[發(fā)明專利]基于能量梯級利用的中低溫熱源發(fā)電裝置及其熱循環(huán)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010270569.1
• 申請日: 2010-09-02
• 公開（公告）號: CN101929360A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設計）人: 于立軍;徐建;馮馴
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F01K23/00
• 分類號: F01K23/00;F01K27/00;F01K25/10;F01K19/00;F01D15/10
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種能源利用技術領域的裝置及方法，具體是一種基于能量梯級利用的中低溫熱源發(fā)電裝置及其熱循環(huán)方法。

背景技術

隨著全球能源危機和氣候變暖問題的加劇，世界各國急需發(fā)展新型的發(fā)電技術。全球中低溫熱源蘊藏豐富，而且來源也很廣泛，大量的太陽能、地熱能、工業(yè)余熱都屬于中低溫熱源。目前，中低溫熱源的利用主要局限于直接利用，如供熱、烘干等，這種利用只能局限于小規(guī)模的利用，而且利用程度也很低。將這些中低溫熱源轉(zhuǎn)換成電力是最好的利用方式，不僅可以大規(guī)模利用這些蘊藏豐富的中低溫熱源，還可以減少化石燃料的消耗。

目前，已有一些國家在中低溫熱源的利用上取得了很大的成效，如冰島，全國地熱發(fā)電裝機容量為202MW，占國家裝機容量的13％以上，地熱開發(fā)不僅減少了化石能源的消耗，而且取得了顯著的生態(tài)環(huán)境效益，溫室效應的頭號禍首二氧化碳已由1960年的27萬噸減少到2000年的3千噸，減少了98.9％。然而，中低溫熱源發(fā)電技術很難在全球得到推廣的一個關鍵問題是熱效率較低，只有10％左右。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，位于美國內(nèi)華達州北部的斯蒂爾沃特地熱電站是由七個相同的發(fā)電機組組成，每個發(fā)電機組是基于由兩個相同的有機物朗肯循環(huán)并聯(lián)而成的循環(huán)，總裝機容量為12.4MW，機組熱效率為8.9％(Exergy?analysis?of?a?dual-level?binarygeothermal?power?plant.Geothermics?31(2002)709-724)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種基于能量梯級利用的中低溫熱源發(fā)電裝置及其熱循環(huán)方法，基于能量梯級利用的原理，由兩個不同的中低溫熱源發(fā)電循環(huán)并聯(lián)而成，頂層循環(huán)是有機物朗肯循環(huán)，底層循環(huán)是卡里納循環(huán)，底層的卡里納循環(huán)在利用頂層循環(huán)排出的低溫熱源發(fā)電時的熱效率高于有機物朗肯循環(huán)，更適合回收較低品位的熱源，相比原技術更符合能量梯級利用的原理，因此本發(fā)明機組熱效率將會進一步得到提高。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種基于能量梯級利用的中低溫熱源發(fā)電裝置，包括：進行有機物朗肯循環(huán)的頂部循環(huán)系統(tǒng)組件和與之相連的進行卡里納循環(huán)的底部循環(huán)系統(tǒng)組件，其中：

所述的頂部循環(huán)系統(tǒng)組件包括：預熱器、蒸發(fā)器、過熱器、汽輪機、發(fā)電機、給水泵和冷凝器，其中：預熱器的出口連接蒸發(fā)器的入口，蒸發(fā)器的出口連接過熱器的入口，過熱器的出口連接汽輪機的入口，汽輪機與發(fā)電機相連并帶動發(fā)電，汽輪機的出口連接冷凝器的入口，冷凝器的出口連接給水泵的入口，給水泵的出口連接預熱器的入口；

所述的頂層循環(huán)系統(tǒng)組件內(nèi)充有有機或無機工質(zhì)，如氟利昂、烷烴類或氨水混合物；

所述的底部循環(huán)系統(tǒng)組件包括：分離器、低壓加熱器、高壓加熱器、減壓閥和混合器，其中：蒸發(fā)器的出口連接分離器的入口，分離器的出口連接汽輪機的入口和高壓加熱器的入口，汽輪機與發(fā)電機相連并帶動發(fā)電，汽輪機的出口連接混合器的入口，高壓加熱器的出口連接減壓閥的入口，減壓閥的出口連接混合器的入口，混合器的出口連接低壓加熱器的入口，低壓加熱器的出口連接冷凝器的入口，冷凝器的出口連接給水泵的入口，給水泵的出口連接低壓加熱器的入口，低壓加熱器的出口連接高壓加熱器的入口，高壓加熱器的出口連接蒸發(fā)器的入口。

所述的底層循環(huán)系統(tǒng)組件內(nèi)充有無機工質(zhì)，如氨水混合物。

本發(fā)明涉及上述裝置的熱循環(huán)方法，包括：有機物朗肯循環(huán)和卡里納循環(huán)，其中：

所述的有機物朗肯循環(huán)是指：有機物工質(zhì)或無機物工質(zhì)經(jīng)給水泵升壓后送入預熱器，經(jīng)預熱器加熱后的飽和液送入蒸發(fā)器被加熱成飽和蒸汽，然后進入過熱器，從過熱器出來的過熱蒸汽進入汽輪機膨脹做功，做功后的尾氣進入冷凝器被凝結(jié)為過冷液，之后進入給水泵完成循環(huán)；

所述的卡里納循環(huán)是指：無機物工質(zhì)經(jīng)給水泵升壓后依次經(jīng)過低壓加熱器、高壓加熱器、蒸發(fā)器，從蒸發(fā)器出來的飽和蒸汽進入分離器，被分成富氨溶液和貧氨溶液，富氨溶液進入汽輪機膨脹做功，貧氨溶液進入高壓加熱器，然后經(jīng)過減壓閥與做功后的尾氣在混合器中混合成基本溶液，混合后的基本溶液依次經(jīng)過低壓加熱器、冷凝器，之后進入給水泵完成循環(huán)。

本發(fā)明中的熱源首先經(jīng)過頂層有機物朗肯循環(huán)的過熱器和蒸發(fā)器，降到合適的溫度后進入底層卡里納循環(huán)的蒸發(fā)器，之后進入頂層循環(huán)的預熱器，最后離開整個發(fā)電裝置。