CN110159377A - 中低温地热工质梯级利用orc磁悬浮发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其包括一级ORC发电机组以及二级ORC发电机组；所述一级ORC发电机组包括，用于对第一工质加压的第一循环泵，用于蒸发第一工质的一级蒸发器，与所述一级蒸发器连接的一级磁悬浮发电机，与所述一级磁悬浮发电机连接的用于蒸发第二工质的二级蒸发器；所述二级ORC发电机组包括，用于对第二工质加压的第二循环泵，所述二级蒸发器，与所述二级蒸发器连接的二级磁悬浮发电机，分别与所述二级蒸发器以及所述二级磁悬浮发电机连接的第一冷凝器。本发明解决了现有技术中中低温地热发电效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及地热能发电技术领域，尤其涉及中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统。
背景技术
随着化石能源的逐渐枯竭，地热能因其储量丰富、分布广泛、稳定性好、不受季节、环境、气候、昼夜等外界因素干扰等优点成为未来绿色能源利用中颇具竞争力的一员。我国地热能储量丰富，年可开采量折合相当于标准煤26亿吨，其中超过70%可开采资源属于中低温地热资源。但是，中低温地热资源作为低品位能源，开发利用难度大，目前主要以直接热利用为主，如温泉、供暖等。部分地区采用有机朗肯循环（ORC），利用低沸点的有机工质进行中低温地热汽轮机发电，但是电效率低下（不足10%）制约着中低温地热发电利用的推广。中低温地热资源发电效率低下（不足10%）制约着其发电利用的推广。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，旨在解决现有利用中低温地热发电效率低下的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，包括：
ORC发电机组，包括一级ORC发电机组以及二级ORC发电机组；
所述一级ORC发电机组包括，用于对第一工质加压的第一循环泵，用于蒸发第一工质的一级蒸发器，与所述一级蒸发器连接的一级发电机，与所述一级发电机连接的用于蒸发第二工质的二级蒸发器；
所述二级ORC发电机组包括，用于对第二工质加压的第二循环泵，所述二级蒸发器，与所述二级蒸发器连接的二级发电机，与所述二级发电机连接的第一冷凝器。
所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，所述一级ORC发电机组还包括，用于给经与二级蒸发器换热降温后的第一工质进行第二级降温的吸收式制冷装置。
所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，所述吸收式制冷装置包括：
用于第三工质浓缩的发生器，与所述发生器连接的第二冷凝器、与所述二级蒸发器连接的第三冷凝器以及与所述第三冷凝器连接的吸收器；
所述发生器第一出口与所述第二冷凝器第一入口连接，所述第二冷凝器第一出口与所述第三冷凝器的第一入口连接，所述第三冷凝器的第一出口与所述吸收器第一入口连接；
所述二级蒸发器第一出口与所述第三冷凝器第二入口连接；所述第三冷凝器第二出口经所述第一循环泵与所述一级蒸发器入口连接；
所述吸收器第一出口与所述发生器入口连接，所述发生器第二出口与所述吸收器第二入口连接。
所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，所述一级发电机以及所述二级发电机均为磁悬浮透平发电机。
所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，所述第一工质的沸点高于所述第二工质的沸点。
所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，所述第二工质为R123或R124。
所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间设置有节流阀。
所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，所述吸收器出口与发生器之间设置有第三循环泵。
所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，所述第三工质为二元工质。
所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，所述第三工质为溴化锂溶液。
