CN216922244U - 一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，该系统由热源、预热器、蒸发器、第一膨胀机、第一发电机、进气阀a、止回阀a、第二膨胀机、第二发电机、进气阀b、止回阀b、第三膨胀机、第三发电机、进气阀c、止回阀c、第四膨胀机、第四发电机、进气阀d、止回阀d、冷源、冷凝器、储液罐、工质泵、旁通阀a、节流元件、旁通阀b、总进气管路、总排气管路组成。本实用新型可进行动态多级能量调节，比单机效率高30％～50％，降低运行成本，有效提高换热器效率，提高核心部件的使用寿命，增强系统的集成度，便于维修管理；各并联膨胀机互为备用机，即使某台膨胀机出现故障，其他膨胀机仍然可以正常工作，保证系统正常运行。

Description

一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统

技术领域

本实用新型涉及有机朗肯循环(ORC)领域，特别涉及一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统。

背景技术

一般有机朗肯循环(ORC)系统由膨胀机、冷凝器、有机工质泵、储液器、预热器和蒸发器等重要部件组成。其中膨胀机是系统的核心部件，用来实现热功转换，输出电能。现有的螺杆膨胀机ORC发电系统，通常采用的是单机系统，但单机大容量ORC系统存在效率低，以及输出电能容量的可调度性问题，而采用多机并联，又存在着控制复杂，占地面积大，投资成本增加。而多台螺杆膨胀机并联组成一个ORC系统，不但能够响应不断变化的电网条件，满足电网服务要求；且能够在部分负荷条件下保持较高的系统效率，并具有快速加减载运行的能力，有效解决了单机大容量和多台机组并联存在的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，实现能量多级调节，提高ORC系统平均效率，有效提高换热器效率，同时，系统中并联的各螺杆膨胀机可互为备用机，即使其中某台故障时，其他仍可正常工作，保证系统正常运行。

本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型提供一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，该系统由热源、预热器、蒸发器、第一膨胀机、第一发电机、进气阀a、止回阀a、第二膨胀机、第二发电机、进气阀b、止回阀b、第三膨胀机、第三发电机、进气阀c、止回阀c、第四膨胀机、第四发电机、进气阀d、止回阀d、冷源、冷凝器、储液罐、工质泵、旁通阀a、节流元件、旁通阀b、总进气管路、总排气管路组成。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述热源依次分别连接蒸发器热侧和预热器热侧，预热器的工质侧出口与蒸发器的工质侧进口连接，蒸发器的工质侧出口与总进气管路连接；所述第一膨胀机的吸气口与进气阀a的出口连接，第一膨胀机的排气口与止回阀a的进口连接，组成第一膨胀机并联管路；所述第二膨胀机的吸气口与进气阀b出口连接，第二膨胀机的排气口与止回阀b进口连接，组成第二膨胀机并联管路；所述第三膨胀机的吸气口与进气阀c的出口连接，第三膨胀机的排气口与止回阀c进口连接，组成第三膨胀机并联管路；所述第四膨胀机的进气口与进气阀d的出口连接，第四膨胀机的排气口与止回阀d的进口连接，组成第四膨胀机并联管路。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述第一膨胀机并联管路中的进气阀a的进口连接至总进气管路的分叉点f3，其止回阀a的出口连接至总排气管路的分叉点f3′；所述第二膨胀机并联管路中的进气阀b的进口连接至总进气管路的分叉点f3，其止回阀b的出口连接至总排气管路的分叉点f3′；所述第三膨胀机并联管路中的进气阀c的进口连接至总进气管路的分叉点f3，其止回阀c的出口连接至总排气管路的分叉点f3′；所述第四膨胀机并联管路中的进气阀d的进口连接至总进气管路的分叉点f3，其止回阀d出口连接至总排气管路的分叉点f3′；所述总排气管路与冷凝器的工质侧进口连接，冷凝器工质侧出口依次连接储液罐和工质泵，工质泵的出口则与预热器的工质侧进口连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述总进气管路和总排气管路之间设有旁通管路a和旁通管路b，所述旁通管路a在f1分叉点与总进气管路连接，在f1′分叉点与总排气管路连接；f1分叉点与旁通阀a进口连接，旁通阀a出口与节流元件进口连接，节流元件出口连接至分叉点f1′；所述旁通管路b在f2分叉点与总进气管路连接，在f2′分叉点与总排气管路连接，f2分叉点与旁通阀b进口连接，f2′分叉点与旁通阀b出口连接；所述冷源的冷却水从冷凝器冷侧进口进入，从冷凝器冷侧出口流出，冷却水与工质侧的工质逆向流动换热，热源介质为水或导热油。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述工质泵可为单变频工质泵，也可为数个工质泵并联组合，但至少有一台为变频工质泵；

