專(zhuān)利名稱(chēng):采用變頻自動(dòng)控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種采用變頻自動(dòng)控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備，包括蒸發(fā)器、預(yù)熱器、儲(chǔ)液罐、冷凝器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)和冷卻塔。所述的發(fā)電設(shè)備由三組循環(huán)回路組成，循環(huán)回路一是供熱回路，循環(huán)回路二是發(fā)電及熱循環(huán)回路，循環(huán)回路三是冷卻回路。在蒸發(fā)器上安裝有模擬量液位變送器；模擬量液位變送器能準(zhǔn)確顯示蒸發(fā)液位及將信號(hào)傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)液位參數(shù)信號(hào)與設(shè)定值比較，通過(guò)工質(zhì)泵上的變頻設(shè)施對(duì)工質(zhì)液位進(jìn)行調(diào)節(jié)能精確顯示蒸發(fā)器內(nèi)有機(jī)工質(zhì)液位狀態(tài)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝容易，操作簡(jiǎn)單。發(fā)電機(jī)組占地小、通用性強(qiáng)、可以整機(jī)裝和移動(dòng)，合適工業(yè)余熱的特點(diǎn)和發(fā)電利用。維護(hù)檢修方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】采用變頻自動(dòng)控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于低溫余熱利用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種采用變頻調(diào)節(jié)工質(zhì)泵，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)有機(jī)工質(zhì)液位精確控制的低溫余熱發(fā)電設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]在低溫余熱領(lǐng)域，采用有機(jī)工質(zhì)(ORC)作為熱力循環(huán)的工質(zhì)與90°C以下低溫?zé)崴畵Q熱，有機(jī)工質(zhì)吸熱后產(chǎn)生高壓蒸汽，推動(dòng)雙工質(zhì)膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這是傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)不能做到的(傳統(tǒng)發(fā)電要求熱源溫度在350°C以上)，從而極大的拓寬了可以回收發(fā)電的余熱資源范圍，為建材、冶金、化工等行業(yè)的低溫余熱回收提供了更好的技術(shù)手段和設(shè)備。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)還可以推廣到可再生能源發(fā)電設(shè)備中(如地?zé)崮堋⑻?yáng)能和生物質(zhì)能)，為利用可再生能源發(fā)電提供了新技術(shù)方法。
[0003]原始應(yīng)用的機(jī)組，工質(zhì)泵自機(jī)組投運(yùn)后始終處于工頻滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，未考慮由于熱源溫度波動(dòng)造成蒸發(fā)器內(nèi)有機(jī)工質(zhì)液位的變化從而影響蒸發(fā)效率及運(yùn)行進(jìn)程。而蒸發(fā)器是吸熱、蒸發(fā)一體的，工質(zhì)走殼程，熱水走管程。工質(zhì)液位過(guò)低，低于換熱盤(pán)管水平位置，換熱效率下降；工質(zhì)液位過(guò)高，蒸發(fā)面積不足，冷凝器虧液，同樣影響換熱效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種新的采用變頻自動(dòng)控制技術(shù)的低溫余熱的發(fā)電設(shè)備。
[0005]本實(shí)用新型發(fā)電設(shè)備是這樣構(gòu)成的:
[0006]一種采用變頻自動(dòng)控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備，包括蒸發(fā)器、預(yù)熱器、儲(chǔ)液罐、冷凝器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)和冷卻塔；所述的發(fā)電設(shè)備由三組循環(huán)回路組成，循環(huán)回路一是供熱回路，循環(huán)回路二是發(fā)電及熱循環(huán)回路，循環(huán)回路三是冷卻回路；
