[發明專利]有機朗肯循環發電系統

有效

• 申請號: 201610146509.6
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN105626175B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 葛建民;馬新軍;鄭洪財
• 申請（專利權）人: 山東科靈節能裝備股份有限公司
• 主分類號: F01K25/14
• 分類號: F01K25/14;F25B41/00;F25B40/06
• 代理公司: 濰坊正信專利事務所37216
• 代理人: 呂艷芹

技術領域

本發明涉及發電系統技術領域，具體地說，涉及一種有機朗肯循環發電系統。

背景技術

低溫熱能是指品味相對較低的熱能，低溫熱能的溫度一般低于200℃，這些能源種類繁多，包括工業廢熱、地熱、生物質能、海洋溫差能、太陽能等等多種可再生資源；其總量巨大，據統計，目前人類所利用的熱能中有50％最終以低品位廢熱的形式直接排放。有機朗肯循環系統是一種應用低于200℃的低溫熱能的最為常見的發電用熱力循環系統。

圖1為現有的有機朗肯循環發電系統的流程示意圖，參照圖1，現有的有機朗肯循環發電系統包括蒸發器16、膨脹機17、發電機20、冷凝器18和工質泵19，其中蒸發器的出口通過高壓氣體管路與膨脹機的入口連接，膨脹機的出口通過低壓氣體管路與冷凝器的入口連接，冷凝器出口通過低壓液體管路與工質泵入口連接，工質泵出口通過高壓液體管路與蒸發器入口連接，膨脹機的輸出端連接發電機?，F有的這種有機朗肯循環發電系統包括等熵壓縮、等壓加熱、等熵膨脹和等壓冷凝四個主要熱力過程。首先，工作介質在工質泵中進行等熵壓縮后，進入到蒸發器等壓加熱，并蒸發成為高溫高壓的蒸汽，之后進入膨脹機中等熵膨脹，向外界輸出機械功，膨脹后的蒸汽進入冷凝器，與冷卻介質換熱進行等壓冷凝為液態，最后重新進入工質泵中開始下一次的循環。現有的這種有機朗肯循環發電系統的優勢是結構簡單、容易實現、效率相對較高。但是現有的這種有機朗肯循環發電系統在實際運行中存在以下技術難題：冷源通常使用自然資源，全年溫度在-20℃至35℃范圍內波動，溫度波動很大，熱源溫度波動雖小，但也會隨氣溫變化產生波動，而現有的這種有機朗肯循環發電系統中，膨脹機的內容積比通常是固定的，發電系統的設計工況通常按全年平均工況，系統的實際運行工況偏離設計工況的運行時間很長，在夏季氣溫較高的情況下，冷凝壓力升高，膨脹機的出口背壓增大，大于膨脹機的膨脹室內的壓力，膨脹機的出口背壓會逆向影響膨脹室內的壓力，增大膨脹室內的壓力，使膨脹機內氣體過膨脹，在排氣時再被壓縮，致使膨脹效率大大降低；在冬季氣溫較低時，冷凝壓力降低，膨脹機出口背壓減小，小于膨脹機的膨脹室內的壓力，膨脹機的出口背壓會逆向影響膨脹室內的壓力，降低膨脹室內的壓力，使膨脹機內的氣體膨脹不足，產生欠膨脹，在排氣時發生二次膨脹，致使膨脹效率降低。現有的這種有機朗肯循環發電系統中，膨脹機產生的過膨脹和欠膨脹問題使發電系統平均運行效率降低，平均發電量減少，更嚴重的是，還會產生膨脹后氣體進入氣液兩相區，導致膨脹機嚴重損壞等重大故障。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是：提供一種能夠有效地防止膨脹機的過膨脹和欠膨脹問題、從而能夠提高整個系統運行效率的有機朗肯循環發電系統。

本發明所要解決的第二個技術問題是：提供一種能夠有效地防止膨脹機的過膨脹和欠膨脹問題、從而能夠提高整個系統運行效率的有機朗肯循環發電系統的控制方法。

為解決上述第一個技術問題，本發明的技術方案是：

有機朗肯循環發電系統，包括循環發電主回路和膨脹機膨脹氣體調節回路；

所述循環發電主回路包括依次設置的高壓蒸發器、膨脹機、冷凝器、高壓工質泵和發電機，所述高壓蒸發器的工質出口通過主氣管道連接至所述膨脹機的主氣進口，所述膨脹機的排氣口通過排氣管道連接至所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口通過管道連接至所述高壓工質泵的入口，所述高壓工質泵的出口連接至所述高壓蒸發器的工質入口，所述膨脹機的輸出端連接所述發電機，所述膨脹機上設置有膨脹氣體調節口,所述膨脹氣體調節口連通所述膨脹機的膨脹室；

所述膨脹機膨脹氣體調節回路包括低壓蒸發器、低壓工質泵和回熱器，所述低壓工質泵的入口通過管道連接至所述冷凝器的出口，所述低壓工質泵的出口通過管道連接至所述低壓蒸發器的工質入口，所述低壓蒸發器的工質出口通過補氣管道連接至所述膨脹機的膨脹氣體調節口，所述補氣管道上設有補氣閥，所述膨脹機的膨脹氣體調節口還通過抽氣管道連接至所述回熱器的第一換熱管路入口，所述回熱器的第一換熱管路出口通過管道連接至所述冷凝器的入口，所述抽氣管道上設有抽氣閥。

優選的，所述低壓工質泵與所述低壓蒸發器之間連接所述回熱器，所述低壓工質泵的出口連接所述回熱器的第二換熱管路入口，所述回熱器的第二換熱管路出口連接至所述低壓蒸發器的入口；

所述回熱器的工質出口通過調節管道連接至所述高壓蒸發器的工質入口，所述調節管道上設置單向閥，所述單向閥的進口連接至所述回熱器的工質出口，所述單向閥的出口連接至所述高壓蒸發器的工質入口。

為解決上述第二個技術問題，本發明的技術方案是：