[發明專利]一種有機朗肯?斯特林機聯合循環發電系統及其使用方法

有效

• 申請號: 201510050728.X
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104727871B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 徐進良;鄒景煌;楊緒飛
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F01K23/08
• 分類號: F01K23/08;F01K25/08;F02G1/043;F02G1/055
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域

本發明屬于能源與動力技術領域，特別涉及一種有機朗肯-斯特林機聯合循環發電系統及其使用方法。

背景技術

斯特林發動機是倫敦的牧師羅巴特·斯特林(Robert·Stirling)于1816年發明的，所以命名為“斯特林發動機”(Stirling engine)。斯特林發動機是獨特的熱機，因為他們實際上的效率幾乎等于理論最大效率，稱為卡諾循環效率。斯特林發動機是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產生動力的。這是一種外燃發動機，使燃料連續地燃燒，蒸發的膨脹氫氣(或氦氣)作為動力氣體使活塞運動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復地進行這樣的循環過程。由于外燃機避免了傳統內燃機的震爆做功問題，從而實現了高效率、低噪音、低污染和低運行成本。

有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle，簡稱ORC)是以低沸點有機物為工質的朗肯循環，主要由余熱鍋爐(或換熱器)、透平、冷凝器和工質泵四大部套組成。有機工質在換熱器中從余熱流中吸收熱量，生成具一定壓力和溫度的蒸汽，蒸汽進入透平機械膨脹做功，從而帶動發電機或拖動其它動力機械。從透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷卻水放熱，凝結成液態，最后借助工質泵重新回到換熱器，如此不斷地循環下去。

有機朗肯循環是一種被認為能有效利用中低溫熱能的技術。盡管對有機朗肯循環的研究已有很多，但到目前為止，系統整體方面尚未得到全面優化，系統整體利用效率較低。例如，做功后排出的乏汽絕大部分能量經冷凝器放熱，熱量由冷卻水帶走后散失到空氣中。

因此如何利用熱力循環的熱力學基本定律，借鑒現有復合循環的組織思路及創新方法，尋找新的復合循環方法及理論，提高中低溫熱能的利用效率，具有十分重要的意義。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供了一種有機朗肯-斯特林機聯合循環發電系統及其使用方法，對有機朗肯循環加以改進，利用斯特林機回收有機朗肯循環中乏汽的部分熱量，從而實現有效提高整個熱力循環發電系統的熱效率的目的。

一種有機朗肯-斯特林機聯合循環發電系統，其工質儲液罐、工質泵、工質蒸發器、熱功轉換設備、斯特林機熱腔換熱器、工質冷凝器和工質儲液罐順次相連構成有機朗肯循環回路；儲水箱、給水泵、斯特林機冷腔換熱器、工質冷凝器、冷卻塔和儲水箱順次相連構成冷卻水循環回路；所述斯特林機熱腔換熱器和斯特林機冷腔換熱器分別與斯特林機相連；所述熱功轉換設備和斯特林機分別與其對應的發電機相連。

所述熱功轉換設備為透平機或膨脹機等其他形式的熱功轉換設備。

所述工質蒸發器設置一個或多個，多個工質蒸發器之間采用串聯、并聯或混聯方式連接。

所述工質冷凝器設置一個或多個，多個工質冷凝器之間采用串聯、并聯或混聯方式連接。

所述斯特林機熱腔換熱器和斯特林機冷腔換熱器分別采用公知的成熟技術配套。

本發明中未說明的設備、管道、儀表、閥門、保溫裝置等分別采用公知的成熟技術進行配套。

一種有機朗肯-斯特林機聯合循環發電系統的使用方法，包括如下步驟：

有機朗肯循環：儲存于工質儲液罐中的液態有機工質，經過工質泵送入蒸發器后吸收熱量，產生的有機工質蒸汽進入熱功轉換設備做功，帶動發電機發電，從熱功轉換設備排出的乏汽與斯特林機熱腔換熱器進行換熱，加熱斯特林機熱腔內的氣體，再進入工質冷凝器冷卻形成液態有機工質回到工質儲液中，從而形成有機朗肯循環回路；

冷卻水循環：儲水箱中的水經過給水泵送入斯特林機冷腔換熱器進行換熱，冷卻斯特林機冷腔內的氣體，再進入工質冷凝器冷卻工質，最后經過冷卻塔釋放熱量后回到儲水箱中，從而形成冷卻水循環回路；

斯特林機循環：斯特林機熱腔內的氣體通過斯特林機熱腔換熱器吸收熱功轉換設備排出的乏汽的熱量，變成高溫氣體，對外做功后進入斯特林機冷腔內，通過斯特林機冷腔換熱器進行冷卻，變成低溫氣體，再回到斯特林機熱腔內，從而形成斯特林機循環；在此循環過程中，通過連接于斯特林機冷熱腔體的機械設備進行做功，帶動發電機發電。

所述的斯特林機連接有機朗肯循環回路及冷卻水循環回路，斯特林機熱腔吸收有機朗肯循環回路的熱功轉換設備排出的乏汽的熱量，斯特林機冷腔向冷卻水釋放熱量。

在有機朗肯循環中采用單一組分的有機工質或有機工質的混合物作為循環介質。

所述斯特林機采用空氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、氮氣和氧氣中的一種以上作為斯特林機循環介質。

本發明的有益效果為：