CN204024736U - 有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置 ，包括蒸汽透平循环系统、第一级有机朗肯循环系统和第二级有机朗肯循环系统，所述蒸汽透平循环系统包括依次通过透平循环管道连接的热转化器、透平发电机组、第一蒸发器和透平工质泵，所述第一级有机朗肯循环系统包括依次通过第一朗肯循环管道连接的所述第一蒸发器、第一螺杆发电机组、第二蒸发器和第一加压泵，所述第一朗肯循环管道还与所述第二蒸发器的放热介质通道连通，所述第二级有机朗肯循环系统包括依次通过第二朗肯循环管道连接的所述第二蒸发器、第二螺杆发电机组和第二加压泵。该耦合发电装置可有效利用尾气和蒸汽中热量进行梯级发电，同时减小对环境污染。

Description

有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置。 

背景技术

大型化工、热电厂及地热中尾气和蒸汽中蕴含着大量热量，如果排放到大气中，实际上是对资源的浪费，目前尽管存在各种余热发电技术，但仅仅依靠单一的余热发电装置，不能使这些能量得到充分而有效利用。 

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电有效耦合发电装置/系统，能够有效利用尾气和蒸汽中的热量进行梯级发电，同时减小对环境的污染。 

本实用新型所采用的 ： 

一种有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，包括蒸汽透平循环系统、第一级有机朗肯循环系统和第二级有机朗肯循环系统，所述蒸汽透平循环系统包括依次通过透平循环管道连接的第一加压泵（透平工质泵）、热转化器、透平发电机组、第一级有机朗肯循环第二蒸发器、第一级有机朗肯循环第一蒸发器和透平储液罐/箱，所述透平循环管道与所述热转化器的吸热介质通道连通，与所述第一级有机朗肯循环第二蒸发器和第一蒸发器的放热介质通道连通；所述第一级有机朗肯循环系统包括依次通过第一级有机朗肯循环管道连接的所述第一级有机朗肯循环有机工质加压泵、第一蒸发器、第二蒸发器、第一螺杆发电机组、第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器、第二级有机朗肯循环系统第一蒸发器、第一级有机朗肯循环系统冷凝器和第一级有机朗肯工质储罐/箱，所述第一级有机朗肯循环管道与所述第一级有机朗肯循环第一蒸发器和所述第一级有机朗肯循环第二蒸发器的吸热介质通道连通，与第二级有机朗肯循环第二蒸发器和第二级有机朗肯循环第一蒸发器的放热介质通道连通；所述第二级有机朗肯循环系统包括依次通过第二朗肯循环管道连接的所述第二级有机朗肯循环工质加压泵、第二级有机朗肯循环第一蒸发器、第二级有机朗肯循环第二蒸发器、第二螺杆发电机组、第二级有机朗肯循环预热器、第二级有机朗肯循环冷凝器和第二级有机朗肯工质储液罐/箱，所述第二级有机朗肯循环管道与所述第二级有机朗肯循环第一蒸发器和第二级有机朗肯循环第二蒸发器的吸热介质通道连通。

优选的，所述第一级有机朗肯循环系统的冷凝器位于所述第二级有机朗肯循环系统的第一蒸发器和所述第一级有机朗肯循环系统的工质储液罐/箱之间，所述第二级有机朗肯循环系统的冷凝器位于所述第二级有机朗肯循环系统的螺杆发电机组、第二级有机朗肯循环系统冷凝器和所述第二级有机朗肯循环系统的工质储液罐/箱之间。 

优选的，所述蒸汽透平循环系统和第一级有机朗肯循环系统之间还设有第一级有机朗肯循环系统的第一蒸发器，所述第一级有机朗肯循环系统的第一蒸发器的放热介质通道串接在位于所述第一级有机朗肯循环的第二蒸发器与所述透平工质加压泵之间的透平循环管道上，所述第一级有机朗肯循环系统的第一蒸发器的吸热介质通道串接在所述第一级有机朗肯循环系统的第一级有机朗肯循环系统有机工质加压泵与所述第一级有机朗肯循环系统第二蒸发器之间的第一级有机朗肯循环管道上。 

