CN220849797U - 导热油余热orc发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种导热油余热ORC发电系统，包括：蒸发器、预热器、透平膨胀机、齿轮箱、发电机、回热器、空冷装置及缓冲罐。蒸发器的导热油出口与预热器的导热油入口连通，预热器的工质出口与蒸发器工质进口连通，蒸发器的气相出口与透平膨胀机连接，透平膨胀机依次连通齿轮箱和发电机，缓冲罐和预热器之间通过工质泵连通。透平膨胀机与空冷装置之间还连通有回热器，回热器的换热介质入口与透平膨胀机的工质出口连通，回热器的换热介质出口与空冷装置连通，回热器的待换热物体进口与工质泵出口通过循环管路连通，回热器的待换热物体出口与预热器的工质进口连通。本申请提高了导热油余热发电的效率，同时节约了运行成本。

Description

导热油余热ORC发电系统

技术领域

本申请涉及低温余热发电技术领域，尤其涉及一种导热油余热ORC发电系统。

背景技术

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)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汽，蒸汽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。从透平机排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热，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。

而现有的ORC发电系统，高温高压的工质蒸汽在膨胀机中做完功后，得到低温低压的气液混合工质，需要将低温低压的气液混合工质输至冷凝器中，并通入冷凝液进行冷凝，得到液体工质后，再进行循环使用。在此气液混合工质的冷凝过程中，需要消耗大量的冷凝液，导致冷源的大量消耗，使得发电系统运行成本较高。

实用新型内容

本申请提供一种导热油余热ORC发电系统，用以解决背景技术中提到的上述问题。

本申请提供一种导热油余热ORC发电系统，包括：蒸发器、预热器、透平膨胀机、齿轮箱、发电机、回热器、空冷装置及缓冲罐。

蒸发器的导热油出口与预热器的导热油入口连通，预热器的工质出口与蒸发器的工质进口连通，蒸发器的气相出口与透平膨胀机之间连接有气液分离罐，透平膨胀机依次连通有齿轮箱和发电机。

透平膨胀机还依次连通有空冷装置和缓冲罐，缓冲罐和预热器之间通过工质泵连通。

透平膨胀机与空冷装置之间还连通有回热器，回热器的换热介质入口与透平膨胀机的工质出口连通，回热器的换热介质出口与空冷装置连通，回热器的待换热物体进口与工质泵出口通过循环管路连通，回热器的待换热物体出口与预热器的工质进口连通。

可选的，蒸发器包括蒸发器壳体、换热管、第一挡液板和第二挡液板。

换热管水平设置在蒸发器壳体内，且换热管的两端分别穿过第一挡液板和第二挡液板，换热管由两根换热分管成双螺旋结构组成。

可选的，两根换热分管之间设置有支撑板。

可选的，支撑板的板面与导热油流动方向的夹角为60-90°。

可选的，气液分离罐上设置有第一压力传感器，气液分离罐与回热器之间通过第一平衡管连接。

第一平衡管上设置有第一阀门。

可选的，缓冲罐上设置有第二压力传感器，缓冲罐与回热器之间还通过第二平衡管连接。

第二平衡管上设置有第二阀门。

可选的，循环管路上设置有第三压力传感器，循环管路还通过第三平衡管与缓冲罐连通。

第三平衡管上设置有第三阀门。

可选的，工质泵与缓冲罐之间还连通有工质过滤器。

可选的，导热油的温度为165-200℃。

可选的，工质为五氟丙烷、六氟丙烷、七氟丙烷、六氟丁烷、七氟丁烷、全氟戊烷中的至少一项。

本申请提供的，实现了利用导热油余热进行高效发电的目的，相比于现有技术，具有如下有益效果：

(1)通过设置回热器、预热器和蒸发器，将工质经过回热器和预热器两步预热后进入蒸发器进行加热汽化，预热有助于蒸发器内的液体工质的汽化，使得导热油的热量得以充分利用。通过将汽化得到的高温高压的工质蒸汽推动透平膨胀机做功，进而驱动发电机向外输出电能，这样设置不仅将导热油低品位热能转换为高品位电能，还避免了导热油热量浪费，提高了能源综合利用率。

