基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率在30%?40%左右，有三分之二左右能能量被煙氣和缸套水耗散到環(huán)境中。目前，對(duì)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的余熱利用的方式主要是利用煙氣余熱加熱生活熱水，這種方式是構(gòu)成“熱電聯(lián)供系統(tǒng)”的主要方式。然而，由于人們對(duì)能源類型和品質(zhì)的需求逐時(shí)變化，在炎熱夏季和過渡季節(jié)對(duì)熱水的需求量很少，雖然燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的余熱得到回收，但是在這段時(shí)間并不被利用，造成能源的大量浪費(fèi)；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的煙氣溫度范圍大致在350?600°C，而ORC系統(tǒng)工質(zhì)所能承受的溫度一般低于350°C，超過這個(gè)限度就有可能發(fā)生工質(zhì)的裂解現(xiàn)象，因此煙氣余熱難以被ORC系統(tǒng)回收發(fā)電。人們對(duì)生活熱水的溫度要求一般不超過50°C，因此利用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的煙氣余熱產(chǎn)生生活熱水亦不能實(shí)現(xiàn)能源的“梯級(jí)利用”。
[0003]有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle, 0RC)是指利用有機(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)，主要部件為膨脹機(jī)、冷凝器、工質(zhì)泵和蒸發(fā)器組成。ORC系統(tǒng)可以高效的利用低品味熱源，產(chǎn)生高品位電能，冷凝器可以回收工質(zhì)冷凝時(shí)釋放的低品位能量產(chǎn)生生活熱水。以此提高系統(tǒng)的總發(fā)電效率，又可回收余熱產(chǎn)生生活熱水，從而提高能源的總利用效率和火用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可提高燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的總發(fā)電效率，節(jié)能降耗，提高機(jī)組在夏季和過渡季的性能的基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)，包括
[0007]回收余熱組件:包括依次連接形成循環(huán)的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組、導(dǎo)熱油和煙氣的換熱器、導(dǎo)熱油加熱有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)器、回收導(dǎo)熱油余熱的循環(huán)水換熱器，所述的換熱器與燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組之間的連接管道上設(shè)有存儲(chǔ)導(dǎo)熱油的儲(chǔ)油罐；
[0008]ORC發(fā)電組件:包括依次連接的工質(zhì)泵、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、ORC冷凝器及工質(zhì)過濾器；
[0009]熱水循環(huán)組件:設(shè)有兩套，分別冷卻換熱器及ORC冷凝器。
[0010]所述的導(dǎo)熱油先冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的內(nèi)燃機(jī)缸壁，然后進(jìn)入換熱器中回收內(nèi)燃機(jī)煙氣余熱，再作為熱源進(jìn)入蒸發(fā)器中加熱有機(jī)工質(zhì)。
[0011 ] 加熱后的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過蒸發(fā)器過熱進(jìn)入膨脹機(jī)做功，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0012]所述的蒸發(fā)器的回路中設(shè)有調(diào)節(jié)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)進(jìn)口參數(shù)的旁通管道及閥門。
[0013]所述的熱水循環(huán)組件包括經(jīng)管道連接的給水過濾器、給水泵、儲(chǔ)熱水箱，其中一套儲(chǔ)熱水箱與換熱器連接，另一套儲(chǔ)熱水箱與ORC冷凝器連接。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用導(dǎo)熱油代替缸套水冷卻缸壁，防止缸壁溫度過高，同時(shí)預(yù)熱了導(dǎo)熱油，預(yù)熱的導(dǎo)熱油進(jìn)入煙氣換熱器進(jìn)一步提高導(dǎo)熱油溫度，可以回收相對(duì)溫度較高(品質(zhì)高)的熱量，同時(shí)避免直接利用高溫?zé)煔饧訜峁べ|(zhì)導(dǎo)致工質(zhì)分解的可能。導(dǎo)熱油余熱回收系統(tǒng)可以作為ORC發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定熱源，ORC系統(tǒng)膨脹機(jī)出口添加回?zé)崞?，起到預(yù)熱工質(zhì)，提高ORC系統(tǒng)發(fā)電效率的作用。通過本發(fā)明可以提高燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)組的總發(fā)電效率，機(jī)組在夏季和過渡季運(yùn)行時(shí)具有更好的經(jīng)濟(jì)性能。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中，1-燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組、2-換熱器、3-蒸發(fā)器、4-循環(huán)水換熱器、5-儲(chǔ)油罐、