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述冷凝器可为风冷冷凝器或水冷冷凝器，可也为数个冷凝器组合；

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述第一膨胀机、第二膨胀机、第三膨胀机和第四膨胀机并联组合，膨胀机为同型号，膨胀机的数量为两个以上，可以根据用电需求任意组合。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型根据热源负荷、环境季节变化和电网用电需求，可进行动态多级能量调节，平均效率高，比单机效率高30％～50％，降低运行成本，有效提高换热器效率，提高核心部件的使用寿命，增强系统的集成度，便于维修管理；各并联膨胀机互为备用机，即使某台膨胀机出现故障，其他膨胀机仍然可以正常工作，保证系统正常运行。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的管路结构图；

图中：101、第一膨胀机；102、进气阀a；103、第一发电机；104、止回阀a；201、第二膨胀机；202、进气阀b；203、第二发电机；204、止回阀b；301、第三膨胀机；302、进气阀c；303、第三发电机；304、止回阀c；401、第四膨胀机；402、进气阀d；403、第四发电机；404、止回阀d；5、冷凝器；6、储液罐；7、工质泵；8、预热器；9、蒸发器；10、旁通阀a；11、节流元件；12、旁通阀b；13、总进气管路；14、总排气管路、；15、旁通管路a；16、旁通管路b。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。

实施例1

如图1，本实用新型提供一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，该系统由热源、预热器8、蒸发器9、第一膨胀机101、第一发电机103、进气阀a102、止回阀a104、第二膨胀机201、第二发电机203、进气阀b202、止回阀b204、第三膨胀机301、第三发电机303、进气阀c302、止回阀c304、第四膨胀机401、第四发电机403、进气阀d402、止回阀d404、冷源、冷凝器5、储液罐6、工质泵7、旁通阀a10、节流元件11、旁通阀b12、总进气管路13、总排气管路14组成。

热源依次分别连接蒸发器9热侧和预热器8热侧，预热器8的工质侧出口与蒸发器9的工质侧进口连接，蒸发器9的工质侧出口与总进气管路13连接；第一膨胀机101的吸气口与进气阀a102的出口连接，第一膨胀机101的排气口与止回阀a104的进口连接，组成第一膨胀机并联管路；第二膨胀机201的吸气口与进气阀b202出口连接，第二膨胀机201的排气口与止回阀b204进口连接，组成第二膨胀机并联管路；第三膨胀机301的吸气口与进气阀c302的出口连接，第三膨胀机301的排气口与止回阀c304进口连接，组成第三膨胀机并联管路；第四膨胀机401的进气口与进气阀d402的出口连接，第四膨胀机401的排气口与止回阀d404的进口连接，组成第四膨胀机并联管路。

第一膨胀机并联管路中的进气阀a102的进口连接至总进气管路13的分叉点f3，其止回阀a104的出口连接至总排气管路14的分叉点f3′；第二膨胀机并联管路中的进气阀b202的进口连接至总进气管路13的分叉点f3，其止回阀b204的出口连接至总排气管路14的分叉点f3′；第三膨胀机并联管路中的进气阀c302的进口连接至总进气管路13的分叉点f3，其止回阀c304的出口连接至总排气管路14的分叉点f3′；第四膨胀机并联管路中的进气阀d402的进口连接至总进气管路13的分叉点f3，其止回阀d404出口连接至总排气管路14的分叉点f3′；总排气管路14与冷凝器5的工质侧进口连接，冷凝器5工质侧出口依次连接储液罐6和工质泵7，工质泵7的出口则与预热器8的工质侧进口连接。