(2)通过设置回热器，使得来自透平膨胀机的气液混合工质与来自缓冲罐的液体工质进行热交换，再经过空冷装置再次降温冷凝，使得气液混合工质降温冷凝成液体工质无需添加其它制冷装置和冷源，而只是通过已有的液体工质和空气作为冷源达到冷凝的效果，减少了冷源的消耗，减少了其它设备的使用，使得发电系统简单便捷且节约能耗，具有很好的环保效益和经济效益。

(3)通过将蒸发器中的换热管由两根换热分管成双螺旋结构组成，不仅使得导热油在换热分管内流动时的湍流程度加剧，提高了导热油与工质的接触频率和接触面积，同时，工质从双螺旋结构的两根换热分管之间的空间流经时同样能够与导热油间接接触，这样设置提高了导热油与工质的接触面积，提高导热油热量利用率，进而提高工质的汽化效率，从而提高进入透平膨胀机的工质蒸汽，提高发电的效率和发电量。

(4)本申请的ORC发电系统结构简单，设备紧凑，系统运行能耗低，适于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的导热油余热ORC发电系统的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的蒸发器的结构示意图；

图3为本申请另一实施例提供的导热油余热ORC发电系统的结构示意图；

附图标记说明：

1：蒸发器；2：预热器；3：透平膨胀机；4：齿轮箱；5：发电机；6：回热器；7：空冷装置；8：缓冲罐；9：工质泵；101：蒸发器壳体；102：换热管；103：第一挡液板；104：第二挡液板；105：换热分管；106：支撑板；110：气液分离罐；111：第一压力传感器；112：第一平衡管；113：第一阀门；811：第二压力传感器；812：第二平衡管；813：第二阀门；910：循环管路；911：第三压力传感器；912：第三平衡管；913：第三阀门；914：工质过滤器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，也属于本申请保护的范围。

如图1所示，一种导热油余热ORC发电系统，包括：蒸发器1、预热器2、透平膨胀机3、齿轮箱4、发电机5、回热器6、空冷装置7及缓冲罐8。

蒸发器1的导热油出口与预热器2的导热油入口连通，预热器2的工质出口与蒸发器1的工质进口连通，蒸发器1的气相出口与透平膨胀机3之间连接有气液分离罐110，透平膨胀机3依次连通有齿轮箱4和发电机5。

透平膨胀机3还依次连通有空冷装置7和缓冲罐8，缓冲罐8和预热器2之间通过工质泵9连通。

透平膨胀机3与空冷装置7之间还连通有回热器6，回热器6的换热介质入口与透平膨胀机3的工质出口连通，回热器6的换热介质出口与空冷装置7连通，回热器6的待换热物体进口与工质泵9出口通过循环管路910连通，回热器6的待换热物体出口与预热器2的工质进口连通。

具体地，石灰窑内装有燃烧梁，燃烧梁上设有烧嘴，烧嘴喷出燃料和助燃空气煅烧物料，因此，燃烧梁具有很高的温度。为了避免高温烧坏梁体和梁体内构件，使其维持正常的工作，在燃烧梁设有冷却装置，以导热油为冷却介质，将导热油通过油泵送入燃烧梁进行换热，达到对燃烧梁降低温度的目的。

蒸发器1的导热油入口与石灰窑燃烧梁的出油管连通，当导热油对石灰窑燃烧梁降温后，导热油的温度升高。将升温后的导热油输入至蒸发器1中，使得升温导热油对蒸发器1中的工质进行加热汽化，使得液体工质吸热汽化，得到高温高压的气体工质，将气体工质再输至透平膨胀机3，并推动膨胀机做功，膨胀机驱动发电机向外输出电能，这样不仅能将导热油的热量得以利用，还能够为生产生活提供电能，达到余热利用的目的。做工后得到低温低压的气液混合工质通过空冷装置7降温后输至缓冲罐8进行存储，再通过工质泵9泵至预热器2和蒸发器1进行加热汽化，如此进行多次循环。