进一步的，所述第一级有机朗肯循环发电系统和第二级有机朗肯循环系统之间还设有第二级有机朗肯循环系统的第一蒸发器，所述第二级有机朗肯循环系统的第一蒸发器的放热介质通道串接在所述第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器与所述第一级有机朗肯循环系统第一冷凝器之间的第一级有机朗肯循环管道上，所述第二级有机朗肯循环系统第一蒸发器的吸热介质通道串接在所述第二级有机朗肯循环系统有机工质加压泵与所述第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器之间的第二级有机朗肯循环管道上。 

优选的，所述第二级有机朗肯循环系统还设有内预热器，所述内预热器的放热介质通道串接在所述第二级有机朗肯循环的第二螺杆发电机组与所述第二级有机朗肯循环系统凝结器之间的第二级有机朗肯循环管道上，所述内预热器的吸热介质通道串接在所述第二级有机朗肯循环系统第一蒸发器与所述第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器之间的第二级有机朗肯循环管道上。 

通常，所述第一、第二级有机朗肯循环系统均设有储液罐/贮液罐，所述第一、第二级有机朗肯循环系统的所述储液罐/贮液罐分别设置在所述第一级有机朗肯循环系统有机工质凝结器与第一级有机朗肯循环系统有机工质加压泵之间和第二级有机朗肯循环系统有机工质凝结器与第二级有机朗肯循环系统有机工质加压泵之间。 

优选的，所述透平发电机组的发动机为涡轮机、螺杆膨胀机或蒸汽轮机，所述第一、第二螺杆发电机组的发动机为螺杆膨胀机。 

所述第一级有机朗肯循环第二蒸发器和所述第二级有机朗肯循环第二蒸发器均可以为板式换热器或其他形式的换热器。 

所述第一级有机朗肯循环第一蒸发器、所述第二级有机朗肯循环第一级蒸发器和所述第二级有机朗肯预热器均可以为列管式换热器或其他形式换热器。 

通常，所述蒸汽透平循环系统的循环介质可以为水，所述第一级有机朗肯循环系统的循环介质和所述第二级有机朗肯循环系统内的循环介质均可以为有机介质，所述有机介质优选为R113或R245fa或其他有机介质。 

本实用新型的有益效果： 

采用蒸汽透平循环系统发电与有机朗肯循环系统耦合低温发电，并通过各种优化的构造，通过能量的梯级利用原理，将含有余热的尾气或蒸汽中的热量分别通过蒸汽透平循环系统、第一级有机朗肯循环系统和第二级有机朗肯循环系统分别进行三次发电，有效提高热量的利用率，有利于避免能量浪费，并有利于保护环境。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。 

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供了一种蒸汽透平发电耦合一种有机朗肯循环低温发电装置/系统，包括蒸汽透平循环发电系统、第一级有机朗肯循环低温发电系统和第二级有机朗肯循环低温发电系统。所述蒸汽透平循环发电系统包括蒸汽透平循环管道依次通过第一加压泵1、热转化器2、蒸汽透平发电机组3、第一级有机朗肯循环低温发电系统第二蒸发器4、第一级有机朗肯循环低温发电系统第一蒸发器5和蒸汽透平循环发电系统储液箱/罐6；所述第一级有机朗肯循环低温发电系统包括依次通过的第一级有机朗肯循环管道连接的第一级有机工质加压泵7、第一级有机朗肯第一蒸发器5、第一级有机朗肯第二蒸发器4、第一级有机工质螺杆发电机组8、第二级有机朗肯第二蒸发器9、第二级有机朗肯第一蒸发器10、第一级有机工质凝结器11和第一级有机工质储罐/箱12；所述第二级有机朗肯循环低温发电系统包括依次通过第二级有机朗肯循环管道连接的第二级有机工质加压泵13、第二级有机朗肯第一蒸发器10、第二级有机朗肯预热器15、第二级有机朗肯第二蒸发器9、第二级有机工质螺杆发电机组14、第二级有机工质凝结器16、第二级有机朗肯工质储罐/箱17等。由此形成三级发电系统的相互耦合，以前一级发电系统的余热作为后一级发电系统的动力，由此实现了能量的梯级充分利用，同时，由于后两级发电系统采用了有机朗肯循环的低温发电系统，由此可以将温度相对较低的介质热能利用起来，实现有效发电。 