总进气管路13和总排气管路14之间设有旁通管路a15和旁通管路b16，旁通管路a15在f1分叉点与总进气管路13连接，在f1′分叉点与总排气管路14连接；f1分叉点与旁通阀a10进口连接，旁通阀a10出口与节流元件11进口连接，节流元件11出口连接至分叉点f1′；旁通管路b16在f2分叉点与总进气管路13连接，在f2′分叉点与总排气管路14连接，f2分叉点与旁通阀b12进口连接，f2′分叉点与旁通阀b12出口连接；冷源的冷却水从冷凝器5冷侧进口进入，从冷凝器5冷侧出口流出，冷却水与工质侧的工质逆向流动换热，热源介质为水或导热油。

工质泵7可为单变频工质泵，也可为数个工质泵7并联组合，但至少有一台为变频工质泵；

冷凝器5可为风冷冷凝器或水冷冷凝器，可也为数个冷凝器5组合；

第一膨胀机101、第二膨胀机201、第三膨胀机301和第四膨胀机401并联组合，膨胀机为同型号，膨胀机的数量为两个以上，可以根据用电需求任意组合，本装置中就是采用四个膨胀机相互配合。

进一步的，具体工作原理如下：

预热：热源依次流经蒸发器9和预热器8，释放热量，预热器8工质侧的高压液态工质吸热升温，达到近饱和状态，后进入蒸发器9，进一步吸热，高压液态工质饱和汽化，经旁通管路a15，降压，低压高温气体进入冷凝器5，与冷凝器5冷侧的冷却水换热降温，变为低压液体，经工质泵7升压，再次进入预热器8，如此完成一个预热循环；

加载：预热循环过程中，工质泵7逐步加载升压，当蒸发器9出口温度和压力达到设定条件，旁通管路a15中旁通阀a10关闭，第一膨胀机并联管路中的进气阀a102打开，蒸发器9内的饱和或过热工质蒸汽进入第一膨胀机101，在第一膨胀机101内膨胀做功，进而推动第一发电机103输出电能，第一膨胀机101的排气经止回阀a104，进入冷凝器5，将未转换成电能的热量释放后变为液态，再经工质泵7升压，进入预热器8和蒸发器9吸热后饱和或过热，再次进入第一膨胀机101膨胀。如此完成一个有机朗肯发电循环。第一膨胀机101输出电能达到工况下最大值时，工质泵7保持PID运行；

当第一膨胀机101发电循环稳定后，工质泵7继续加载，旁通管路a15中的旁通阀a10同比例打开，当旁通阀a10的开度达到设定值，且蒸发器出口的温度和压力均达到设定条件时，旁通管路a15中的旁通阀a10关闭，第二膨胀机并联管路中的进气阀b202打开，饱和或过热高压工质气体不但保持第一膨胀机并联管路稳定工作，且同时进入第二膨胀机并联管路启动第二膨胀机，第一发电机103和第二发电机203同时输出电能，工质泵7进行PID调节运行，至第一发电机103和第二发电机203输出电能达到工况下最大值。同理完成第三膨胀机和第四膨胀机的启动，实现膨胀机四并联管路的能量逐级加载。

减载：工质泵7减载，旁通管路a15中的旁通阀a10同比例打开，当旁通阀a10达到设定开度时，第四膨胀机并联管路中的进气阀d402关闭，第四膨胀机401停止工作，工质泵7进行PID调节运行，至第一发电机、第二发电机和第三发电机输出电能达到工况下最大值。如此依次实现第三膨胀机和第二膨胀机的停机，实现膨胀机四并联管路的能量逐级减载调节。

关机：开启旁通管路b16中的旁通阀b12，同时关闭第一膨胀机并联管路中的进气阀a102、第二膨胀机并联管路中的进气阀b202、第三膨胀机并联管路中的进气阀c302和第四膨胀机并联管路中的进气阀d402，第一膨胀机101、第二膨胀机201、第三膨胀机301和第四膨胀机401同时停机，工质泵7减载至最小运行频率，整机进入待机状态。

膨胀机并联管路根据热源负荷、环境季节变化和电网用电需求，可进行动态多级能量调节，平均效率高，比单机效率高30％～50％，降低运行成本，有效提高换热器效率，提高核心部件的使用寿命，增强系统的集成度，便于维修管理；各并联膨胀机互为备用机，即使某台膨胀机出现故障，其他膨胀机仍然可以正常工作，保证系统正常运行。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施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。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)

