CN216841832U - 一种高效可控温全热换热器冷却的orc发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，包括蒸发器、膨胀透平机、冷凝器和可控温全热换热器；蒸发器连接有余热输入管和余热输出管，蒸发器经蒸发器气态工质输出管与膨胀透平机相连，膨胀透平机经膨胀透平机气态工质输出管与冷凝器相连，冷凝器经冷凝器液态工质输出管与蒸发器相连，冷凝器液态工质输出管上设置有工质循环泵；冷凝器经冷凝器出水管与可控温全热换热器相连，可控温全热换热器经全热换热器出水管与冷凝器相连，全热换热器出水管上设置有循环水泵；膨胀透平机与发电机相连。优点是：全热换热器可以依据ORC发电机组负荷调整时精确的控制冷凝温度，属于动态平衡运行，更利于发电系统的平稳运行。

Description

一种高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统

技术领域

本实用新型涉及低温余热ORC发电技术领域，尤其涉及一种高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统。

背景技术

工业企业的生产制造需要大量的一次能源作为动力源或热源，如企业需要蒸汽、电力或天然气等，在一次能源使用后会产生大量余热或导致动力设备温度升高，或在企业生产过程中产生反应热，这些产生的余热需要排放，高温设备需要冷却，或以蒸汽、烟气、空气、冷却水、废水等形式排放，余热排放的温度高至1000℃以上，低至30℃以下。目前我国大多数企业已经实施了温度高于300℃的余热综合回收应用，主要用来发电和工艺预热。但是低于300℃的余热基本上被排放掉了。目前国际上的ORC(有机朗肯循环)发电技术已经较为成熟，低温余热也可以进行发电，且行业已有很多成熟应用案例。ORC余热发电系统需要有冷却工艺，传统的冷却方式是进行循环水冷却或者通过空冷设备进行冷却。ORC发电系统的冷却工艺很大程度上决定了整个发电系统的效率，因此，需要更为先进的冷却技术应用，从而提高ORC发电系统的效率和经济性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，包括蒸发器、膨胀透平机、冷凝器和可控温全热换热器；所述蒸发器的余热输入端和余热输出端分别连接有余热输入管和余热输出管，所述蒸发器的工质输出端经蒸发器气态工质输出管与所述膨胀透平机相连，所述膨胀透平机经膨胀透平机气态工质输出管与所述冷凝器的工质输入端相连，所述冷凝器的工质输出端经冷凝器液态工质输出管与所述蒸发器的工质输入端相连，所述冷凝器液态工质输出管上设置有工质循环泵；所述冷凝器的出水端经冷凝器出水管与所述可控温全热换热器相连，所述可控温全热换热器经全热换热器出水管与所述冷凝器的进水端相连，所述全热换热器出水管上设置有循环水泵；所述膨胀透平机与发电机相连。

优选的，所述余热输入管上设置有余热进口阀门。

优选的，所述余热输出管上设置有余热出口阀门。

优选的，所述蒸发器气态工质输出管上设置有蒸发器气态工质出口阀门。

优选的，所述膨胀透平机气态工质输出管上设置有膨胀透平机气态工质出口阀门。

优选的，所述冷凝器液态工质输出管上间隔设置有冷凝器液态工质出口阀门和蒸发器液态工质进口阀门，所述蒸发器液态工质进口阀门位于所述冷凝器液态工质出口阀门的下游；所述工质循环泵位于冷凝器液态工质出口阀门和蒸发器液态工质进口阀门之间。

优选的，所述冷凝器出水管上设置有冷凝器出水阀门。

优选的，所述全热换热器出水管上间隔设置有全热换热器出水阀门和冷凝器进水阀门，所述冷凝器进水阀门位于所述全热换热器出水阀门的下游，所述循环水泵位于所述冷凝器进水阀门和全热换热器出水阀门之间。

