[發明專利]三角閃蒸循環發電系統的控制方法及控制裝置

有效

• 申請號: 201010238545.8
• 申請日: 2010-07-27
• 公開（公告）號: CN101892865A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 胡達;胡亮光;羅欣
• 申請（專利權）人: 江西華電電力有限責任公司
• 主分類號: F01C20/00
• 分類號: F01C20/00;F01C1/16;F01C13/00;H02J3/38
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李贊堅;曹志霞

技術領域

本發明涉及發電機組控制領域，尤其涉及一種用于螺桿動力發電機組的三角閃蒸循環發電系統的控制方法及控制裝置。

背景技術

大部分工業余熱、地熱、太陽熱機生物質能都屬于低溫能源，其由于壓力、溫度等參數的品位較低，回收發電的技術難度較大。目前主要有閃蒸式和雙循環式兩種方式，簡述如下：

其一，為閃蒸式(也稱擴容法)。即一定壓力的汽水混合物，首先進入汽水分離器，將蒸汽與熱水分離；分離后的一次蒸汽進入汽輪機；而分離后的熱水進入減壓器(也稱閃蒸器或稱擴容器)，壓力下降，一部分熱水變為二次蒸汽(壓力比一次蒸汽低)，然后將其引入汽輪機低壓段。一次蒸汽和二次蒸汽驅動汽輪機，推動發電機進行發電。

其二，為雙循環式(也稱中間介質法)。即熱水進入換熱器，在換熱器中將熱量傳給低沸點介質，放熱后溫度降低了的熱水排入回灌井或作其它應用；低沸點介質在換熱器中吸熱后變為具有一定壓力的蒸汽，推動汽輪機并帶動發電機發電；從汽輪機排出的汽體，在冷凝器中凝結成液體，用泵將液體送入換熱器，重新吸熱蒸發變成汽體。如此周而復始，熱水的熱量不斷傳給低沸點介質，便可連續發電。

結合上述兩種技術的特點，申請人發明雙循環螺桿膨脹動力機技術，有關細節具體可參見02230217.4、03123341.4、03261678.3等中國專利文獻。這種螺桿膨脹動力機(以下簡稱螺桿動力機)，對蒸汽參數和品質要求不高，不僅適用于過熱蒸汽和飽和蒸汽，也可以直接利用熱水或汽水兩相高效率地產生蒸汽，以下對其熱力系統及熱力過程簡要進行說明。

圖1為雙循環螺桿膨脹動力機發電機組的熱力系統，設置高溫、低溫兩個循環通路，其中分別設有螺桿膨脹動力機8、10，以帶動發電機6、5發電。為控制系統運行，螺桿膨脹動力機8、10的進出管路上設置多個控制閥，如調節閥、快速關斷閥(快關閥)、排空閥、安全閥等；同時，設置壓力表、溫度表等儀表，以保證發電機組運行過程安全。

上述雙循環發電系統的結構十分緊湊，其采用從熱源流體取熱、低沸點介質在螺桿動力機內做功的雙循環發電原理，和汽輪機相比，在同樣熱源溫度范圍內，排汽的容積流量可以大大降低，系統管路及設備緊湊、投資少、效益高。該雙循環發電系統包括三種工作模式：

在高溫模式下，關閉控制閥2、7、15，打開控制閥11，熱水沿管路流經螺桿膨脹動力機8、冷凝蒸發器3、預熱器4、蓄水罐13，再由水泵9將蓄水罐13里的凝結水泵入熱源體1。由此，熱水循環進入螺桿膨脹動力機8內做功，并帶動發電機6發電。

在低溫模式下，關閉控制閥7、11、15，打開控制閥2，熱水流經冷凝蒸發器3、預熱器4、蓄水罐13，再由凝結水泵9泵入熱源體1；低沸點工質流經冷凝蒸發器3、螺桿膨脹動力機10、蒸發器12、蓄工質罐18，再由工質泵16泵入預熱器4預熱。熱水流經冷凝蒸發器3時，對低沸點工質進行加熱，使其質溫度升高，達到飽和溫度，生成飽和氣或氣液兩相；而被加熱工質進入螺桿膨脹動力機10做功，并驅動發電機5發電。做功后的低沸點工質從螺桿膨脹動力機10流入冷凝器12，通過冷水泵17從冷水源體14泵入的冷卻水冷凝，最后進入蓄工質罐18。

在高溫-低溫聯動模式下，關閉控制閥2、7、11、15，熱水流經第一螺桿膨脹動力機8、冷凝蒸發器3、預熱器4、蓄水罐13，再由凝結水泵9泵入熱源體1；由此，熱水循環進入螺桿膨脹動力機8做功，并帶動發電機6發電。同時，低沸點工質流經冷凝蒸發器3、螺桿膨脹動力機10、蒸發器12、蓄工質罐18，再由工質泵16泵入預熱器4預熱；熱水從螺桿膨脹動力機8流出后流經冷凝蒸發器3，對低沸點工質進行加熱，使低沸點工質溫度升高，達到飽和溫度，生成飽和氣或氣液兩相；而從冷凝蒸發器3流出的被加熱的工質進入螺桿膨脹動力機10做功，驅動發電機5發電；做功后的低沸點工質從螺桿膨脹動力機10流出進入冷凝器12，通過冷卻水冷凝后進入蓄工質罐18內。

上述螺桿動力機可以構成一般蒸汽動力循環或汽液兩相動力循環，還可構成有機介質雙循環。而有機介質雙循環或構成有機蒸汽朗肯循環(ORC)，或構成汽液兩相三角形循環(OTFC)，兩者熱力循環過程分別如圖2a、圖2b所示。研究表明，和直接降壓閃蒸或ORC相比，采用三角形閃蒸循環可以從熱源回收近兩倍的電力。

三角形閃蒸循環系統前景良好，但目前在發電領域應用還不夠廣泛，特別是對螺桿脹動力發電機組的運行控制不夠完善。有鑒于此，有必要設計一種高效、使用方便的三角形閃蒸循環系統的控制方法及控制裝置。

發明內容