用于低壓放散蒸汽的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由流體驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體為一種用于低壓放散蒸汽的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]朗肯循環(huán)是指以水蒸氣作為工質(zhì)的一種理想循環(huán)過(guò)程，主要包括等熵壓縮、等壓加熱、等熵膨脹以及等壓冷凝過(guò)程。郎肯循環(huán)從外界吸收熱量，將其閉環(huán)的工質(zhì)，通常使用水加熱做功，用于蒸汽裝置動(dòng)力循環(huán)。
[0003]目前，有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在中低溫余熱回收中被大量應(yīng)用，具有技術(shù)成熟、工作穩(wěn)定、可以頻繁啟停等優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)電系統(tǒng)主要有:工質(zhì)栗、蒸發(fā)器(余熱換熱裝置)、膨脹機(jī)、冷凝器等組成，工作時(shí)，低壓液態(tài)有機(jī)工質(zhì)經(jīng)循環(huán)工質(zhì)栗增壓進(jìn)入蒸發(fā)器(余熱換熱裝置)，吸收余熱后，工質(zhì)定壓蒸發(fā)為高溫高壓工質(zhì)蒸氣，然后進(jìn)入膨脹機(jī)組推動(dòng)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，膨脹機(jī)出口的低壓蒸氣進(jìn)入冷凝器，向低位資源放熱而冷凝為液態(tài)，如此往復(fù)循環(huán)。
[0004]但是，目前有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)主要集中應(yīng)用在穩(wěn)定煙氣、穩(wěn)定蒸汽系統(tǒng)中，但在波動(dòng)比較大的中低溫?zé)煔庥酂峄厥?、放散低壓蒸汽系統(tǒng)很少加以利用，在不穩(wěn)定的煙氣、蒸汽系統(tǒng)中如鋼鐵行業(yè)全廠低壓蒸汽管網(wǎng)放散蒸汽、波動(dòng)較大的中低溫余熱資源、其它工藝放散蒸汽等場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)，由于受生產(chǎn)節(jié)奏的波動(dòng)影響，其用汽量、產(chǎn)汽量均隨之波動(dòng)，利用難度大，特別是無(wú)規(guī)律性的放散蒸汽，放散的次數(shù)及放散量均難以控制，大部分放散低壓蒸汽一般在l.0MPa以下，溫度為飽和蒸汽或微過(guò)熱蒸汽，膨脹螺桿機(jī)雖然能快速啟停，適應(yīng)溫度、流量的局部波動(dòng)，但是在大范圍波動(dòng)的情況下，勢(shì)必會(huì)影響機(jī)組容量的選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)組的頻繁啟停，增加運(yùn)行管理的難度和復(fù)雜性，不能做到余熱資源利用最大化，也會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。因此，由于波動(dòng)性大、無(wú)規(guī)律性的難點(diǎn)使得對(duì)余熱利用的難度較高、可控制性相對(duì)較差，很難設(shè)計(jì)合適的利用方案，這樣勢(shì)必造成余熱資源大量浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可充分利用低溫余熱資源、對(duì)熱源波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于低壓放散蒸汽的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置及其使用方法。
[0006]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案達(dá)到發(fā)明目的:
一種用于低壓放散蒸汽的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置，包括集熱器、蒸發(fā)器和冷凝器，集熱器內(nèi)設(shè)有熱交換器甲，蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)有熱交換器乙，冷凝器內(nèi)設(shè)有熱交換器丙，其特征是:還包括蓄能工質(zhì)栗、水栗、有機(jī)工質(zhì)冷凝栗和螺桿膨脹機(jī)，