本申请的发电系统通过ORC循环(有机朗肯循环)实现，具体操作过程为：液体工质通过工质泵9泵送至回热器6，开始时，回热器6只作为液体工质的流经管道并未开始工作，液体工质经过回热器6输送至预热器2内，导热油从蒸发器1的导热油入口蒸发器1内的管程内，再从蒸发器1流出并流入预热器2的管程内，液体工质依次流经预热器2的壳程和蒸发器1的壳程内，与导热油进行热交换。也就是导热油进入蒸发器1后先对蒸发器1中的导热油进行加热蒸发，在蒸发器1内初次降温的导热油再流至预热器2，对预热器2中的液体工质进行预热。这样设置不仅使得导热油的热量在蒸发器1和预热器2中充分利用，同时液体工质能够先后经过预热器2和蒸发器1进行加热升温，使得在蒸发器1内的液体工质得到最大程度的汽化。液体工质被导热油加热，得到高温高压的工质蒸汽，工质蒸汽通过蒸发器1的气相出口输至气液分离罐110，因为工质蒸汽中不可避免的夹杂有少量的液体工质，同时气液分离罐110的顶部设置有液体捕集器，将蒸汽中夹杂的液滴进行捕集，工质液滴回落流至蒸发器1内继续进行加热蒸发，而经过气液分离罐110的工质蒸汽通过蒸汽管线输至透平膨胀机3，蒸汽工质推动透平膨胀机3做功，齿轮箱4驱动将蒸汽作用下所产生的动力传递给发电机5并使其得到相应的转速，向外输出电能，产生的电能能够用于生产生活中。这样设置不仅使得将导热油低品位热能转换为高品位电能，还避免了导热油热量浪费，提高了能源综合利用率。导热油在预热器2中换热后再输回至石灰窑燃烧梁，继续对石灰窑燃烧梁进行降温。

蒸汽工质推动透平膨胀机3做功后，得到低温、低压的气液混合工质，将气液混合工质输至空冷装置7进行降温液化，得到液体工质。空冷装置7由多个空气冷凝器并联而成。由空冷装置7输出的液体工质输至缓冲罐8暂存，再通过工质泵9泵回至预热器2和蒸发器1进行加热汽化，如此进行多次循环。

在循环过程中，将来自透平膨胀机3的气液混合工质由回热器6的换热介质入口输至回热器6的管程内，将通过工质泵9泵至回热器6的壳程内，这样使得来自透平膨胀机3的气液混合工质先在回热器6内进行预降温，再经过空冷装置7再次降温，这样设置使得气液混合工质降温冷凝成液体工质无需添加其它制冷装置和冷源，而只是通过已有的液体工质和空气作为冷源达到冷凝的效果，减少了冷源的消耗，减少了其它设备的使用，使得发电系统简单便捷且节约能耗，具有很好的环保效益和经济效益。而对于循环中的工质，则经过回热器6、预热器2两步预热后进入蒸发器1进行加热汽化，有助于蒸发器1内的液体工质的汽化，使得导热油的热量得以充分利用。

