一種非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了低品位廢熱利用【技術(shù)領(lǐng)域】的一種非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括非恒定廢熱源、高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)、低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和自動(dòng)控制子系統(tǒng)；非恒定廢熱源所產(chǎn)生的廢熱依次加熱高低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)，最后排入大氣中。本實(shí)用新型兩個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行但又相互制約，通過(guò)自動(dòng)控制子系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)高低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)工質(zhì)流量及壓力，適應(yīng)熱源的動(dòng)態(tài)變化，使發(fā)電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)的最佳工況運(yùn)行，提高系統(tǒng)效率；低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢熱再次利用，使排出的廢熱溫度較低，達(dá)到深度梯度利用低溫廢熱，提高熱源利用率，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說(shuō)明】一種非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于低品位廢熱利用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能減排是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，提高我國(guó)高耗能行業(yè)排放的低溫廢熱的利用率，是節(jié)能減排和提高能源利用的重要途徑。我國(guó)是化石能源為主的國(guó)家，而我國(guó)高耗能行業(yè)存在的主要問(wèn)題是:生產(chǎn)工藝、技術(shù)設(shè)備落后，低溫廢熱直接排放，浪費(fèi)嚴(yán)重，能源轉(zhuǎn)換和利用水平落后，環(huán)境污染嚴(yán)重，高耗能行業(yè)中存在大量的中低溫余熱沒(méi)有得到充分利用。
[0003]據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)排放的廢熱量占一次能源消耗總量近1/3，大量廢熱沒(méi)有得到有效利用。按照《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒2011》中提供的行業(yè)能源消費(fèi)相關(guān)數(shù)據(jù)的比例計(jì)算，我國(guó)工業(yè)余熱資源總量約占我國(guó)總能耗約30%。，按照我國(guó)《煙氣余熱資源量計(jì)算方法與利用導(dǎo)則》計(jì)算，僅我國(guó)電站鍋爐和工業(yè)鍋爐排放的煙氣余熱資源量約占工業(yè)余熱資源總量的20%，而且我國(guó)發(fā)電鍋爐運(yùn)行負(fù)荷根據(jù)用戶需求改變，造成鍋爐負(fù)荷不斷變化。提高能源及各種資源的綜合利用效率主要是通過(guò)溫度對(duì)口，梯級(jí)利用的科學(xué)用能模式，降低環(huán)境資源代價(jià)；廢熱能源利用主要方式為直接利用、間接利用及混合利用方式。采用有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電系統(tǒng)回收余熱，是間接利用廢熱的科學(xué)用能體現(xiàn)，但是現(xiàn)有有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)多為一級(jí)利用模式，廢熱排除溫度較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)【背景技術(shù)】中提到的高耗能行業(yè)生產(chǎn)工藝、技術(shù)設(shè)備落后，低溫廢熱直接排放，浪費(fèi)嚴(yán)重，能源轉(zhuǎn)換和利用水平落后，環(huán)境污染嚴(yán)重，高耗能行業(yè)中存在大量的中低溫余熱沒(méi)有得到充分利用的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
[0005]一種非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括非恒定廢熱源、高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)、低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和自動(dòng)控制子系統(tǒng)；所述高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括高溫蒸發(fā)器、高溫膨脹機(jī)、高溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、高溫系統(tǒng)冷凝器、高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵和高溫系統(tǒng)冷凝水泵；所述低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括低溫蒸發(fā)器、低溫膨脹機(jī)、低溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、低溫系統(tǒng)冷凝器、低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵和低溫系統(tǒng)冷減水栗；
[0006]其中，所述高溫蒸發(fā)器分別與所述非恒定廢熱源、低溫蒸發(fā)器、高溫系統(tǒng)冷凝器和高溫膨脹機(jī)連接；
[0007]所述高溫系統(tǒng)冷凝器分別與所述高溫膨脹機(jī)和高溫系統(tǒng)冷凝水泵連接；所述高溫系統(tǒng)冷凝器與高溫蒸發(fā)器之間設(shè)有高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵；
[0008]所述高溫膨脹機(jī)與所述高溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)連接；[0009]所述低溫蒸發(fā)器分別與所述低溫膨脹機(jī)和低溫系統(tǒng)冷凝器連接；
[0010]所述低溫系統(tǒng)冷凝器分別與所述低溫膨脹機(jī)和低溫系統(tǒng)冷凝水泵連接；所述低溫系統(tǒng)冷凝器與低溫蒸發(fā)器之間設(shè)有低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵；
[0011 ] 所述低溫膨脹機(jī)與所述低溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)連接；
[0012]所述自動(dòng)控制子系統(tǒng)分別與高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵和低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵連接；