所述蒸汽透平循环系统的热转化器2采集含有可利用余热的尾气、蒸汽（简称余热尾气或余热蒸汽）和地热中的热量，通过热转化器2将热量传递到蒸汽透平循环系统的循环介质，驱动蒸汽透平进行发电，由于这时的温度相对较高，采用蒸汽透平发电有利于增加发电量。驱动蒸汽透平发电机组后的介质往往还残存一定热量，蒸汽透平循环系统的介质通过第一级有机朗肯循环第二蒸发器与第一级有机朗肯循环系统的第一循环工质换热，换热后的蒸汽透平循环系统介质的内部热量降低，再通过第一级有机朗肯循环系统第一蒸发器继续与第一级有机朗肯循环系统的第一循环工质换热，然后进入透平工质储液罐/箱，然后在蒸汽透平工质泵的作用下在蒸汽透平发电装置中循环流动；第一级有机朗肯循环介质吸收了第一级有机朗肯循环系统第二蒸发器热量后驱动第一螺杆发电机组对外发电，然后第一级有机朗肯循环介质再通过第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器与第二级有机朗肯循环低温发电装置的第二循环介质换热，第一级有机朗肯循环介质再通过第一级有机朗肯循环加压泵在第一级有机朗肯循环发电装置中循环流动；第二级有机朗肯循环低温发电系统有机工质在第二级有机朗肯循环第二蒸发器中与第一级有机朗肯工质换热后驱动第二螺杆发电机组对外发电，再通过第二级有机朗肯循环系统第二加压泵在第二级有机朗肯循环发电装置中循环流动。 

通过以上方式将尾气、蒸汽和地热中的热量分别通过蒸汽透平循环系统、第一级有机朗肯循环系统和第二级有机朗肯循环系统分别进行三次发电，提高热量的利用率，保护环境。 

在所述第一级有机朗肯循环系统螺杆发电机组8和所述第一级有机朗肯循环系统工质加压泵之间的第一级有机朗肯循环管道上还设有第一级ORC有机工质凝结器11，在所述第二级有机朗肯循环系统螺杆发电机组14和所述第二级ORC有机工质加压泵之间的第二级有机朗肯循环管道上还设有第二级有机工质凝结器16。第一级有机工质凝结器和第二级有机工质凝结器的设置，使得气态的第一级有机循环介质和第二级有机循环介质分别通过第一级有机工质凝结器和第二级有机工质凝结器时恢复到液态，便于第一级有机循环介质和第二级有机循环介质的循环。 

为了更充分地利用热能，所述蒸汽透平循环系统和第一级有机朗肯循环系统之间设有用于进一步热交换的第一级ORC发电系统第一蒸发器5，所述第一级有机朗肯循环第二蒸发器与所述蒸汽透平工质泵之间的蒸汽透平循环管道可以与所述第一级ORC发电系统第一蒸发器5的放热介质通道连通，所述第一级有机朗肯循环有机工质加压泵与所述第一级有机朗肯循环的第二蒸发器之间的第一级有机朗肯循环管道可以与所述第一级有机朗肯循环第一蒸发器的预热通道连通。第一级有机朗肯循环第一蒸发器的设置，液态的第一级有机朗肯循环介质通过第一级有机朗肯循环第一蒸发器与蒸汽透平循环系统的介质进行换热（对第一级有机循环介质进行预热），预热后的第一级有机循环介质再通过第一级有机朗肯循环系统第二蒸发器与蒸汽透平循环系统的介质换热，使得第一级有机循环介质气化，从而推动第一级有机朗肯循环螺杆发电机组对外发电。第一级有机朗肯循环系统第一蒸发器的设置可保证第一级有机循环介质吸收足够的热量，保证第一螺杆发电机组的正常工作。 