本申请通过上述方案，实现了利用导热油余热进行发电的目的，通过设置回热器、预热器和蒸发器，将液体工质经过回热器和预热器两步预热后进入蒸发器进行加热汽化，有助于蒸发器内的液体工质的汽化，使得导热油的热量得以充分利用。通过将汽化得到的高温高压的工质蒸汽推动透平膨胀机做功，进而驱动发电机向外输出电能，这样设置不仅将导热油低品位热能转换为高品位电能，还避免了导热油热量浪费，提高了能源综合利用率。通过设置回热器，使得来自透平膨胀机的气液混合工质与来自缓冲罐的液体工质进行热交换，再经过空冷装置再次降温冷凝，使得气液混合工质降温冷凝成液体工质无需添加其它制冷装置和冷源，而只是通过已有的液体工质和空气作为冷源达到冷凝的效果，减少了冷源的消耗，减少了其它设备的使用，使得发电系统简单便捷且节约能耗，具有很好的环保效益和经济效益。

如图2所示，可选的，蒸发器1包括蒸发器壳体101、换热管102、第一挡液板103和第二挡液板104。

换热管102水平设置在蒸发器壳体101内，且换热管102的两端分别穿过第一挡液板103和第二挡液板104，换热管102由两根换热分管105成双螺旋结构组成。

具体地，换热管102的两端分别穿过第一挡液板103和第二挡液板104，第一挡液板103和第二挡液板104能够避免导热油进入蒸发器1的壳程，而污染工质。导热油由靠近第一挡液板103的一端进入换热管102的管程，通过管程由靠近第二挡液板104的一端排出。导热油在换热管102内流动，工质在蒸发器1壳程内流动，流动过程中二者产生热量交换，使得工质被加热汽化。

换热管102由两根换热分管105成双螺旋结构组成，两根换热分管105的两端进出口分别可合并或分开。双螺旋结构的设置，不仅使得导热油在换热分管105内流动时产生波动，加剧导热油的湍流程度，提高了导热油与工质的接触频率和接触面积，同时双螺旋结构在两根换热分管105之间具有一定的空间，工质从这些空间流经时同样能够与导热间接油接触，这样设置提高了导热油与工质的接触面积，提高导热油热量利用率，进而提高工质的汽化效率，从而提高进入透平膨胀机3的工质蒸汽，提高发电的效率和发电量。

可选的，两根换热分管105之间设置有支撑板106。

具体地，支撑板106不仅对两根换热分管105起到支撑、稳固的作用，进而提高工质的蒸发效率。

可选的，支撑板106的板面与导热油流动方向的夹角为60-90°。

具体地，支撑板106的板面与导热油流动方向具有一定夹角，这样设置有助于工质在流动过程中与支撑板106发生碰撞，从而能够加剧工质的湍流，提高工质与导热油的换热面积，提高工质的汽化效率。支撑板106的板面与导热油流动方向的夹角根据实际工况而定。

如图3所示，可选的，气液分离罐110上设置有第一压力传感器111，气液分离罐110与回热器6之间通过第一平衡管112连接。

第一平衡管112上设置有第一阀门113。

具体地，当第一压力传感器111检测到气液分离罐110内的压力大于等于第一预设压力时，开启第一阀门113，使得气液分离罐110中的工质输至回热器6，达到对气液分离罐110内平衡压力的目的。同时，当系统发生故障紧急停车时，开启第一阀门113，保证气液分离罐110内压力稳定，有利于系统安全稳定运行。

可选的，缓冲罐8上设置有第二压力传感器811，缓冲罐8与回热器6之间还通过第二平衡管812连接。

第二平衡管812上设置有第二阀门813。

具体地，第二压力传感器811用于检测缓冲罐8内的压力，当缓冲罐8内的压力大于等于第二预设压力值时，或缓冲罐8内液体已满时，开启第二阀门813，将缓冲罐8内的液体工质通过第二平衡管812输至回热器6。更进一步地，第二平衡管812与回热器6和空冷装置7连接的管路连接，开启第二阀门813时，将缓冲罐8内的液体工质通过第二平衡管812输至空冷装置7。使得发电系统的运行保持稳定。

可选的，循环管路910上设置有第三压力传感器911，循环管路910还通过第三平衡管912与缓冲罐8连通。

第三平衡管912上设置有第三阀门913。

具体地，第三压力传感器911用于检测循环管路910上的压力，当循环管路910上的压力大于等于第三预设压力值时，或发电系统紧急停车时，开启第三阀门913，将循环管路910内的工质输至缓冲罐8内，使得管路压力稳定。