6-導(dǎo)熱油泵、7-給水過濾器、8-給水泵、9-儲(chǔ)熱水箱、10-工質(zhì)過濾器、11-工質(zhì)泵、12-膨脹機(jī)、13-發(fā)電機(jī)、14-給水過濾器、15-給水泵、16-儲(chǔ)熱水箱、17-0RC冷凝器、Vl-第一閥門、V2-第二閥門、V3-第三閥門、V4-第四閥門、V5-第五閥門、V6-第六閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]實(shí)施例
[0019]基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括回收余熱組件、ORC發(fā)電組件以及熱水循環(huán)組件。接下來對(duì)各組件做進(jìn)一步的分析說明。
[0020]回收余熱組件包括依次連接形成循環(huán)的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組1、導(dǎo)熱油和煙氣的換熱器2、導(dǎo)熱油加熱有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)器3、回收導(dǎo)熱油余熱的循環(huán)水換熱器4，循環(huán)水換熱器4與燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組I之間的連接管道上設(shè)有存儲(chǔ)導(dǎo)熱油的儲(chǔ)油罐5以及導(dǎo)熱油泵6 ；
[0021]ORC發(fā)電組件包括依次連接的工質(zhì)泵11、蒸發(fā)器3、膨脹機(jī)12、發(fā)電機(jī)13、0RC冷凝器17及工質(zhì)過濾器10。主要利用導(dǎo)熱油為熱源，加熱有機(jī)工質(zhì)推動(dòng)膨脹機(jī)12做功，膨脹機(jī)12連接發(fā)電機(jī)13提供電力。工質(zhì)選擇R123，經(jīng)換熱器3吸收導(dǎo)熱油熱量形成高溫高壓蒸氣，進(jìn)入膨脹機(jī)12膨脹做功，推動(dòng)發(fā)電機(jī)13發(fā)電，然后工質(zhì)進(jìn)入ORC冷凝器17冷凝成液體，經(jīng)工質(zhì)過濾器10、工質(zhì)泵11進(jìn)入蒸發(fā)器3完成循環(huán)。當(dāng)工質(zhì)流量或者壓力過大時(shí)，旁通管道上的四閥門V4和第五閥門V5打開，防止膨脹機(jī)12過載受到破壞。
[0022]熱水循環(huán)組件設(shè)有兩套，包括經(jīng)管道連接的給水過濾器7、給水泵8、儲(chǔ)熱水箱9，以及給水過濾器14、給水泵15、儲(chǔ)熱水箱16，儲(chǔ)熱水箱9與換熱器4連接，儲(chǔ)熱水箱16與ORC冷凝器17連接，從而分別冷卻換熱器4及ORC冷凝器17。
[0023]導(dǎo)熱油先冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組I的內(nèi)燃機(jī)缸壁，然后進(jìn)入換熱器2中回收內(nèi)燃機(jī)煙氣余熱，再作為熱源進(jìn)入蒸發(fā)器3中加熱有機(jī)工質(zhì)。加熱后的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過蒸發(fā)器3過熱進(jìn)入膨脹機(jī)12做功，推動(dòng)發(fā)電機(jī)13發(fā)電。導(dǎo)熱油在蒸發(fā)器3中加熱有機(jī)工質(zhì)后，溫度并沒有完全降低，經(jīng)換熱器4加熱給水，ORC循環(huán)系統(tǒng)冷凝器17冷卻工質(zhì)的同時(shí)加熱給水，兩套熱水循環(huán)組件提供生活熱水。
[0024]本發(fā)明不僅利用導(dǎo)熱油冷卻內(nèi)燃機(jī)缸壁，同時(shí)導(dǎo)熱油還吸收煙氣余熱作為ORC發(fā)電系統(tǒng)的熱源，避免直接利用煙氣余熱加熱ORC系統(tǒng)工質(zhì)造成工質(zhì)裂解。其冬季、夏季和過渡季運(yùn)行方式為:
[0025]冬季用戶對(duì)熱負(fù)荷需求較高時(shí)，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組I正常運(yùn)行，所發(fā)電力滿足用戶需求，導(dǎo)熱油經(jīng)導(dǎo)熱油泵6流入內(nèi)燃機(jī)的缸套內(nèi)冷卻缸壁，然后進(jìn)入換熱器2回收煙氣余熱，關(guān)閉第二閥門V2同時(shí)開啟旁通管道上的第一閥門VI，導(dǎo)熱油直接進(jìn)入循環(huán)水換熱器4，利用循環(huán)水換熱器4加熱生活熱水，滿足用戶的熱負(fù)荷需求。
[0026]夏季和過渡季節(jié)用戶對(duì)熱負(fù)荷需求較低時(shí)，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組I正常運(yùn)行，所發(fā)電力滿足用戶需求，導(dǎo)熱油泵6流入內(nèi)燃機(jī)的缸套內(nèi)冷卻缸壁，然后進(jìn)入換熱器2回收煙氣余熱，關(guān)閉第一閥門Vl同時(shí)開啟第二閥門V2，導(dǎo)熱油進(jìn)入蒸發(fā)器3加熱ORC發(fā)電系統(tǒng)工質(zhì)，產(chǎn)生高壓高溫蒸氣，開啟第三閥門V3同時(shí)關(guān)閉第四閥門V4、第五閥門V5，工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)12膨脹做功，推動(dòng)發(fā)電機(jī)13產(chǎn)出電能。然后工質(zhì)進(jìn)入ORC冷凝器17，冷凝成飽和液體，關(guān)閉第六閥門V6，工質(zhì)流經(jīng)工質(zhì)過濾器10、工質(zhì)泵11進(jìn)入蒸發(fā)器3完成工質(zhì)循環(huán)。此時(shí)，兩套余熱回收熱水循環(huán)系統(tǒng)分別回收ORC系統(tǒng)循環(huán)的ORC冷凝器17余熱、導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)水換熱器4的余熱。