进一步的，所述第一级有机朗肯循环系统和第二级有机朗肯循环系统之间还可以设有第二级有机朗肯循环系统第一蒸发器10，所述第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器与所述第一级有机朗肯循环系统凝结器11之间的第一级有机朗肯循环管道可以与所述第二级有机朗肯循环系统的第一蒸发器10的放热介质通道连接，所述第二级有机朗肯循环有机工质加压泵13与所述第二级有机朗肯循环系统的第二蒸发器9之间的第二级有机朗肯循环管道可以与所述第二级有机朗肯循环系统第一蒸发器10的预热通道连接。液态的第二级有机朗肯循环系统的循环介质可以通过第二级有机朗肯循环第一蒸发器10与第一级有机朗肯循环介质换热（对第二级有机朗肯循环介质进行预热），预热后的第二级有机朗肯循环介质再通过第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器与第一级有机朗肯循环介质进行换热，使得第二级有机朗肯循环介质气化，从而推动第二级有机朗肯循环系统螺杆发电机组对外发电。第二级有机朗肯循环第一蒸发器的设置可保证第二级有机朗肯循环介质吸收足够的热量，确保第二级有机朗肯循环介质经过第二级有机朗肯循环第二蒸发器时气化，进而保证第二螺杆发电机组的正常工作。 

所述第二级有机朗肯循环管道上还设有第二级有机朗肯预热器15，所述第二级有机朗肯循环螺杆发电机组14与所述第二级有机朗肯循环有机工质凝结器之间的第二级有机朗肯循环管道与所述第二级有机朗肯循环有机工质预热器15的放热介质通道连通，所述第二级有机朗肯循环第一、第二蒸发器之间的第二级有机朗肯循环管道与所述第二级有机朗肯循环有机工质预热器15预热通道连接。第二级有机朗肯循环有机工质预热器15的设置，使第二级有机朗肯循环有机介质在进入第二级有机朗肯循环系统凝结器16之前与经过冷凝的液态第二级有机朗肯循环介质进行换热，首先，降低了第二级有机朗肯循环介质进入凝结器16时的温度，减少凝结器16冷凝过程所需要的能量；其次，又对液态的第二级有机朗肯循环介质进行一次预热，保证第二螺杆发电机组的正常工作。 

优选地，所述蒸汽透平发电机组的发动机3可以为涡轮机、膨胀机或蒸汽轮机，所述第一、第二螺杆发电机组的发动机可以为螺杆膨胀机或涡轮机，所述第一级有机朗肯循环第二蒸发器和所述第二级有机朗肯循环第二蒸发器均可以为板式换热器或其他形式换热器，所述第一级有机朗肯循环系统第一蒸发器5、所述第二级有机朗肯循环第一蒸发器10和所述有机工质预热器15均可以为列管式预热器或其他换热器，所述第一级有机循环介质和所述第二级有机循环介质可以为R113或R245fa或其他工质。 

所述各循环管道与相应各设备之间的连接/连通可依据现有技术，所述各发电机组主要包括由相应介质驱动的发动机和由所述发动机驱动的相应发电机，相应管道与发电机组连接指以发动机介质进口和入口将发动机介质通道串接入相关管道。 

Claims (10)

1.一种有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电 ，其特征在于包括蒸汽透平循环系统、第一级有机朗肯循环系统和第二级有机朗肯循环系统，所述蒸汽透平循环系统包括依次通过透平循环管道连接的第一加压泵、热转化器、透平发电机组、第一级有机朗肯循环第二蒸发器、第一级有机朗肯循环第一蒸发器和透平储液罐/箱，所述透平循环管道与所述热转化器的吸热介质通道连通，与所述第一级有机朗肯循环第二蒸发器和第一蒸发器的放热介质通道连通；所述第一级有机朗肯循环系统包括依次通过第一级有机朗肯循环管道连接的所述第一级有机朗肯循环有机工质加压泵、第一蒸发器、第二蒸发器、第一螺杆发电机组、第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器、第二级有机朗肯循环系统第一蒸发器、第一级有机朗肯循环系统冷凝器和第一级有机朗肯工质储罐/箱，所述第一级有机朗肯循环管道与所述第一级有机朗肯循环第一蒸发器和所述第一级有机朗肯循环第二蒸发器的吸热介质通道连通，与第二级有机朗肯循环第二蒸发器和第二级有机朗肯循环第一蒸发器的放热介质通道连通；所述第二级有机朗肯循环系统包括依次通过第二朗肯循环管道连接的所述第二级有机朗肯循环工质加压泵、第二级有机朗肯循环第一蒸发器、第二级有机朗肯循环第二蒸发器、第二螺杆发电机组、第二级有机朗肯循环预热器、第二级有机朗肯循环冷凝器和第二级有机朗肯工质储液罐/箱，所述第二级有机朗肯循环管道与所述第二级有机朗肯循环第一蒸发器和第二级有机朗肯循环第二蒸发器的吸热介质通道连通。