更进一步地，第一压力传感器111与第一阀门113、第二压力传感器811与第二阀门813及第三压力传感器911与第三阀门913均为连锁设置，使得对系统压力的控制更加迅速便捷。

如图3所示，可选的，工质泵9与缓冲罐8之间还连通有工质过滤器914。

具体地，工质过滤器914用于对来自缓冲罐8内的液体工质进行过滤除杂，以方便后续工质的汽化、做工，同时杂质的过滤避免对管路堵塞，有助于发电系统长周期稳定运行。

可选的，导热油的温度为165-200℃。可选的，工质为五氟丙烷、六氟丙烷、七氟丙烷、六氟丁烷、七氟丁烷、全氟戊烷中的至少一项。

具体地，这些物质作为工质无毒、不易燃、化学稳定性高，不仅实现发电目的，还需要保证工质的对于操作环境、设备的安全性。

下面以具体的实施例对本申请的技术方案进行详细举例说明。

本实施例中导热油余热ORC发电系统，在具体工作时的运行流程如下：

蒸发器1的导热油入口与石灰窑燃烧梁的出油管连通，当导热油对石灰窑燃烧梁降温后，导热油的温度升高。将升温后的导热油(导热油的温度为165-200℃)输入至蒸发器1中，使得升温导热油对蒸发器1中的工质进行加热汽化，使得液体工质吸热汽化，得到高温高压的气体工质，将气体工质再输至透平膨胀机3，并推动膨胀机做功，膨胀机驱动发电机向外输出电能。做工后得到低温低压的气液混合工质通过空冷装置7降温后输至缓冲罐8进行存储，再通过工质泵9泵至预热器2和蒸发器1进行加热汽化，如此进行多次循环。本实施例中工质为五氟丙烷。

液体工质通过工质过滤器914过滤后，经过工质泵9泵送至回热器6，开始时，回热器6只作为液体工质的流经管道并未开始工作，液体工质经过回热器6输送至预热器2内，导热油从蒸发器1的导热油入口蒸发器1内的管程内，再从蒸发器1流出并流入预热器2的管程内，液体工质依次流经预热器2的壳程和蒸发器1的壳程内，与导热油进行热交换。也就是导热油进入蒸发器1后先对蒸发器1中的导热油进行加热蒸发，在蒸发器1内初次降温的导热油再流至预热器2，对预热器2中的液体工质进行预热。液体工质在蒸发器1内被导热油加热，得到高温高压的工质蒸汽，工质蒸汽通过蒸发器1的气相出口输至气液分离罐110，将蒸汽中夹杂的液滴进行捕集，工质液滴回落流至蒸发器1内继续进行加热蒸发，而工质蒸汽通过蒸汽管线输至透平膨胀机3，蒸汽工质推动透平膨胀机3做功，齿轮箱4驱动将蒸汽作用下所产生的动力传递给发电机5并使其得到相应的转速，向外输出电能，产生的电能能够用于生产生活中。导热油在预热器2中换热后再输回至石灰窑燃烧梁，继续对石灰窑燃烧梁进行降温。

第一压力传感器111与第一阀门113、第二压力传感器811与第二阀门813及第三压力传感器911与第三阀门913均为连锁设置。当第一压力传感器111检测到气液分离罐110内的压力大于等于第一预设压力时，开启第一阀门113，使得气液分离罐110中的工质输至回热器6。当缓冲罐8内的压力大于等于第二预设压力值时，或缓冲罐8内液体已满时，开启第二阀门813，将缓冲罐8内的液体工质通过第二平衡管812输至回热器6。当循环管路910上的压力大于等于第三预设压力值时，或发电系统紧急停车时，开启第三阀门913，将循环管路910内的工质输至缓冲罐8内，保证发电系统运行时的压力平衡。