[0027]本發(fā)明涉及燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和ORC系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行，因此系統(tǒng)啟動(dòng)步驟如下:首先啟動(dòng)回收導(dǎo)熱油余熱水循環(huán)系統(tǒng)，開啟第一閥門VI，關(guān)閉第二閥門V2，然后啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)。待內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，啟動(dòng)回收ORC冷凝器余熱的熱水循環(huán)系統(tǒng)，開啟第四閥門V4、第五閥門V5，關(guān)閉第三閥門V3、第六閥門V6，關(guān)閉第一閥門Vl，開啟第二閥門V2，預(yù)熱ORC系統(tǒng)的工質(zhì)，待工質(zhì)溫度達(dá)到膨脹機(jī)所需進(jìn)口溫度時(shí)，開啟第三閥門V3，關(guān)閉第四閥門V4、第五閥門V5，完成導(dǎo)熱油回收燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)的開機(jī)步驟。停機(jī)步驟:首先停止內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，開啟第四閥門V4、第五閥門V5，關(guān)閉第三閥門V3停止膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)，待導(dǎo)熱油溫度降低到95°C以下時(shí)，開啟第一閥門VI，關(guān)閉第二閥門V2，最后關(guān)閉所有循環(huán)系統(tǒng)的泵。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 回收余熱組件:包括依次連接形成循環(huán)的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組(I)、導(dǎo)熱油和煙氣的換熱器(2)、導(dǎo)熱油加熱有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)器(3)、回收導(dǎo)熱油余熱的循環(huán)水換熱器(4)，所述的循環(huán)水換熱器⑷與燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組⑴之間的連接管道上設(shè)有存儲(chǔ)導(dǎo)熱油的儲(chǔ)油罐(5)； ORC發(fā)電組件:包括依次連接的工質(zhì)泵(11)、蒸發(fā)器(3)、膨脹機(jī)(12)、發(fā)電機(jī)(13)、ORC冷凝器(17)及工質(zhì)過濾器(10); 熱水循環(huán)組件:設(shè)有兩套，分別冷卻換熱器(4)及ORC冷凝器(17)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的導(dǎo)熱油先冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組(I)的內(nèi)燃機(jī)缸壁，然后進(jìn)入換熱器(2)中回收內(nèi)燃機(jī)煙氣余熱，再作為熱源進(jìn)入蒸發(fā)器(3)中加熱有機(jī)工質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，加熱后的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過蒸發(fā)器(3)過熱進(jìn)入膨脹機(jī)(12)做功，推動(dòng)發(fā)電機(jī)(13)發(fā)電。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的蒸發(fā)器(3)的回路中設(shè)有調(diào)節(jié)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)(12)進(jìn)口參數(shù)的旁通管道及閥門。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱水循環(huán)組件包括經(jīng)管道連接的給水過濾器(7，14)、給水泵(8，15)、儲(chǔ)熱水箱(9，16)，所述的儲(chǔ)熱水箱(9)與換熱器(4)連接，所述的儲(chǔ)熱水箱(16)與ORC冷凝器(17)連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)缸壁回收煙氣余熱的發(fā)電系統(tǒng)，包括依次連接形成循環(huán)的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組、導(dǎo)熱油和煙氣的換熱器、導(dǎo)熱油加熱有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)器、回收導(dǎo)熱油余熱的循環(huán)水換熱器構(gòu)成的回收余熱組件，依次連接的工質(zhì)泵、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、ORC冷凝器及工質(zhì)過濾器構(gòu)成的ORC發(fā)電組件，兩套熱水循環(huán)組件。本發(fā)明通過導(dǎo)熱油全面回收燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的余熱，避免內(nèi)燃機(jī)缸套水溫度過低無法高效利用，同時(shí)防止ORC發(fā)電系統(tǒng)采用煙氣作為熱源而溫度過高易使其工質(zhì)裂解，可提高燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的總發(fā)電效率和系統(tǒng)火用效率，節(jié)能降耗，提高機(jī)組在夏季和過渡季的整體性能。
【IPC分類】F01K27/02, F02G5/00
【公開號(hào)】CN104975897
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510306372
【發(fā)明人】張濤, 朱彤, 謝飛博
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月4日