蒸發(fā)器、有機(jī)工質(zhì)冷凝栗、冷凝器和螺桿膨脹機(jī)組成發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)，所述發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的數(shù)量不小于I組；
熱交換器甲的蒸汽入口通過(guò)蒸汽管道連接低壓放散蒸汽源，熱交換器甲的冷凝水出口連接串聯(lián)了水栗的冷凝水管；
熱交換器乙的有機(jī)工質(zhì)入口通過(guò)串聯(lián)了有機(jī)工質(zhì)冷凝栗的有機(jī)工質(zhì)管道連接冷凝器內(nèi)熱交換器丙的有機(jī)工質(zhì)出口，熱交換器乙的工質(zhì)蒸汽出口通過(guò)工質(zhì)蒸汽管道連接螺桿膨脹機(jī)的進(jìn)氣口 ；螺桿膨脹機(jī)的出氣口通過(guò)有機(jī)工質(zhì)管道連接冷凝器內(nèi)熱交換器丙的有機(jī)工質(zhì)入口，螺桿膨脹機(jī)的輸出軸連接發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸；
集熱器的蓄能工質(zhì)入口通過(guò)串聯(lián)了蓄能工質(zhì)栗的蓄能工質(zhì)管道連接蒸發(fā)器的蓄能工質(zhì)出口，集熱器的蓄能工質(zhì)出口通過(guò)蓄能工質(zhì)管道連接蒸發(fā)器的蓄能工質(zhì)入口；
冷凝器的循環(huán)冷卻水入口通過(guò)循環(huán)冷卻水管道連接循環(huán)冷卻水源，冷凝器的循環(huán)冷卻水出口連接循環(huán)冷卻水管道；
當(dāng)發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的數(shù)量大于I組時(shí)，各組發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)內(nèi)部的蒸發(fā)器、有機(jī)工質(zhì)冷凝栗、冷凝器和螺桿膨脹機(jī)采用串聯(lián)連接，各個(gè)蒸發(fā)器的蓄能工質(zhì)出口分別通過(guò)串聯(lián)了蓄能工質(zhì)栗的蓄能工質(zhì)管道連接集熱器的蓄能工質(zhì)入口，各個(gè)蒸發(fā)器的蓄能工質(zhì)入口分別通過(guò)蓄能工質(zhì)管道連接集熱器的蓄能工質(zhì)出口。
[0007]所述的用于低壓放散蒸汽的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置，其特征是:還包括蓄能工質(zhì)管道溫度計(jì)、低壓放散蒸汽流量?jī)x和低壓放散蒸汽溫度計(jì)，
每根連接蒸發(fā)器蓄能工質(zhì)出口和蓄能工質(zhì)栗的蓄能工質(zhì)管道上分別設(shè)有蓄能工質(zhì)管道溫度計(jì)，連接熱交換器甲蒸汽入口和低壓放散蒸汽源的蒸汽管道上依次設(shè)有低壓放散蒸汽流量?jī)x和低壓放散蒸汽溫度計(jì)。
[0008]所述的用于低壓放散蒸汽的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置的使用方法，其特征是:按如下步驟依次實(shí)施:
從低壓放散蒸汽源中釋放出的低壓放散蒸汽通過(guò)蒸汽管道經(jīng)熱交換器甲的蒸汽入口輸送至集熱器的熱交換器甲，在集熱器內(nèi)低壓放散蒸汽通過(guò)熱交換器甲與蓄能工質(zhì)發(fā)生熱交換，低壓放散蒸汽將熱能傳遞給蓄能工質(zhì)后生成冷凝水，冷凝水再用水栗從熱交換器甲的冷凝水出口經(jīng)冷凝水管栗入相應(yīng)的余熱鍋爐系統(tǒng)或冷凝水回收裝置；
集熱器內(nèi)蓄能工質(zhì)吸收了低壓放散蒸汽傳遞的熱量后，從集熱器的蓄能工質(zhì)出口經(jīng)蓄能工質(zhì)管道進(jìn)入蒸發(fā)器的熱交換器乙，在蒸發(fā)器內(nèi)蓄能工質(zhì)通過(guò)熱交換器乙與有機(jī)工質(zhì)發(fā)生熱交換，蓄能工質(zhì)向有機(jī)工質(zhì)釋放熱量后用蓄能工質(zhì)栗從蒸發(fā)器的蓄能工質(zhì)出口經(jīng)蓄能工質(zhì)管道栗入集熱器，再次與低壓放散蒸汽發(fā)生熱交換，如此循環(huán)往復(fù)；
蒸發(fā)器內(nèi)有機(jī)工質(zhì)吸收了蓄能工質(zhì)傳遞的熱量后，有機(jī)工質(zhì)定壓蒸發(fā)為高溫高壓的工質(zhì)蒸氣，工質(zhì)蒸汽從熱交換器乙的工質(zhì)蒸汽出口經(jīng)工質(zhì)蒸汽管道進(jìn)入螺桿膨脹機(jī)推動(dòng)做功，螺桿膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能輸出，