蒸汽工质推动透平膨胀机3做功后，得到低温、低压的气液混合工质，将气液混合工质输至空冷装置7进行降温液化，得到液体工质。空冷装置7由多个空气冷凝器并联而成。由空冷装置7输出的液体工质输至缓冲罐8暂存，再通过工质泵9泵回至预热器2和蒸发器1进行加热汽化，如此进行多次循环。

在循环过程中，将来自透平膨胀机3的气液混合工质由回热器6的换热介质入口输至回热器6的管程内，将通过工质泵9泵至回热器6的壳程内，这样使得来自透平膨胀机3的气液混合工质先在回热器6内进行预降温，再经过空冷装置7再次降温，而对于循环中的工质，则经过回热器6、预热器2两步预热后进入蒸发器1进行加热汽化。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种导热油余热ORC发电系统，其特征在于，包括：蒸发器(1)、预热器(2)、透平膨胀机(3)、齿轮箱(4)、发电机(5)、回热器(6)、空冷装置(7)及缓冲罐(8)；

所述蒸发器(1)的导热油出口与所述预热器(2)的导热油入口连通，所述预热器(2)的工质出口与所述蒸发器(1)的工质进口连通，所述蒸发器(1)的气相出口与所述透平膨胀机(3)之间连接有气液分离罐(110)，所述透平膨胀机(3)依次连通有齿轮箱(4)和发电机(5)；

所述透平膨胀机(3)还依次连通有空冷装置(7)和缓冲罐(8)，所述缓冲罐(8)和所述预热器(2)之间通过工质泵(9)连通；

所述透平膨胀机(3)与所述空冷装置(7)之间还连通有所述回热器(6)，所述回热器(6)的换热介质入口与所述透平膨胀机(3)的工质出口连通，所述回热器(6)的换热介质出口与所述空冷装置(7)连通，所述回热器(6)的待换热物体进口与所述工质泵(9)出口通过循环管路(910)连通，所述回热器(6)的待换热物体出口与所述预热器(2)的工质进口连通。

2.根据权利要求1所述的导热油余热ORC发电系统，其特征在于，所述蒸发器(1)包括蒸发器壳体(101)、换热管(102)、第一挡液板(103)和第二挡液板(104)；

所述换热管(102)水平设置在所述蒸发器壳体(101)内，且所述换热管(102)的两端分别穿过所述第一挡液板(103)和所述第二挡液板(104)，所述换热管(102)由两根换热分管(105)成双螺旋结构组成。

3.根据权利要求2所述的导热油余热ORC发电系统，其特征在于，两根所述换热分管(105)之间设置有支撑板(106)。

4.根据权利要求3所述的导热油余热ORC发电系统，其特征在于，所述支撑板(106)的板面与所述导热油流动方向的夹角为60-90°。

5.根据权利要求1所述的导热油余热ORC发电系统，其特征在于，所述气液分离罐(110)上设置有第一压力传感器(111)，所述气液分离罐(110)与所述回热器(6)之间通过第一平衡管(112)连接；

所述第一平衡管(112)上设置有第一阀门(113)。

6.根据权利要求1所述的导热油余热ORC发电系统，其特征在于，所述缓冲罐(8)上设置有第二压力传感器(811)，所述缓冲罐(8)与所述回热器(6)之间还通过第二平衡管(812)连接；

所述第二平衡管(812)上设置有第二阀门(813)。

7.根据权利要求1所述的导热油余热ORC发电系统，其特征在于，所述循环管路(910)上设置有第三压力传感器(911)，所述循环管路(910)还通过第三平衡管(912)与所述缓冲罐(8)连通；

所述第三平衡管(912)上设置有第三阀门(913)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的导热油余热ORC发电系统，其特征在于，所述工质泵(9)与所述缓冲罐(8)之间还连通有工质过滤器(914)。