[0007]循環(huán)回路一為:熱水源的出口通過(guò)熱水循環(huán)泵和逆止閥連接到蒸發(fā)器和預(yù)熱器中的管路一，管路一的出口再通過(guò)閥門(mén)連接到熱水源的回路入口形成循環(huán)回路；
[0008]循環(huán)回路二為:蒸發(fā)器和預(yù)熱器中的管路二的出口通過(guò)主汽閥連接螺桿膨脹機(jī)的入口，膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，膨脹機(jī)的出口通過(guò)閥門(mén)連接冷凝器中的管路一；冷凝器的管路一的出口連接儲(chǔ)液罐，儲(chǔ)液罐的出口通過(guò)工質(zhì)泵和逆止閥連接到蒸發(fā)器和預(yù)熱器中的管路二的入口形成循環(huán)回路；
[0009]循環(huán)回路三為:冷凝器中的管路二的出口通過(guò)閥門(mén)連接到冷卻塔的入口，冷卻塔的出口通過(guò)閥門(mén)、冷卻水泵與逆止閥連接到冷凝器中的管路二的入口形成循環(huán)回路；
[0010]所述的蒸發(fā)器上安裝有模擬量液位變送器；所述的工質(zhì)泵上設(shè)有變頻設(shè)施。
[0011]循環(huán)回路二中，在蒸發(fā)器中的管路二的出口與冷凝器的管路一的入口之間，加設(shè)了一個(gè)旁通管及電磁閥。
[0012]蒸發(fā)器、預(yù)熱器、冷凝器均是管殼式的換熱設(shè)備。
[0013]熱水循環(huán)泵、冷卻水泵上均設(shè)有變頻設(shè)施。
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0015]能精確顯示蒸發(fā)器內(nèi)有機(jī)工質(zhì)液位狀態(tài)；采用自動(dòng)控制技術(shù)，通過(guò)變頻器精準(zhǔn)調(diào)節(jié)工質(zhì)泵，減少不必要的工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器，使工質(zhì)最大化做功，并根據(jù)蒸發(fā)液位來(lái)保證儲(chǔ)液罐工質(zhì)不被抽空造成功率波動(dòng)。螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)適用于含鹽垢的流體，不怕結(jié)垢和污染介質(zhì)，能除垢自潔；螺桿膨脹機(jī)在熱源壓力、溫度和流量大范圍波動(dòng)情況下，內(nèi)效率基本不變，能保持機(jī)組穩(wěn)定、安全運(yùn)行。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝容易，操作簡(jiǎn)單。發(fā)電機(jī)組占地小、通用性強(qiáng)、可以整機(jī)裝和移動(dòng)，合適工業(yè)余熱的特點(diǎn)和發(fā)電利用。維護(hù)檢修方便。由于采用永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了源動(dòng)機(jī)到負(fù)載之間轉(zhuǎn)矩的無(wú)接觸傳遞，因?yàn)闊o(wú)物理性連接，由連接精度所造成的機(jī)械振動(dòng)和噪音大大降低。
[0016]本實(shí)用新型發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力設(shè)備為雙螺桿膨脹機(jī)，它是一種容積式的全流動(dòng)力設(shè)備，能適應(yīng)過(guò)熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水兩相和熱水工質(zhì)。本實(shí)用新型對(duì)于開(kāi)發(fā)新型、高效的低溫余熱發(fā)電設(shè)備，提高我國(guó)能源利用率，節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，都具有重要的意義。

【附圖說(shuō)明】

[0017]圖1是本實(shí)用新型的流程示意圖。
