專利名稱：基于多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串聯(lián)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
基于多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串聯(lián)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于熱能工程領(lǐng)域，主要涉及一種采用有機(jī)朗肯循環(huán)方式的熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
有機(jī)朗肯循環(huán)是利用有機(jī)物工質(zhì)作為熱力循環(huán)的一種方式，以地?zé)崮?、太?yáng)能或其它低品位熱源，對(duì)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行加熱產(chǎn)生蒸氣從而推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle,簡(jiǎn)稱0RC)熱源流體入口的溫度通常在80°C以上，蒸發(fā)器是ORC中產(chǎn)生不可逆損失最大的部件，尤其是在熱源流體進(jìn)出口焓降較高的情況下，蒸發(fā)器的不可逆損失將會(huì)進(jìn)一步增大。因此合理的設(shè)置多級(jí)蒸發(fā)器，使熱源流體與各級(jí)蒸發(fā)器進(jìn)行連接，使液態(tài)工質(zhì)在各級(jí)蒸發(fā)器中被加熱為不同壓力的飽和或過(guò)熱蒸氣，由此實(shí)現(xiàn)熱源與工質(zhì)之間良好的溫度匹配。本發(fā)明是針對(duì)ORC效率低的問題而提出，由此可以明顯提高系統(tǒng)的發(fā)電效率和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種基于多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串聯(lián)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)于大焓降的熱源流體，將多級(jí)蒸發(fā)器進(jìn)行串聯(lián)，以彌補(bǔ)ORC方式蒸發(fā)器不可逆損失較大的問題，達(dá)到提高發(fā)電效率的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采取了以下技術(shù)解決方案:基于多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串聯(lián)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，包括:蒸發(fā)器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、預(yù)熱器、冷凝器以及工質(zhì)泵等。其系統(tǒng)組成為:n個(gè)蒸發(fā)器熱源側(cè)依次串聯(lián)相接，熱源流體自第一個(gè)蒸發(fā)器進(jìn)入，然后從最末端的蒸發(fā)器熱源側(cè)排出回灌。除第一個(gè)蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)設(shè)有上出口外，其它蒸發(fā)器的工質(zhì)側(cè)均設(shè)有上下兩個(gè)出口。每個(gè)蒸發(fā)器上出口均并聯(lián)接于汽輪機(jī)的η個(gè)入口，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。汽輪機(jī)出口依次串接預(yù)熱器和冷凝器，做功后的工質(zhì)進(jìn)入預(yù)熱器和冷凝器后再次進(jìn)入預(yù)熱器的另一側(cè)，與做功后汽輪機(jī)排出的乏汽進(jìn)行換熱。每個(gè)蒸發(fā)器均接有各自的工質(zhì)泵，從預(yù)熱器流出的工質(zhì)經(jīng)最末端工質(zhì)泵進(jìn)入最末端蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)進(jìn)口 ；最末端蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)下出口經(jīng)工質(zhì)泵接至蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)進(jìn)口 ；蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)下出口經(jīng)相應(yīng)的工質(zhì)泵接至相應(yīng)蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)進(jìn)口……；最后第二個(gè)蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)下出口經(jīng)第一個(gè)工質(zhì)泵接至第一個(gè)蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)進(jìn)口。 即每個(gè)蒸發(fā)器均配有工質(zhì)泵，但是工質(zhì)是以串聯(lián)方式供給每個(gè)蒸發(fā)器，由此構(gòu)成多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串接的工質(zhì)閉路循環(huán)。