1.一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，该系统由热源、预热器(8)、蒸发器(9)、第一膨胀机(101)、第一发电机(103)、进气阀a(102)、止回阀a(104)、第二膨胀机(201)、第二发电机(203)、进气阀b(202)、止回阀b(204)、第三膨胀机(301)、第三发电机(303)、进气阀c(302)、止回阀c(304)、第四膨胀机(401)、第四发电机(403)、进气阀d(402)、止回阀d(404)、冷源、冷凝器(5)、储液罐(6)、工质泵(7)、旁通阀a(10)、节流元件(11)、旁通阀b(12)、总进气管路(13)、总排气管路(14)组成。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述热源依次分别连接蒸发器(9)热侧和预热器(8)热侧，预热器(8)的工质侧出口与蒸发器(9)的工质侧进口连接，蒸发器(9)的工质侧出口与总进气管路(13)连接；所述第一膨胀机(101)的吸气口与进气阀a(102)的出口连接，第一膨胀机(101)的排气口与止回阀a(104)的进口连接，组成第一膨胀机并联管路；所述第二膨胀机(201)的吸气口与进气阀b(202)出口连接，第二膨胀机(201)的排气口与止回阀b(204)进口连接，组成第二膨胀机并联管路；所述第三膨胀机(301)的吸气口与进气阀c(302)的出口连接，第三膨胀机(301)的排气口与止回阀c(304)进口连接，组成第三膨胀机并联管路；所述第四膨胀机(401)的进气口与进气阀d(402)的出口连接，第四膨胀机(401)的排气口与止回阀d(404)的进口连接，组成第四膨胀机并联管路。

3.根据权利要求2所述的一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述第一膨胀机并联管路中的进气阀a(102)的进口连接至总进气管路(13)的分叉点f3，其止回阀a(104)的出口连接至总排气管路(14)的分叉点f3′；所述第二膨胀机并联管路中的进气阀b(202)的进口连接至总进气管路(13)的分叉点f3，其止回阀b(204)的出口连接至总排气管路(14)的分叉点f3′；所述第三膨胀机并联管路中的进气阀c(302)的进口连接至总进气管路(13)的分叉点f3，其止回阀c(304)的出口连接至总排气管路(14)的分叉点f3′；所述第四膨胀机并联管路中的进气阀d(402)的进口连接至总进气管路(13)的分叉点f3，其止回阀d(404)出口连接至总排气管路(14)的分叉点f3′；所述总排气管路(14)与冷凝器(5)的工质侧进口连接，冷凝器(5)工质侧出口依次连接储液罐(6)和工质泵(7)，工质泵(7)的出口则与预热器(8)的工质侧进口连接。

4.根据权利要求3所述的一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述总进气管路(13)和总排气管路(14)之间设有旁通管路a(15)和旁通管路b(16)，所述旁通管路a(15)在f1分叉点与总进气管路(13)连接，在f1′分叉点与总排气管路(14)连接；f1分叉点与旁通阀a(10)进口连接，旁通阀a(10)出口与节流元件(11)进口连接，节流元件(11)出口连接至分叉点f1′；所述旁通管路b(16)在f2分叉点与总进气管路(13)连接，在f2′分叉点与总排气管路(14)连接，f2分叉点与旁通阀b(12)进口连接，f2′分叉点与旁通阀b(12)出口连接；所述冷源的冷却水从冷凝器(5)冷侧进口进入，从冷凝器(5)冷侧出口流出，冷却水与工质侧的工质逆向流动换热，热源介质为水或导热油。

5.根据权利要求1所述的一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述工质泵(7)可为单变频工质泵，也可为数个工质泵(7)并联组合，但至少有一台为变频工质泵。

6.根据权利要求1所述的一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述冷凝器(5)可为风冷冷凝器或水冷冷凝器，可也为数个冷凝器(5)组合。

7.根据权利要求1所述的一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述第一膨胀机(101)、第二膨胀机(201)、第三膨胀机(301)和第四膨胀机(401)并联组合，膨胀机为同型号，膨胀机的数量为两个以上，可以根据用电需求任意组合。

Images