[0018]其中:熱水循環(huán)泵1、蒸發(fā)器2、預(yù)熱器3、工質(zhì)泵4、儲(chǔ)液罐5、冷卻水泵6、冷凝器7、主汽閥8、電磁閥9、膨脹機(jī)10、發(fā)電機(jī)11、冷卻塔12。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合圖1對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]本實(shí)用新型是一種采用變頻自動(dòng)控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備，該設(shè)備包括熱水源、蒸發(fā)器2、預(yù)熱器3、儲(chǔ)液罐5、冷凝器7、膨脹機(jī)10、發(fā)電機(jī)11和冷卻塔12。所述的發(fā)電設(shè)備由三組循環(huán)回路組成。循環(huán)回路一是供熱回路，循環(huán)回路二是發(fā)電及熱循環(huán)回路，循環(huán)回路三是冷卻回路。其中，循環(huán)回路一為:熱水源的出口通過(guò)熱水循環(huán)泵I和逆止閥連接到蒸發(fā)器2和預(yù)熱器3中的管路一，管路一的出口再通過(guò)閥門(mén)連接到熱水源的回路入口形成循環(huán)回路。循環(huán)回路二為:蒸發(fā)器2和預(yù)熱器3中的管路二的出口通過(guò)主汽閥8連接螺桿膨脹機(jī)10的入口，膨脹機(jī)10帶動(dòng)發(fā)電機(jī)11運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，膨脹機(jī)10的出口通過(guò)閥門(mén)連接冷凝器7中的管路一。冷凝器7的管路一的出口連接儲(chǔ)液罐5，儲(chǔ)液罐5的出口通過(guò)工質(zhì)泵4和逆止閥連接到蒸發(fā)器2和預(yù)熱器3中的管路二的入口形成循環(huán)回路。蒸發(fā)器2出口蒸汽接近飽和狀態(tài)。冷凝器7下的儲(chǔ)液罐5能夠保證冷凝液及時(shí)排走，不占有換熱空間。在蒸發(fā)器2中的管路二的出口與冷凝器7的管路一的入口之間，加設(shè)了一個(gè)旁通管及電磁閥9，其作用是旁通螺桿膨脹機(jī)10，能迅速減少膨脹機(jī)10兩端壓差，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供保證。膨脹機(jī)10飛車(chē)時(shí)控制設(shè)備自動(dòng)打開(kāi)旁通電磁閥9。旁通電磁閥9為常開(kāi)式，與工質(zhì)泵4 一起接入用電接口，當(dāng)斷電時(shí)，電磁閥9打開(kāi)使旁通打開(kāi)。循環(huán)回路三為:冷凝器7中的管路二的出口通過(guò)閥門(mén)連接到冷卻塔12的入口，冷卻塔12的出口通過(guò)閥門(mén)、冷卻水泵6與逆止閥連接到冷凝器7中的管路二的入口形成循環(huán)回路。
[0021]在上述所有設(shè)置有管路一和管路二的設(shè)備中，每一設(shè)備中的管路一和管路二中的流體的流動(dòng)方向都是相反的。
[0022]該設(shè)備有三個(gè)管殼式的換熱設(shè)備，分別是滿(mǎn)液式蒸發(fā)器2、預(yù)熱器3、冷凝器7。其中預(yù)熱器3能夠保證液態(tài)工質(zhì)有足夠的顯熱吸收，而滿(mǎn)液式的蒸發(fā)器2換熱效率高，具有較高的蒸發(fā)溫度，工質(zhì)壓降較小且蒸發(fā)溫度均勻。
[0023]工質(zhì)泵4、熱水循環(huán)泵1、冷卻水泵6上均設(shè)有變頻設(shè)施，采用變頻控制。通過(guò)調(diào)整泵的頻率，改變出力。
[0024]本實(shí)用新型重要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)還在于:在蒸發(fā)器2上安裝有模擬量液位變送器；模擬量液位變送器能準(zhǔn)確顯示蒸發(fā)液位及將信號(hào)傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)液位參數(shù)信號(hào)與設(shè)定值比較，通過(guò)工質(zhì)泵上的變頻設(shè)施對(duì)工質(zhì)液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)控制有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器2的液量。所述的模擬量液位變送器及控制系統(tǒng)均為現(xiàn)有技術(shù)，此說(shuō)明書(shū)中不再詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本實(shí)用新型的工作過(guò)程是:
[0026]熱水源輸出的高溫余熱熱水通過(guò)熱水循環(huán)泵1，依次進(jìn)入蒸發(fā)器2和預(yù)熱器3，與有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行換熱，將熱量傳遞給有機(jī)工質(zhì)；蒸發(fā)器2產(chǎn)生的高壓氣態(tài)有機(jī)質(zhì)進(jìn)入低溫發(fā)電機(jī)組的雙螺桿膨脹機(jī)10的進(jìn)口，推動(dòng)膨脹機(jī)10高速旋轉(zhuǎn)，膨脹作功并推動(dòng)發(fā)電機(jī)11運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。