[實用新型]一種中低溫熱能驅動緊湊式有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2012-08-15
• 公開（公告）號: CN202732013U
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 王輝濤;葛眾;王華;黃峻偉;陳蓉
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: F01K27/00
• 分類號: F01K27/00;F03G4/00;F01D15/10;F22B33/18
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種中低溫熱能驅動緊湊式有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，屬于資源與環(huán)境技術領域。

背景技術

中低溫熱能具有數量龐大、形式多樣、廣泛存在及回收難度較大等特點，包括了工業(yè)過程中的低溫余熱、地熱能、太陽能、生物質能及液化天然氣（LNG）冷能等。僅就低溫余熱而言，據保守估計，我國的冶金行業(yè)就有約7000萬tce/a、溫度在350℃以內的低溫余熱白白排放掉，其余如建材、化工及能源等生產過程中排放低溫余熱的數量更是驚人。利用數量龐大的低溫熱能資源每發(fā)1kWh電量，約可節(jié)約標煤0.4kg及4kg水的消耗，減少約1.1kg的CO₂、SO₂及氮氧化物等環(huán)害物質的排放，同時可減輕電廠大量用煤造成的沿線交通、運輸及環(huán)境壓力，緩解電廠鍋爐灰渣的儲運壓力。我國政府本著對人類社會未來發(fā)展高度負責的精神，對國際社會做出了莊嚴承諾，制定了把“節(jié)能減排”作為基本國策的路線與方針。因此，研究利用低溫熱能發(fā)電的新技術不僅具有十分廣闊的發(fā)展前景和市場空間，而且順應了國家及社會發(fā)展的客觀需要。

為了高效、經濟地利用低溫余熱或者更廣泛意義上的低溫熱能發(fā)電，早在1924年，有人就開始研究采用低沸點有機工質二苯醚作為工質的有機物朗肯循環(huán)（ORC）。由于低沸點工質在低溫熱源加熱下產生較高壓力的蒸汽進入透平膨脹做功，能取得較高的能量轉換效率，ORC技術可廣泛地應用于各種低溫熱能發(fā)電領域。隨著人們對世界性能源危機意識的加強，引起各國政府和能源科技工作者對新能源開發(fā)的普遍重視，并相繼投入大量的人力、物力，爭相研究開發(fā)ORC技術。先后開展這項研究工作的有美、日、以色列、意大利、德、法等西方發(fā)達國家。迄今為止，有機朗肯循環(huán)（ORCs）技術已被普遍確認為是用以實現中低溫熱能動力轉化的最有效的技術。

但是由于中低溫熱能的低溫壓傳熱特性必然導致采用普通換熱器的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的設備龐大、造價甚高，極大地妨礙了該技術的推廣應用。

實用新型內容

為克服設備龐大、造價甚高等問題，本實用新型提供一種中低溫熱能驅動緊湊式有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，通過下列技術方案實現。

一種中低溫熱能驅動緊湊式有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，包括蒸汽發(fā)生器、氣液分離器、有機透平、發(fā)電機、回熱器、凝結器、儲液罐、冷卻塔、冷卻水循環(huán)泵、工質加壓泵、噴射-引射混合器，所述蒸汽發(fā)生器上設熱源進口和出口，熱源進口的蒸汽發(fā)生器一側通過氣液分離器與有機透平和發(fā)電機相連，有機透平與回熱器相連，回熱器依次與凝結器、冷卻塔連接，冷卻塔的冷凝出口又通過冷卻水循環(huán)泵與凝結器連接，凝結器依次與回熱器及蒸汽發(fā)生器的熱源出口一側回路連接，并在凝結器和回熱器之間的回路設置儲液罐和工質加壓泵，在回熱器和蒸汽發(fā)生器之間的回路設置噴射-引射混合器。

所述蒸汽發(fā)生器、凝結器及回熱器采用板式、板翅式、板殼式或螺旋板式的緊湊式換熱器。

本實用新型的工作原理為：中低溫液態(tài)熱源介質與循環(huán)工質在蒸汽發(fā)生器中換熱，使循環(huán)工質蒸發(fā)，過熱蒸汽從蒸汽發(fā)生器出來后，進入氣液分離器中，干飽和蒸汽進入到有機透平膨脹做功，驅動發(fā)電機輸出電力；從有機透平排氣口出來的乏汽進入到回熱器，對從工質加壓泵來的工質進行預熱，之后乏汽進入凝結器，通過冷卻塔完成冷凝，冷凝液流入儲液罐，再被工質加壓泵加壓輸送到氣液分離器入口，與噴嘴出口的新工質混合，再在噴射-引射混合器內擴壓后進入蒸發(fā)器。

由于板式、板翅式、板殼式及螺旋板式緊湊式換熱器沒有氣液物理分界面，為了確保進透平的有機工質均為干飽和蒸汽，在蒸汽發(fā)生器進口設置噴射-引射混合器，通過從工質加壓泵來的液態(tài)工質在噴射-引射混合器中產生的引射作用促進氣液分離器里液態(tài)工質重新回到蒸發(fā)器里吸熱汽化的重力循環(huán)，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

本實用新型采用板式、板翅式、板殼式及螺旋板式緊湊式換熱器作有機朗肯循環(huán)的蒸汽發(fā)生器、回熱器及凝結器，在極大地降低系統(tǒng)造價的同時，也使系統(tǒng)的緊湊性得到很大的提高，能有效促進有機朗肯循環(huán)技術在中低溫熱能高效利用領域的推廣應用。

本實用新型的緊湊式有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，可適用于回收種工業(yè)過程排放的中低溫余熱、太陽能熱能、生物質熱能及中高溫地熱。本實用新型的有益效果是：

（1）使有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的緊湊性得到極大的提高，減少了機組的尺寸，節(jié)約了安裝占地面積，更為機組實現模塊化創(chuàng)造了較好的條件；

（2）使有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的設備造價得到極大的降低，與采用傳統(tǒng)的管殼換熱器相比，換熱設備的造價約可降低50%以上；