℃，临界压力3.65MPa，属于低临界温度、高凝结压力的有机工质，在较低温度下即可产生较高压力的蒸汽。本实施例施中涉及的凝液温度为70-120℃，与五氟丙烷R245fa的匹配性较佳。另外，也可对其他烟气、蒸汽等其他余热形态的介质进行余热回收。工质也可采用正丁烷、异丁烷、R142b等进行替代。

对此本凝液ORC气电双驱机组，提供以下驱动模式：

一、纯电驱模式

当凝液较少或ORC输出功率较低时，透平机3达不到一定的转速或转速为零，超越离合器9自动断开，透平机3处于空转模式。双轴异步发电机11 通过环境电源进行电驱以驱动相应的耗能设备13。

二、气电双驱模式

当凝液量不足，透平机3转速达到一定转速且输出功率小于耗能设备13 所需功率，此时超越离合器9处于自动啮合状态，透平机3带载运转，双轴异步发电机11同时作为电动机处于用电状态，耗能设备13处于透平机3和双轴异步发电机11共同驱动的状态。

三、气驱热备模式

当凝液量足够，ORC输出功率增加，透平机3的转速且输出功率大于耗能设备13所需功率，超越离合器9处于自动啮合状态透平机3满载运转，双轴异步发电机11本身不做工，直接通过透平机3提供的动能进行驱动。一旦透平机3的转速减少且输出功率低于透平机3的转速，双轴异步发电机 11电驱补充动力，进入气电双驱模式。

四、气驱发电模式

当凝液量足够，ORC输出功率持续增加，透平机3的转速且输出功率大于耗能设备13所需功率一定范围以后，双轴异步发电机11作为发电机同时进行发电，以对回收的能源合理利用。

上述凝液ORC气电双驱机组还包括循环泵7和冷却塔8；循环泵7和冷却塔8通过换热管路与冷凝器4相连，以对冷凝器4内的低压气态工质进行换热。冷却水经过冷凝器4时与其内部低压气态工质换热，将低压气态工质冷凝为液态工质，经过换热的冷却水输送至冷却塔8内冷却，在循环泵7的带动冷却水进行循环。

具体的，蒸发器2为管壳式换热器，冷凝器4为管壳式冷凝器，具有足够的空间满足有机工质气化或液化的需求。透平机3为向心式透平机，特殊设计的线型结构满足有机工质膨胀特性，实现工质膨胀对外做功的过程。工质泵5为封闭式屏蔽泵，用于实现工质加压的过程。

如图2所示，另外，凝液ORC气电双驱机组还包括凝液再利用罐14和预热蒸发器15，凝液再利用罐14输入端与凝液罐1的输出端相连；预热蒸发器15设置于蒸发器2和工质泵5之间，预热蒸发器15用于通过凝液再利用罐14内蒸汽凝液的二次余热对工质进行预热。通过利用已经经过换热的凝液对工质进行预热，从而凝液余热进行再次利用，余热利用效率更高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种凝液ORC气电双驱机组，其特征在于，包括用于输送蒸汽凝液的凝液罐(1)以及由蒸发器(2)、透平机(3)、冷凝器(4)以及工质泵(5)构成的ORC循环系统；所述蒸发器(2)用于通过凝液罐(1)内蒸汽凝液的余热对工质进行加热以生产高压气态工质；所述透平机(3)的输出轴连接有减速机(6)，所述透平机(3)用于通过高压气态工质驱动减速机(6)；所述减速机(6)的输出轴设置有超越离合器(9)；所述超越离合器(9)的输出端连接有第一联轴器(10)；所述第一联轴器(10)的输出端连接有双轴异步发电机(11)；所述双轴异步发电机(11)的输出轴连接第二联轴器(12)；所述第二联轴器(12)输出端连接耗能设备(13)；所述冷凝器(4)用于将低压气态工质转换成液态工质；所述工质泵(5)用于将冷凝器(4)排出的液态工质输送至蒸发器(2)。

2.根据权利要求1所述的凝液ORC气电双驱机组，其特征在于，还包括循环泵(7)和冷却塔(8)；所述循环泵(7)和冷却塔(8)通过换热管路与冷凝器(4)相连，以对冷凝器(4)内的低压气态工质进行换热。

3.根据权利要求1所述的凝液ORC气电双驱机组，其特征在于，所述蒸发器(2)为管壳式换热器；所述冷凝器(4)为管壳式冷凝器。

4.根据权利要求1所述的凝液ORC气电双驱机组，其特征在于，所述透平机(3)为向心式透平机。

5.根据权利要求1所述的凝液ORC气电双驱机组，其特征在于，所述工质泵(5)为封闭式屏蔽泵。

6.根据权利要求1所述的凝液ORC气电双驱机组，其特征在于，所述ORC循环系统内的工质为五氟丙烷。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的凝液ORC气电双驱机组，其特征在于，还包括凝液再利用罐(14)和预热蒸发器(15)，所述凝液再利用罐(14)输入端与凝液罐(1)的输出端相连；所述预热蒸发器(15)设置于蒸发器(2)和工质泵(5)之间，所述预热蒸发器(15)用于通过凝液再利用罐(14)内蒸汽凝液的二次余热对工质进行预热。

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