做功之后排出的低壓氣液兩相有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器7，在冷卻水泵6的作用下，低溫冷卻水進(jìn)入冷凝器7、冷卻塔12冷卻后循環(huán)使用。冷凝器7中的有機(jī)工質(zhì)被冷卻為低溫液態(tài)，之后經(jīng)過(guò)工質(zhì)泵4加壓，將液態(tài)發(fā)電介質(zhì)送入到預(yù)熱器3和蒸發(fā)器2中，繼續(xù)吸取余熱的熱量，蒸發(fā)器2蒸發(fā)循環(huán)使用。冷凝器7由于充分回收膨脹機(jī)10的乏汽熱量，進(jìn)入預(yù)熱器3前的工質(zhì)溫度可以提高6°C以上。冷凝器7排出的較高溫冷卻水經(jīng)冷卻水泵6送至冷卻塔12冷卻后循環(huán)使用。
[0027]在低溫余熱領(lǐng)域，采用有機(jī)工質(zhì)(ORC)作為熱力循環(huán)的工質(zhì)與90°C以下低溫?zé)崴畵Q熱，有機(jī)工質(zhì)吸熱后產(chǎn)生高壓蒸汽，推動(dòng)雙工質(zhì)膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這是傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)不能做到的(傳統(tǒng)發(fā)電要求熱源溫度在350°C以上)，從而極大的拓寬了可以回收發(fā)電的余熱資源范圍，為建材、冶金、化工等行業(yè)的低溫余熱回收提供了更好的技術(shù)手段和設(shè)備。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)還可以推廣到可再生能源發(fā)電設(shè)備中(如地?zé)崮?、太?yáng)能和生物質(zhì)能)，為利用可再生能源發(fā)電提供了新技術(shù)方法。
【權(quán)利要求】
1.一種采用變頻自動(dòng)控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備，包括蒸發(fā)器(2)、預(yù)熱器(3)、儲(chǔ)液罐(5)、冷凝器(7)、膨脹機(jī)(10)、發(fā)電機(jī)(11)和冷卻塔(12);其特征在于:所述的發(fā)電設(shè)備由三組循環(huán)回路組成，循環(huán)回路一是供熱回路，循環(huán)回路二是發(fā)電及熱循環(huán)回路，循環(huán)回路二是冷卻回路； 循環(huán)回路一為:熱水源的出口通過(guò)熱水循環(huán)泵(I)和逆止閥連接到蒸發(fā)器(2)和預(yù)熱器(3)中的管路一，管路一的出口再通過(guò)閥門(mén)連接到熱水源的回路入口形成循環(huán)回路； 循環(huán)回路二為:蒸發(fā)器(2)和預(yù)熱器(3)中的管路二的出口通過(guò)主汽閥(8)連接螺桿膨脹機(jī)(10)的入口，膨脹機(jī)(10)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(11)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，膨脹機(jī)(10)的出口通過(guò)閥門(mén)連接冷凝器(7)中的管路一；冷凝器(7)的管路一的出口連接儲(chǔ)液罐(5)，儲(chǔ)液罐(5)的出口通過(guò)工質(zhì)泵(4)和逆止閥連接到蒸發(fā)器(2)和預(yù)熱器(3)中的管路二的入口形成循環(huán)回路； 循環(huán)回路三為:冷凝器(7)中的管路二的出口通過(guò)閥門(mén)連接到冷卻塔(12)的入口，冷卻塔(12)的出口通過(guò)閥門(mén)、冷卻水泵(6)與逆止閥連接到冷凝器(7)中的管路二的入口形成循環(huán)回路； 所述的蒸發(fā)器(2)上安裝有模擬量液位變送器；所述的工質(zhì)泵(4)上設(shè)有變頻設(shè)施。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于:循環(huán)回路二中，在蒸發(fā)器(2)中的管路二的出口與冷凝器(7)的管路一的入口之間，加設(shè)了一個(gè)旁通管及電磁閥(9)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于:蒸發(fā)器(2)、預(yù)熱器(3)、冷凝器(7)均是管殼式的換熱設(shè)備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于:熱水循環(huán)泵⑴、冷卻水泵(6)上均設(shè)有變頻設(shè)施。
【文檔編號(hào)】F01K13-00GK204267120SQ201420712999
【發(fā)明者】張于峰, 夏東培, 薄云航, 饒龍濤, 趙瑩麗 [申請(qǐng)人]國(guó)核柏斯頓新能源科技(北京)有限公司