[發明專利]一種有機朗肯循環發電裝置

在審

• 申請號: 201710656784.7
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN109386330A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 張涌;張立文
• 申請（專利權）人: 北京歐華綠色科技有限公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K9/00;F01K13/00
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 殷炳蕾

本發明涉及一種有機朗肯循環發電裝置，包括預熱器、降膜式蒸發器、氣液分離器、膨脹機、發電機、回熱器、蒸發式冷凝器組件、儲液器、和工質泵。本發明采用蒸發式冷凝器組件，使裝置的ORC理論效率提高5％以上，同時大大降低了冷卻水循環水泵功耗以及風機功耗。蒸發冷凝器組件的耗水率也僅為傳統裝置冷卻塔耗水率的10％以下，由于一體化設計，使得系統占地面積減小。提高了凈發電量，減少了水資源消耗，大大縮短投資回收期。采用預熱器和降膜式蒸發器提高了蒸發溫度，使蒸發溫度更接近熱源流體溫度，可使蒸發溫度僅比熱源流體出口溫度低0.5℃，此外采用預熱器和降膜式蒸發器的方式，優化了系統設計，大大減少有機工質的充注量，換熱效率的提高。

技術領域

本發明涉及有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle，ORC)發電技術領域，具體涉及一種有機朗肯循環發電裝置。

背景技術

能源短缺、環境污染已發展為世界范圍的問題，節能減排、降低能耗、提高能源的綜合利用率，是解決能源問題的根本途徑。如何合理高效利用工業余熱、地熱能、太陽能、生物質能及海洋能，已成為節能減排工作的重要內容。在工業余熱、地熱能、太陽能、生物質能及海洋能中，其中的品位較低的低溫能源占了其中很大一部分，目前國際上對于利用300℃以下甚至更低的低溫熱能，一般采用的方法是有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle，ORC)發電技術。有機朗肯循環是以低沸點有機物為工質的朗肯循環，其工作原理如圖2所示；有機工質在蒸發器2中蒸發，從熱源1(工業余熱、地熱能、太陽能、生物質能及海洋能)中吸收熱量，生成具有一定壓力和溫度的蒸氣，經過氣液分離器3后，確保蒸氣不帶液進入膨脹機4膨脹做功，從而帶動發電機5發電，從透平排出的降壓降溫后的蒸氣先經過回熱器6預冷，再在冷凝器12中向冷卻水放熱，凝結成液態，進入到儲液器8，最后再通過工質泵9加壓后重新回到蒸發器2，如此不斷地循環，從而實現利用較低溫度熱能發電的目的，其中冷卻水通過冷卻水循環泵13送至冷卻塔14，并通過冷卻塔水的蒸發最終將熱量散至冷源(空氣)11中，冷卻后的水回到冷凝器12中。

有機朗肯循環發電裝置的凈發電量，受冷熱源溫度的影響(對同一工質來說，溫差越大，發電效率越高)，同時還需要扣除裝置的自耗功。系統凈發電量越高，其他消耗越少，則整個系統的投資回收期越短。對于傳統的有機朗肯循環裝置，由于采用冷卻塔進行冷卻，其冷卻水溫度將受空氣濕球溫度的影響，一般冷卻塔濕球逼近溫度大于4℃，則冷卻水進入冷凝器的溫度至少高于空氣濕球溫度4℃，若冷凝器冷卻水設計溫升為8℃，再考慮冷凝器的換熱溫差，則有機工質的冷凝溫度至少要高于空氣濕球溫度15℃。裝置的自耗功包括工質泵、冷卻水循環泵和冷卻塔風機的功耗，一般傳統有機朗肯循環裝置冷卻水循環量大，且冷卻塔放置由于現場原因離冷凝器較遠，冷卻水泵揚程高，冷卻水泵的功耗較大，同時，耗水率約為冷卻水循環量的1.5％。

目前一般的有機朗肯循環發電裝置采用的蒸發器大多是干式蒸發器或板式蒸發器，但因需要較大傳熱溫差，蒸發溫度難以提高。

與采用干式蒸發器或板式蒸發器的有機朗肯循環發電裝置相比，由于降膜式蒸發器采用膜態蒸發換熱，使得有機工質蒸發溫度可以有效提高2℃左右，在冷凝溫度不變的條件下，能提高理論ORC效率2％以上，裝置發電量提高2％左右。

若有機朗肯循環發電裝置采用單一降膜式蒸發器，由于工質泵出口的有機工質流體為具有幾十K過冷度的液體，直接進入降膜式蒸發器蒸發的話，會導致部分換熱管為全顯熱交換，部分換熱管均處于降膜式蒸發狀態，整體換熱效果較差，導致降膜式蒸發器換熱面積需要大大增加，且降膜式蒸發器成本高于干式蒸發器，這種方式經濟性較差。

發明內容

本發明的目的是提高傳統有機朗肯循環發電裝置的效率及凈發電量。

為實現上述目的，本發明提供了一種有機朗肯循環發電裝置。