因?yàn)閷?duì)于采用純質(zhì)(單組元工質(zhì))有機(jī)工質(zhì)的ORC發(fā)電系統(tǒng)而言，熱源流體入口溫度越高，系統(tǒng)中蒸發(fā)器所產(chǎn)生的不可逆損失越大，所以采用多級(jí)蒸發(fā)器熱源側(cè)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，可以相對(duì)降低每個(gè)蒸發(fā)器熱源流體的入口溫度，蒸發(fā)器所產(chǎn)生的不可逆損失可進(jìn)行彌補(bǔ)。
本發(fā)明的特點(diǎn)及產(chǎn)生的有益效果是:(I)熱流體與η個(gè)蒸發(fā)器熱源側(cè)串聯(lián)，然后每個(gè)蒸發(fā)器的工質(zhì)側(cè)直接與汽輪機(jī)并聯(lián)連接，降低了傳統(tǒng)ORC系統(tǒng)中單一蒸發(fā)器不可逆損失較大的缺陷，提高了系統(tǒng)的利用效率和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；(2)每個(gè)蒸發(fā)器均串接一個(gè)工質(zhì)泵，以克服各蒸發(fā)器中蒸發(fā)壓力與冷凝壓力之間的壓差，使得熱源流體與工質(zhì)的溫度匹配性更好；(3)以地?zé)崮?、太?yáng)能或其它低品位能源作為系統(tǒng)的熱源，在有利于環(huán)保的基礎(chǔ)上，可達(dá)到符合節(jié)能減排的目的。


所示附圖為本發(fā)明的技術(shù)原理與系統(tǒng)部件連接示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)原理與系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的說(shuō)明。需要說(shuō)明的是本實(shí)施例是敘述性的而非限定性的，不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
基于多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串聯(lián)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)為:n個(gè)蒸發(fā)器1-1、1-2、……1-n，熱源側(cè)依次串聯(lián)相接，熱源流體自第一個(gè)蒸發(fā)器1-1進(jìn)入，然后從最末端的蒸發(fā)器1-η熱源側(cè)排出回灌。除第一個(gè)蒸發(fā)器1-1工質(zhì)側(cè)設(shè)有上出口外，其它蒸發(fā)器的工質(zhì)側(cè)均設(shè)有上下兩個(gè)出口。每個(gè)蒸發(fā)器上出口均并聯(lián)接于汽輪機(jī)2的η個(gè)入口，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)3發(fā)電。汽輪機(jī)出口依次串接預(yù)熱器4和冷凝器5，做功后的工質(zhì)進(jìn)入預(yù)熱器和冷凝器后再次進(jìn)入預(yù)熱器的另一側(cè)，與做功后汽輪機(jī)排出的乏汽進(jìn)行換熱。每個(gè)蒸發(fā)器均接有各自的工質(zhì)泵，從預(yù)熱器流出的工質(zhì)經(jīng)最末端工質(zhì)泵6-η進(jìn)入最末端蒸發(fā)器1-η工質(zhì)側(cè)進(jìn)口 ；最末端蒸發(fā)器1-n工質(zhì)側(cè)下出口經(jīng)第6-n-l工質(zhì)泵接至蒸發(fā)器l_n_l工質(zhì)側(cè)進(jìn)口 ；蒸發(fā)器1-n-l工質(zhì)側(cè)下出口經(jīng)相應(yīng)的工質(zhì)泵接至相應(yīng)蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)進(jìn)口……；最后蒸發(fā)器1-2工質(zhì)側(cè)下出口經(jīng)工質(zhì)泵6-1接至蒸發(fā)器1-1工質(zhì)側(cè)進(jìn)口。
該系統(tǒng)適用于熱源流體在第一個(gè)蒸發(fā)器的進(jìn)口與第η蒸發(fā)器的出口焓差較大的設(shè)計(jì)工況，而且熱源流體在第一個(gè)蒸發(fā)器的進(jìn)口溫度與冷凝器冷卻水進(jìn)口溫度之差大于500C以上?？紤]到系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的可行性，n不大于4。
本實(shí)施例采用兩個(gè)蒸發(fā)器和兩個(gè)工質(zhì)泵(即η=2)進(jìn)行串聯(lián)，熱源流體為地下熱水。其工作過(guò)程是:溫度為Iio°c的地?zé)崴紫冗M(jìn)入第一個(gè)蒸發(fā)器1-1與工質(zhì)進(jìn)行換熱，換熱后地?zé)崴疁囟冉禐?5°c，然后進(jìn)入第二蒸發(fā)器1-2，換熱后地?zé)崴疁囟冉禐?0°C，該地?zé)崴傻诙€(gè)蒸發(fā)器流體側(cè)排出回灌至地下。工質(zhì)在第一個(gè)蒸發(fā)器中發(fā)生相變，壓力由0.1SMPa的液態(tài)相變?yōu)?.65MPa的飽和蒸氣。工質(zhì)在第二個(gè)蒸發(fā)器中由壓力為0.18MPa的液態(tài)相變?yōu)?.32MPa的飽和蒸氣，兩個(gè)蒸發(fā)器中的相變工質(zhì)并聯(lián)進(jìn)入汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。做功后兩個(gè)蒸發(fā)器的(飽和氣)工質(zhì)先進(jìn)入預(yù)熱器，然后進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝。從冷凝器出來(lái)的工質(zhì)再次進(jìn)入預(yù)熱器，設(shè)置預(yù)熱器的目的是利用汽輪機(jī)排出的乏汽熱量對(duì)進(jìn)入蒸發(fā)器的工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，由此可提高蒸發(fā)器的效能。經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的工質(zhì)先經(jīng)工質(zhì)泵6-2輸入到第二蒸發(fā)器，然后再由工質(zhì)泵6-1將一部分液態(tài)工質(zhì)輸入到第一蒸發(fā)器。通過(guò)兩個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的過(guò)熱或飽和蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)做功，明顯減小了 ORC發(fā)電系統(tǒng)單一蒸發(fā)器產(chǎn)生的不可逆損失。
權(quán)利要求
1.基于多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串聯(lián)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，包括:蒸發(fā)器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、預(yù)熱器、冷凝器以及工質(zhì)泵，其特征在于:n個(gè)蒸發(fā)器(1-1、1-2、……，l_n)熱源側(cè)依次串聯(lián)相接，熱源流體自第一個(gè)蒸發(fā)器(1-1)進(jìn)入，然后從最末端的蒸發(fā)器(1-η)熱源側(cè)排出回灌；除第一個(gè)蒸發(fā)器(1-1)工質(zhì)側(cè)設(shè)有上出口外，其它蒸發(fā)器的工質(zhì)側(cè)均設(shè)有上下兩個(gè)出口，每個(gè)蒸發(fā)器上出口均并聯(lián)接于汽輪機(jī)(2 )的η個(gè)入口，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(3 )發(fā)電，汽輪機(jī)出口依次串接預(yù)熱器(4)和冷凝器(5)，做功后的工質(zhì)進(jìn)入預(yù)熱器和冷凝器后再次進(jìn)入預(yù)熱器的另一側(cè)，與做功后汽輪機(jī)排出的乏汽進(jìn)行換熱，每個(gè)蒸發(fā)器均接有各自的工質(zhì)泵，從預(yù)熱器流出的工質(zhì)經(jīng)最末端工質(zhì)泵(6-η)進(jìn)入最末端蒸發(fā)器(1-η)工質(zhì)側(cè)進(jìn)口 ；最末端蒸發(fā)器(1-η)工質(zhì)側(cè)下出口經(jīng)第(6-n-l)工質(zhì)泵接至蒸發(fā)器(1-n-l)工質(zhì)側(cè)進(jìn)口 ；蒸發(fā)器(1-n-l)工質(zhì)側(cè)下出口經(jīng)相應(yīng)的工質(zhì)泵接至相應(yīng)蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)進(jìn)口……；最后蒸發(fā)器(1-2)工質(zhì)側(cè)下出口經(jīng)工質(zhì)泵(6-1)接至蒸發(fā)器(1-1)工質(zhì)側(cè)進(jìn)口，由此構(gòu)成多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串接的工質(zhì)閉路循環(huán)。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串聯(lián)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述冷凝器(5)的 冷源側(cè)接至冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串聯(lián)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成為n個(gè)蒸發(fā)器熱源側(cè)依次串聯(lián)相接，熱源流體自第一個(gè)蒸發(fā)器進(jìn)入從最后一個(gè)排出回灌至地下。除第一個(gè)蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)設(shè)有上出口外，其它蒸發(fā)器的工質(zhì)側(cè)均設(shè)有上下兩個(gè)出口。每個(gè)蒸發(fā)器上出口均并聯(lián)接于汽輪機(jī)的n個(gè)入口。汽輪機(jī)出口串接預(yù)熱器和冷凝器，做功后的工質(zhì)進(jìn)入預(yù)熱器和冷凝器后再次進(jìn)入預(yù)熱器的另一側(cè)，與汽輪機(jī)排出的乏汽進(jìn)行換熱。每個(gè)蒸發(fā)器均配有工質(zhì)泵，但是工質(zhì)是以串聯(lián)方式供給每個(gè)蒸發(fā)器，由此構(gòu)成多級(jí)蒸發(fā)器與工質(zhì)泵串接的工質(zhì)閉路循環(huán)。該發(fā)電系統(tǒng)降低了傳統(tǒng)ORC系統(tǒng)中單一蒸發(fā)器不可逆損失較大的缺陷，提高了系統(tǒng)的利用效率和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號(hào)F01K17/02GK103195519SQ201310088979
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者朱家玲, 李太祿, 張偉, 李君 , 付文成 申請(qǐng)人:天津大學(xué)