[0013]所述系統(tǒng)設(shè)有廢熱參數(shù)采集點(diǎn)、高溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)和低溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)；所述廢熱參數(shù)采集點(diǎn)、高溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)和低溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)分別與所述自動(dòng)控制子系統(tǒng)連接。
[0014]所述廢熱參數(shù)采集點(diǎn)設(shè)置于非恒定廢熱源與高溫蒸發(fā)器之間。
[0015]所述高溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)設(shè)置于高溫蒸發(fā)器與高溫膨脹機(jī)之間。
[0016]所述低溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)設(shè)置于低溫蒸發(fā)器與低溫膨脹機(jī)之間。
[0017]本實(shí)用新型有益的效果與現(xiàn)有廢熱發(fā)電利用技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢熱深度利用和提高發(fā)電系統(tǒng)的效率。通過(guò)將一次加熱有機(jī)工質(zhì)后的廢熱再經(jīng)過(guò)低溫發(fā)電系統(tǒng)的蒸發(fā)器，再次作為熱源加熱有機(jī)工質(zhì)，廢熱中的熱量再一次被利用，最后排出低溫蒸發(fā)器的溫度較低；熱源溫度流量發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)信息分析輸出控制信號(hào)，調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)流量，使其合理匹配，使得發(fā)電系統(tǒng)在最優(yōu)設(shè)計(jì)條件下工作，保持熱源利用效率和系統(tǒng)發(fā)電效率最高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型提供的一種非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]其中，1-非恒定廢熱源；2_高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)；21-高溫蒸發(fā)器；22-高溫膨脹機(jī)；23_高溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)；24_高溫系統(tǒng)冷凝器；25_高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵；26_高溫系統(tǒng)冷凝水泵；3_低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)；31_低溫蒸發(fā)器；32_低溫膨脹機(jī)；33_低溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)；34_低溫系統(tǒng)冷凝器；35_低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵；36_低溫系統(tǒng)冷凝水泵；4_自動(dòng)控制子系統(tǒng)；41_廢熱參數(shù)采集點(diǎn)；42_高溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)；43_低溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。
[0021]圖1中所示為非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，
[0022]所述系統(tǒng)包括非恒定廢熱源1、高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)2、低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)3和自動(dòng)控制子系統(tǒng)4 ;所述高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)2包括高溫蒸發(fā)器21、高溫膨脹機(jī)22、高溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)23、高溫系統(tǒng)冷凝器24、高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵25和高溫系統(tǒng)冷凝水泵26 ;所述低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)3包括低溫蒸發(fā)器31、低溫膨脹機(jī)32、低溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)33、低溫系統(tǒng)冷凝器34、低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵35和低溫系統(tǒng)冷凝水泵36 ；
[0023]其中，所述高溫蒸發(fā)器21分別與所述非恒定廢熱源1、低溫蒸發(fā)器31、高溫系統(tǒng)冷凝器24和高溫膨脹機(jī)22連接；[0024]所述高溫系統(tǒng)冷凝器24分別與所述高溫膨脹機(jī)22和高溫系統(tǒng)冷凝水泵26連接；所述高溫系統(tǒng)冷凝器24與高溫蒸發(fā)器21之間設(shè)有高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵25 ；
[0025]所述高溫膨脹機(jī)22與所述高溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)23連接；
[0026]所述低溫蒸發(fā)器31分別與所述低溫膨脹機(jī)32和低溫系統(tǒng)冷凝器34連接；
[0027]所述低溫系統(tǒng)冷凝器34分別與所述低溫膨脹機(jī)32和低溫系統(tǒng)冷凝水泵36連接；所述低溫系統(tǒng)冷凝器34與低溫蒸發(fā)器31之間設(shè)有低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵35 ；
[0028]所述低溫膨脹機(jī)32與所述低溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)33連接；
[0029]所述自動(dòng)控制子系統(tǒng)4分別與高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵25和低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵35連接；
[0030]所述系統(tǒng)設(shè)有廢熱參數(shù)采集點(diǎn)41、高溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)42和低溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)43 ;所述廢熱參數(shù)采集點(diǎn)41、高溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)42和低溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)43分別與所述自動(dòng)控制子系統(tǒng)4連接。