有益效果：本发明所提供的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，通过工质以及地热能梯级利用有效提高了中低温地热热量利用效率，提升了地热发电总量。
附图说明
图1是本发明实施实例提供的第一种中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统框图。
图2是本发明实施实例提供的第二种中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明公开的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，所述ORC发电机组包括两组即一级ORC发电机组和二级ORC发电机组，其中，所述一级ORC发电机组包括一级蒸发器10、与所述一级蒸发器10连接的一级发电机101、与所述一级发电机101连接的二级蒸发器20，所述一级发电机101为磁悬浮透平发电机，与所述二级蒸发器20以及所述一级蒸发器10连接的第一循环泵102。
具体来说，所述一级ORC发电机组发电过程涉及一级有机朗肯循环，即中低温地热水经过一级蒸发器10，使经过一级蒸发器的第一工质吸收热量后蒸发，形成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入一级磁悬浮透平发电机101中膨胀做功带动一级磁悬浮发电机发电，一级磁悬浮发电机出口乏汽随后进入二级蒸发器20冷凝并为二级有机朗肯循环提供热量，冷凝后液态工质通过第一循环泵102，回到一级蒸发器10。
所述二级ORC发电机组包括，所述二级蒸发器20，与所述二级蒸发器20连接的二级发电机201，分别与所述二级蒸发器20以及所述二级发电机201连接的第一冷凝器202；所述二级发电机201为磁悬浮透平发电机。
具体来说，所述二级有机朗肯循环，即第二有机工质在所述二级蒸发器20中吸收从一级磁悬浮发电机101出口排出乏汽中的热能蒸发为第二有机工质蒸汽，随后具有较高温度和压力的第二有机工质蒸汽进入二级磁悬浮发电机201中膨胀做功带动二级磁悬浮发电机发电，二级磁悬浮发电机201出口乏汽进入第一冷凝器202中冷凝最终冷凝后液态第二有机工质，通过第二工质泵203回到所述二级蒸发器20中。通过增设二级ORC发电机组，使一级ORC发电机组中发电后的蒸汽再次利用，提高了热量的利用效率。
请参阅图2，在一些实施方式中，为了提高热量的利用率，在一级ORC发电机组中增加一个吸收式制冷装置，为所述经过与二级蒸发器换热降温后的第一工质进行二次降温。所述吸收式制冷装置包括依次循环连接的第三冷凝器30、吸收器303、第三循环泵304、发生器40、第二冷凝器301、以及节流阀302。所述发生器包括用于蒸汽排出的第一出口，用于浓缩后的工质浓缩液排出的第二出口，用于稀释后的液态工质进入的入口。所述第二冷凝器为水冷冷凝器，其包括工质管路以及冷水管路，所述工质管路包括第一入口和第一出口。所述第三冷凝器包括用于第一工质的流通的第一工质管道，用于第三工质蒸汽的流通的第三工质管道，所述第三工质管道，包括第一入口和第一出口，所述第一工质管道包括第二入口和第二出口。所述吸收器包括供从第三冷凝器冷凝后的液态工质进入的第一入口，供从所述发生器浓缩后的浓缩液进入的第二入口。
所述发生器40的第一出口与所述第二冷凝器301第一入口连接，所述发生器40的第二出口与所述吸收器303的第二入口连接；所述第二冷凝器301第一出口通过节流阀302与所述第三冷凝器的第一入口连接，所述第三冷凝器30的第一出口与所述吸收器303第一入口连接；所述吸收器303的出口通过第三循环泵304与所述发生器40的入口连接；
所述二级蒸发器20的第一工质出口与所述第三冷凝器第二入口连接；所述第三冷凝器第二出口经所述第一循环泵102与所述一级蒸发器10的入口连接。需要说明的是上述所述的“第一”、“第二”、“出口”、“入口”仅用于表述的方便，并不具有特殊含义，也不用于限定。
具体来说，从一级蒸发器10中排出的具有余温的地热水通入发生器40，将发生器40中的二元工质浓缩(所述二元工质为两种不同沸点工质的混合溶液，例如溴化锂溶液)，二元工质在发生器40中分离，低沸点的工质气化后进入第二冷凝器301，剩余高浓度的二元工质浓缩液通入吸收器303中。低沸点的工质蒸汽在第二冷凝器301中液化，液化后的低沸点工质经节流阀302降压后通入所述第三冷凝器30，此时第三冷凝器30中的压力低于所述低沸点工质的饱和压力而蒸发吸热，冷却一级ORC循环中经与二级蒸发器换热降温后的第一工质。随后低沸点工质蒸汽被送入所述吸收器303中，在吸收器303中与所述高浓度浓缩液混合，混合后的溶液经第三循环泵304加压后被送到所述发生器40。通过增设吸收式制冷装置，不但使一级ORC循环中的第一工质做功前后的温差增大，还能利用从一级蒸发器排出的地热水的余热，提高了地热发电的发电功率和地热能的利用效率。