本实用新型的有益效果是：1、发电系统是通过可控温全热换热器中的工质相变进行热交换，其换热效率是传统间壁式换热器的103倍，采用全热换热器对低温余热ORC发电机组冷却技术能够大幅提高ORC发电机组冷凝器的冷却效率，使得ORC发电系统的原综合发电效率8-18％提升3％左右。2、可控温全热换热器可以依据ORC发电机组负荷调整时精确的控制冷凝温度，属于动态平衡运行，更利于发电系统的平稳运行。3、可控温全热换热器因其换热的高效性，可依据全年室外气温的变化自动调整ORC发电系统冷凝器所需要的冷却工况，从而使得发电系统全年稳定发电，不会因为气温变化而损失发电效率。4、可控温全热换热器相对传统的冷却循环水冷却技术可以节约水资源、水处理成本和水力循环系统电力成本。5、可控温全热换热器相对传统的间壁式空气冷却技术大幅提升冷却效率，降低冷却装置的投资，节约冷却装置风机设备的电耗。

附图说明

图1是本实用新型实施例中发电系统的结构示意图。

图中：1、余热进口阀门；2、蒸发器；3、蒸发器气态工质出口阀门；4、余热出口阀门；5、膨胀透平机；6、发电机；7、蒸发器液态工质进口阀门；8、工质循环泵；9、冷凝器液态工质出口阀门；10、冷凝器；11、全热换热器出水阀门；12、冷凝器进水阀门；13、可控温全热换热器；14、膨胀透平机气态工质出口阀门；15、循环水泵；16、冷凝器出水阀门。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实施例中，提供了一种高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，包括蒸发器2、膨胀透平机5、冷凝器10和可控温全热换热器13；所述蒸发器2的余热输入端和余热输出端分别连接有余热输入管和余热输出管，所述蒸发器2的工质输出端经蒸发器气态工质输出管与所述膨胀透平机5相连，所述膨胀透平机5经膨胀透平机气态工质输出管与所述冷凝器10的工质输入端相连，所述冷凝器10的工质输出端经冷凝器液态工质输出管与所述蒸发器2的工质输入端相连，所述冷凝器液态工质输出管上设置有工质循环泵8；所述冷凝器10的出水端经冷凝器出水管与所述可控温全热换热器13相连，所述可控温全热换热器13经全热换热器出水管与所述冷凝器10的进水端相连，所述全热换热器出水管上设置有循环水泵15；所述膨胀透平机5与发电机6相连。

所述余热输入管上设置有余热进口阀门1。所述余热输出管上设置有余热出口阀门4。

所述蒸发器气态工质输出管上设置有蒸发器气态工质出口阀门3。所述膨胀透平机气态工质输出管上设置有膨胀透平机气态工质出口阀门14。

所述冷凝器液态工质输出管上间隔设置有冷凝器液态工质出口阀门9和蒸发器液态工质进口阀门7，所述蒸发器液态工质进口阀门7位于所述冷凝器液态工质出口阀门9的下游；所述工质循环泵8位于冷凝器液态工质出口阀门9和蒸发器液态工质进口阀门7之间。

所述冷凝器出水管上设置有冷凝器出水阀门16。所述全热换热器出水管上间隔设置有全热换热器出水阀门11和冷凝器进水阀门12，所述冷凝器进水阀门12位于所述全热换热器出水阀门11的下游，所述循环水泵15位于所述冷凝器进水阀门12和全热换热器出水阀门11之间。

本实施例中，发电系统包括五个主要部分，分别如下：

1、蒸发器2吸收余热将内部循环的液态工质气化部分，进入蒸发器2的余热加热蒸发器2中的低沸点的液态有机工质，使得有机工质气化。

2、膨胀透平机5被气态有机工质驱动高速旋转部分，从蒸发器2进入到膨胀透平机5的气态有机工质驱动膨胀透平机5高速旋转进行做功。

3、发电部分，高速旋转的膨胀透平机5拖动发电机6进行发电，发电机6向外输出电能。

4、冷凝器10将在膨胀透平机5中做功后的气态有机工质进行冷凝成液态部分，气态有机工质进入到冷凝器10，冷凝器10通过高效可控温全热换热器13中(高效可控温全热换热器13利用换热器内部的低沸点工质相变进行吸热和放热，完成换热)将气态有机工质中的热量带走，从而使气态有机工质冷凝成液态。