[0031]非恒定廢熱源I主要為發(fā)電系統(tǒng)提供熱量，廢熱首先經(jīng)過(guò)高溫蒸發(fā)器21，加熱有機(jī)工質(zhì)，排出的廢熱再進(jìn)入低溫蒸發(fā)器31加熱系統(tǒng)中的有機(jī)工質(zhì)，最后排入大氣中。由于非恒定廢熱源I的溫度或流量隨時(shí)間而變化，而高溫膨脹機(jī)22在工質(zhì)流量與壓力在一定范圍之內(nèi)時(shí)處于最佳狀態(tài)，因此當(dāng)熱源參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)4將采集的廢熱溫度和流量信號(hào)進(jìn)行分析后，輸出控制信號(hào)調(diào)節(jié)高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵25的流量壓力，使高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)2時(shí)時(shí)保持最優(yōu)狀態(tài)工作。如當(dāng)非恒定廢熱源I的溫度或流量大于高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)2設(shè)定值時(shí)，即非恒定廢熱源I在高溫蒸發(fā)器中提供較多的熱量時(shí)，通過(guò)增加有機(jī)工質(zhì)流量，降低有機(jī)工質(zhì)在高溫蒸發(fā)器21出口處的溫度和壓力，使高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)時(shí)時(shí)處于小范圍波動(dòng)狀態(tài)，保持最優(yōu)工作效率。
[0032]所述低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)3與高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)2 —致，其區(qū)別在于，由于熱源溫度不同和有機(jī)工質(zhì)物性不同，選用的適用于發(fā)電系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)不同。兩套中膨脹機(jī)輸出的軸功都是通過(guò)輸入發(fā)電機(jī)中輸出電能。
[0033]所述高低溫發(fā)電系統(tǒng)中的冷凝器的冷卻系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況而定，若水資源豐富，可采用水冷卻的方式，否則采用風(fēng)冷方式進(jìn)行冷卻；兩套發(fā)電系統(tǒng)可共用冷卻塔或單獨(dú)設(shè)立。
[0034]以上所述實(shí)施例，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)力來(lái)要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種非恒定廢熱雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括非恒定廢熱源、高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)、低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和自動(dòng)控制子系統(tǒng)；所述高溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括高溫蒸發(fā)器、高溫膨脹機(jī)、高溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、高溫系統(tǒng)冷凝器、高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵和高溫系統(tǒng)冷凝水泵；所述低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括低溫蒸發(fā)器、低溫膨脹機(jī)、低溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、低溫系統(tǒng)冷凝器、低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵和低溫系統(tǒng)冷凝水泵； 其中，所述高溫蒸發(fā)器分別與所述非恒定廢熱源、低溫蒸發(fā)器、高溫系統(tǒng)冷凝器和高溫膨脹機(jī)連接； 所述高溫系統(tǒng)冷凝器分別與所述高溫膨脹機(jī)和高溫系統(tǒng)冷凝水泵連接；所述高溫系統(tǒng)冷凝器與高溫蒸發(fā)器之間設(shè)有高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵； 所述高溫膨脹機(jī)與所述高溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)連接； 所述低溫蒸發(fā)器分別與所述低溫膨脹機(jī)和低溫系統(tǒng)冷凝器連接； 所述低溫系統(tǒng)冷凝器分別與所述低溫膨脹機(jī)和低溫系統(tǒng)冷凝水泵連接；所述低溫系統(tǒng)冷凝器與低溫蒸發(fā)器之間設(shè)有低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵； 所述低溫膨脹機(jī)與所述低溫系統(tǒng)發(fā)電機(jī)連接； 所述自動(dòng)控制子系統(tǒng)分別與高溫系統(tǒng)工質(zhì)泵和低溫系統(tǒng)工質(zhì)泵連接； 所述系統(tǒng)設(shè)有廢熱參數(shù)采集點(diǎn)、高溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)和低溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)；所述廢熱參數(shù)采集點(diǎn)、高溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)和低溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)分別與所述自動(dòng)控制子系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述廢熱參數(shù)采集點(diǎn)設(shè)置于非恒定廢熱源與高溫蒸發(fā)器之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)設(shè)置于高溫蒸發(fā)器與高溫膨脹機(jī)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述低溫工質(zhì)溫度壓力采集點(diǎn)設(shè)置于低溫蒸發(fā)器與低溫膨脹機(jī)之間。
【文檔編號(hào)】F01K27/02GK203685328SQ201420082166
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】劉廣林, 徐進(jìn)良, 張兵, 張偉 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)