[發(fā)明專利]一種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210241492.4
• 申請(qǐng)日: 2012-07-12
• 公開（公告）號(hào): CN102769304A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建華;周業(yè)里;徐進(jìn)良;房方;侯國(guó)蓮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/18;H02P9/04;F01K25/00;F27D17/00;F01D15/10
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低溫?zé)煔庥酂崂眉夹g(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

煙氣余熱作為一種燃料燃燒后剩下的熱源，廣泛存在于水泥、鋼鐵、化工、電力等行業(yè)。其中對(duì)于高中溫?zé)煔庥酂岬睦靡驯粡V泛研究，但是由于溫度在300℃以下的煙氣的能源品位較低，因而開發(fā)難度較大。目前針對(duì)低溫?zé)煔庥酂崂玫难芯恐饾u展開，其中有機(jī)朗肯循環(huán)使用有機(jī)物作為工質(zhì)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，可回收不同溫度范圍的低溫?zé)崮芏粡V泛的使用。

目前提出的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的余熱發(fā)電系統(tǒng)，基本上都是通過連接發(fā)電機(jī)與膨脹機(jī)，由膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，但是由于電網(wǎng)以及各種用電設(shè)備對(duì)電源的品質(zhì)有著嚴(yán)格的要求，因此對(duì)于煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，需要調(diào)節(jié)發(fā)電質(zhì)量，以保證發(fā)電頻率在50Hz附近，符合電網(wǎng)的要求。而在目前針對(duì)基于有機(jī)朗肯循環(huán)的煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的研究中，對(duì)發(fā)電頻率的調(diào)節(jié)研究還未深入。

對(duì)于大型同步發(fā)電廠，例如火電廠、水電廠，一般采用負(fù)荷頻率控制，以火電廠為例，由于通過增加或減少燃料量很容易控制發(fā)電機(jī)組的輸出功率，因此可以保持功率與負(fù)荷的平衡，使頻率穩(wěn)定。但是對(duì)于余熱發(fā)電系統(tǒng)，由于煙氣余熱資源一般是某個(gè)工業(yè)過程的副產(chǎn)品，其溫度與流量會(huì)隨著工業(yè)過程的變化而不斷改變，因此為了深度利用煙氣余熱，難以通過主動(dòng)控制余熱能源，調(diào)整煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，這導(dǎo)致傳統(tǒng)電廠的負(fù)荷—頻率控制方式無法有效應(yīng)用于煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。

同時(shí)為實(shí)現(xiàn)對(duì)余熱資源的利用，當(dāng)煙氣入口溫度與流量處于某一穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)壓力和出口溫度會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)煙氣余熱利用的效率，因此蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)壓力和出口溫度是體現(xiàn)余熱利用效率的關(guān)鍵參數(shù)，需要控制在合適的范圍。在現(xiàn)有的方案中，蒸發(fā)器出口管道與膨脹機(jī)入口直接相連，若膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，僅通過增壓泵無法同時(shí)控制蒸發(fā)壓力與出口溫度的大小，因此在蒸發(fā)器和膨脹機(jī)之間設(shè)置了調(diào)壓閥，結(jié)合增壓泵調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中蒸發(fā)器出口溫度與蒸發(fā)壓力。然而，膨脹機(jī)前的閥門會(huì)引起節(jié)流損失，導(dǎo)致余熱發(fā)電系統(tǒng)效率下降。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述背景技術(shù)中提到現(xiàn)有煙氣余熱利用系統(tǒng)發(fā)電效率低、存在節(jié)流損失和發(fā)電頻率不易調(diào)節(jié)等不足，本發(fā)明提出了一種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，用于通過有機(jī)朗肯循環(huán)利用鍋爐煙氣的熱量發(fā)電，其特征是該系統(tǒng)包括儲(chǔ)液器1、增壓泵2、蒸發(fā)器3、膨脹機(jī)4、冷凝器5、風(fēng)機(jī)6、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7和煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8；

所述蒸發(fā)器3的煙氣側(cè)管道入口接入鍋爐煙氣；煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8和蒸發(fā)器3并聯(lián)接入鍋爐煙氣；蒸發(fā)器3的工質(zhì)側(cè)管道出口和膨脹機(jī)4的入口連接；膨脹機(jī)4的軸和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7的傳動(dòng)軸連接；膨脹機(jī)4的出口和冷凝器5的入口連接；冷凝器5的外部和風(fēng)機(jī)6連接；冷凝器5的出口和儲(chǔ)液器1入口連接；儲(chǔ)液器1的出口和增壓泵2的入口連接；增壓泵2的出口和蒸發(fā)器3的工質(zhì)側(cè)管道入口連接；

所述儲(chǔ)液器1用于儲(chǔ)存有機(jī)工質(zhì)；

所述增壓泵2用于控制進(jìn)入蒸發(fā)器3的有機(jī)工質(zhì)的流量；

所述蒸發(fā)器3用于有機(jī)工質(zhì)與煙氣相互間的換熱；

所述膨脹機(jī)4用于有機(jī)工質(zhì)膨脹做功，使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；

所述冷凝器5用于對(duì)有機(jī)工質(zhì)的降溫與凝結(jié)；

所述風(fēng)機(jī)6用于產(chǎn)生使工質(zhì)冷卻的空氣；

所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7用于將膨脹機(jī)4的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并控制膨脹機(jī)4的轉(zhuǎn)速以及調(diào)節(jié)發(fā)電頻率；

所述煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8用于在煙氣流量超過系統(tǒng)設(shè)計(jì)值時(shí)排出多余的煙氣；

所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7包括永磁同步發(fā)電機(jī)9、機(jī)側(cè)PWM變換器10、直流鏈電容器11、網(wǎng)側(cè)PWM變換器12和變壓器13；

永磁同步發(fā)電機(jī)9的軸與膨脹機(jī)4的軸連接；永磁同步發(fā)電機(jī)9的定子繞組與機(jī)側(cè)PWM變換器10連接；機(jī)側(cè)PWM變換器10與直流鏈電容器11連接；直流鏈電容器11與網(wǎng)側(cè)PWM變換器12連接；網(wǎng)側(cè)PWM變換器12與變壓器13連接；

所述永磁同步發(fā)電機(jī)9用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；

所述機(jī)側(cè)PWM變換器10用于調(diào)節(jié)定子繞組電流，控制永磁同步發(fā)電機(jī)9的電磁轉(zhuǎn)矩；

所述直流鏈電容器11用于中間貯能；

所述網(wǎng)側(cè)PWM變換器12用于提供穩(wěn)定的直流母線電壓，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)調(diào)整或并網(wǎng)無功功率控制；

所述變壓器13用于改變電壓。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：