5、有机工质循环部分，液态有机工质通过工质循环泵8将液态有机工质输送到蒸发器2中，从而周而复始不断循环进行吸热、做功和发电。

本实施例中，发电系统的具体工作流程为：

余热通过余热进口阀门1进入到蒸发器2中，被蒸发器2吸收余热后的介质通过余热出口阀门4排出，余热在蒸发器2中将其中的液态有机工质气化，被蒸发器2气化后的气态有机工质通过蒸发器气态工质出口阀门3进入到膨胀透平机5中做功驱动膨胀透平机5高速旋转，高速旋转的膨胀透平机5拖动发电机6进行发电，输出电能，膨胀透平机5中做功后的气态有机工质通过膨胀透平机气态工质出口阀门14进入到冷凝器10中进行冷却，冷凝器10中的气态有机工质通过高效可控温全热换热器13中的循环水环水进行冷却，高效可控温全热换热器13中的循环水通过全热换热器出水阀门11、循环水泵15和冷凝器进水阀门12进入到冷凝器10中，实现循环；循环水在冷凝器10中将气态有机工质冷凝成液态后通过冷凝器出水阀门16回到全热换热器中进行不断循环冷却，冷凝器10中的液态有机工质通过冷凝器液态工质出口阀门9、工质循环泵8和蒸发器液态工质进口阀门7进入到蒸发器2中完成有机工质的不断循环。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型提供了一种高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，发电系统是通过可控温全热换热器中的工质相变进行热交换，其换热效率是传统间壁式换热器的103倍，采用全热换热器对低温余热ORC发电机组冷却技术能够大幅提高ORC发电机组冷凝器的冷却效率，使得ORC发电系统的原综合发电效率8-18％提升3％左右。可控温全热换热器可以依据ORC发电机组负荷调整时精确的控制冷凝温度，属于动态平衡运行，更利于发电系统的平稳运行。可控温全热换热器因其换热的高效性，可依据全年室外气温的变化自动调整ORC发电系统冷凝器所需要的冷却工况，从而使得发电系统全年稳定发电，不会因为气温变化而损失发电效率。可控温全热换热器相对传统的冷却循环水冷却技术可以节约水资源、水处理成本和水力循环系统电力成本。可控温全热换热器相对传统的间壁式空气冷却技术大幅提升冷却效率，降低冷却装置的投资，节约冷却装置风机设备的电耗。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，其特征在于：包括蒸发器、膨胀透平机、冷凝器和可控温全热换热器；所述蒸发器的余热输入端和余热输出端分别连接有余热输入管和余热输出管，所述蒸发器的工质输出端经蒸发器气态工质输出管与所述膨胀透平机相连，所述膨胀透平机经膨胀透平机气态工质输出管与所述冷凝器的工质输入端相连，所述冷凝器的工质输出端经冷凝器液态工质输出管与所述蒸发器的工质输入端相连，所述冷凝器液态工质输出管上设置有工质循环泵；所述冷凝器的出水端经冷凝器出水管与所述可控温全热换热器相连，所述可控温全热换热器经全热换热器出水管与所述冷凝器的进水端相连，所述全热换热器出水管上设置有循环水泵；所述膨胀透平机与发电机相连。

2.根据权利要求1所述的高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，其特征在于：所述余热输入管上设置有余热进口阀门。

3.根据权利要求2所述的高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，其特征在于：所述余热输出管上设置有余热出口阀门。

4.根据权利要求3所述的高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，其特征在于：所述蒸发器气态工质输出管上设置有蒸发器气态工质出口阀门。

5.根据权利要求4所述的高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，其特征在于：所述膨胀透平机气态工质输出管上设置有膨胀透平机气态工质出口阀门。

6.根据权利要求5所述的高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，其特征在于：所述冷凝器液态工质输出管上间隔设置有冷凝器液态工质出口阀门和蒸发器液态工质进口阀门，所述蒸发器液态工质进口阀门位于所述冷凝器液态工质出口阀门的下游；所述工质循环泵位于冷凝器液态工质出口阀门和蒸发器液态工质进口阀门之间。

7.根据权利要求6所述的高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，其特征在于：所述冷凝器出水管上设置有冷凝器出水阀门。

8.根据权利要求7所述的高效可控温全热换热器冷却的ORC发电系统，其特征在于：所述全热换热器出水管上间隔设置有全热换热器出水阀门和冷凝器进水阀门，所述冷凝器进水阀门位于所述全热换热器出水阀门的下游，所述循环水泵位于所述冷凝器进水阀门和全热换热器出水阀门之间。

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