2.根据权利要求1所述的有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，其特征在于所述第一级有机朗肯循环系统的冷凝器位于所述第二级有机朗肯循环系统的第一蒸发器和所述第一级有机朗肯循环系统的工质储液罐/箱之间，有机朗肯循环系统的冷凝器位于所述第二级有机朗肯循环系统的螺杆发电机组和所述第二级有机朗肯循环系统的工质储液罐/箱之间。

3.根据权利要求2所述的有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，其特征在于所述蒸汽透平循环系统和第一级有机朗肯循环系统之间还设有第一级有机朗肯循环系统的第一蒸发器，所述第一级有机朗肯循环系统的第一蒸发器的放热介质通道串接在位于所述第一级有机朗肯循环的第二蒸发器与所述透平工质加压泵之间的透平循环管道上，所述第一级有机朗肯循环系统的第一蒸发器的吸热介质通道串接在所述第一级有机朗肯循环系统的第一级有机朗肯循环系统有机工质加压泵与所述第一级有机朗肯循环系统第二蒸发器之间的第一级有机朗肯循环管道上。

4.根据权利要求3所述的有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，其特征在于所述第一级有机朗肯循环发电系统和第二级有机朗肯循环系统之间还设有第二级有机朗肯循环系统的第一蒸发器，所述第二级有机朗肯循环系统的第一蒸发器的放热介质通道串接在所述第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器与所述第一级有机朗肯循环系统第一冷凝器之间的第一级有机朗肯循环管道上，所述第二级有机朗肯循环系统第一蒸发器的吸热介质通道串接在所述第二级有机朗肯循环系统有机工质加压泵与所述第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器之间的第二级有机朗肯循环管道上。

5.根据权利要求4所述的有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，其特征在于所述第二级有机朗肯循环系统还设有内预热器，所述内预热器的放热介质通道串接在所述第二级有机朗肯循环的第二螺杆发电机组与所述第二级有机朗肯循环系统凝结器之间的第二级有机朗肯循环管道上，所述内预热器的吸热介质通道串接在所述第二级有机朗肯循环系统第一蒸发器与所述第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器之间的第二级有机朗肯循环管道上。

6.根据权利要求5所述的有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，其特征在于所述第一、第二级有机朗肯循环系统均设有储液罐/贮液罐，所述第一、第二级有机朗肯循环系统的所述储液罐/贮液罐分别设置在所述第一级有机朗肯循环系统有机工质凝结器与第一级有机朗肯循环系统有机工质加压泵之间和第二级有机朗肯循环系统有机工质凝结器与第二级有机朗肯循环系统有机工质加压泵之间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，其特征在于所述透平发电机组的发动机为涡轮机、螺杆膨胀机或蒸汽轮机，所述第一、第二螺杆发电机组的发动机为螺杆膨胀机。

8.根据权利要求6所述的有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，其特征在于所述第一级有机朗肯循环系统第二蒸发器和所述第二级有机朗肯循环系统第二蒸发器均为板式换热器。

9.根据权利要求6所述的有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，其特征在于所述第一级有机朗肯循环系统第一蒸发器、所述第二级有机朗肯循环系统第一蒸发器和所述第二级有机朗肯预热器均为列管式预热器。

10.根据权利要求6所述的有机朗肯循环低温发电与蒸汽透平发电相互耦合发电装置，其特征在于所述蒸汽透平循环系统的循环介质为水，所述第一级有机朗肯循环系统内的循环介质和所述第二级有机朗肯循环系统内的循环介质均为有机 。