需要说明的是上述三个循环之间并非孤立运行，而是相互耦合、相互联系。所述二级蒸发器不仅是一级有机朗肯循环的冷凝器，同时也是二级有机朗肯循环的蒸发器，通过二级蒸发器将传统发电机系统中本该传递到大气环境中的具有余温乏汽的热量继续用于发电，提高中低温地热能的利用率，进而提高发电效率，增加发电量。吸收式制冷循环可以使吸收式制冷循环产生的冷量用于降低有机朗肯循环的冷凝温度和冷凝压力，从而增大磁悬浮发电机进出口两端的温差和压差，提高发电机的发电功率，进而增加发电量以及提高中低温地热能的利用效率。
综上所述，本发明提供了一种中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，所述中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其包括ORC发电机组，以及吸收式制冷装置，所述ORC发电机组包括一级ORC发电机组和二级ORC发电机组。本发明中中低温地热水依次经过一级有机朗肯循环的蒸发器和吸收式制冷的发生器。其中吸收式制冷发生器利用从一级有机郎肯循环的蒸发器排放的具有余温地热水中获得的热量用于吸收式制冷来提升发电循环效率，实现了地热能的梯级利用。
本发明中的透平发电机并非传统的汽轮发电机，而是磁悬浮汽轮发电机，在本文中简称磁悬浮发电机。磁悬浮发电机采用的是磁悬浮轴承，转子与轴承之间不相互接触，因此机械摩擦小，发电机的转速高，从而提高发电效率。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，包括：
ORC发电机组，包括一级ORC发电机组以及二级ORC发电机组；
所述一级ORC发电机组包括，用于对第一工质加压的第一循环泵，用于蒸发第一工质的一级蒸发器，与所述一级蒸发器连接的一级发电机，与所述一级发电机连接的用于蒸发第二工质的二级蒸发器；
所述二级ORC发电机组包括，用于对第二工质加压的第二循环泵，所述二级蒸发器，与所述二级蒸发器连接的二级发电机，与所述二级发电机连接的第一冷凝器。
2.根据权利要求 1所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述一级ORC发电机组还包括，用于给经与二级蒸发器换热降温后的第一工质进行第二级降温的吸收式制冷装置。
3.根据权利要求2所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述吸收式制冷装置包括：
用于第三工质浓缩的发生器，与所述发生器连接的第二冷凝器、与所述二级蒸发器连接的第三冷凝器以及与所述第三冷凝器连接的吸收器；
所述发生器第一出口与所述第二冷凝器第一入口连接，所述第二冷凝器第一出口与所述第三冷凝器的第一入口连接，所述第三冷凝器的第一出口与所述吸收器第一入口连接；
所述二级蒸发器第一出口与所述第三冷凝器第二入口连接；所述第三冷凝器第二出口经所述第一循环泵与所述一级蒸发器入口连接；
所述吸收器第一出口与所述发生器入口连接，所述发生器第二出口与所述吸收器第二入口连接。
4.根据权利要求1-3任一所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述一级发电机以及所述二级发电机均为磁悬浮透平发电机。
5.根据权利要求1所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述第一工质的沸点高于所述第二工质的沸点。
6.根据权利要求1所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述第二工质为R123或R124。
7.根据权利要求3所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述第二冷凝器与所述第三冷凝器之间设置有节流阀。
8.根据权利要求3所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述吸收器出口与发生器之间设置有第三循环泵。
9.根据权利要求3所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述第三工质为二元工质。
10.根据权利要求9所述的中低温地热工质梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述第三工质为溴化锂溶液。
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