高溫高壓的工質(zhì)蒸汽對(duì)螺桿膨脹機(jī)做功后成為低壓蒸汽，低壓蒸汽從螺桿膨脹機(jī)的出氣口經(jīng)有機(jī)工質(zhì)管道輸入冷凝器的熱交換器丙，循環(huán)冷卻水經(jīng)循環(huán)冷卻水管道從冷凝器的循環(huán)冷卻水入口輸入冷凝器，在冷凝器內(nèi)低壓蒸汽通過(guò)熱交換器丙與循環(huán)冷卻水發(fā)生熱交換，低壓蒸汽將熱能傳遞給循環(huán)冷卻水后生成液態(tài)有機(jī)工質(zhì)，液態(tài)有機(jī)工質(zhì)再用有機(jī)工質(zhì)冷凝栗從熱交換器丙的有機(jī)工質(zhì)出口經(jīng)有機(jī)工質(zhì)管道栗入蒸發(fā)器的熱交換器乙，再次與蓄能工質(zhì)發(fā)生熱交換，如此循環(huán)往復(fù)；循環(huán)冷卻水吸收了低壓蒸汽傳遞的熱量后從冷凝器循環(huán)冷卻水出口經(jīng)循環(huán)冷卻水管道排出。
[0009]所述的用于低壓放散蒸汽的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置的使用方法，其特征是:實(shí)施時(shí)還包括如下步驟:
切換發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)主要根據(jù)蓄能工質(zhì)溫度計(jì)的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，低壓放散蒸汽流量?jī)x和低壓放散蒸汽溫度計(jì)的檢測(cè)數(shù)據(jù)供輔助判斷，在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)整個(gè)裝置中蓄能工質(zhì)的能力并配置螺桿膨脹機(jī)的相應(yīng)臺(tái)數(shù)，根據(jù)裝置設(shè)置蓄能工質(zhì)運(yùn)行溫度(In T2、...Tn)的相應(yīng)數(shù)值及調(diào)整變量ΤΜ，設(shè)蓄能工質(zhì)管道溫度計(jì)實(shí)測(cè)的蓄能工質(zhì)溫度為Τ。，共設(shè)有η組發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)，根據(jù)各組發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)設(shè)置各蓄能工質(zhì)的運(yùn)行溫度，I組發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的蓄能工質(zhì)的運(yùn)行溫度設(shè)置為T(mén)1, 2組發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)共同運(yùn)行時(shí)的蓄能工質(zhì)的運(yùn)行溫度設(shè)置為Τ2，……η組發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)共同運(yùn)行時(shí)的蓄能工質(zhì)的運(yùn)行溫度設(shè)置為T(mén)n，并設(shè)調(diào)整變量為ΤΜ，當(dāng)有m組發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)共同運(yùn)行時(shí)，有Τ。彡T JTm,其中η ;若T。〉T JTm,則逐次地增加I組發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)投入運(yùn)行，使m逐次地在[l，n]范圍內(nèi)從小至大地取正整數(shù)，直至滿足K τ m+TM止；
具體地說(shuō)，即:當(dāng)只有I臺(tái)螺桿膨脹機(jī)運(yùn)行時(shí)，此時(shí)如果蓄能工質(zhì)栗前的蓄能工質(zhì)管道的實(shí)測(cè)溫度K T !+Tm,則維持I套發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行；若T。〉T !+Tm,則增加I臺(tái)螺桿膨脹機(jī)投入運(yùn)行切換至2套發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行，并判斷是否滿足K T2+TM，以此類(lèi)推，直至滿足K 從而實(shí)現(xiàn)η套機(jī)組的切換，以最大效率的利用發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)余熱利用最大化。
[0010]本發(fā)明可適用于波動(dòng)較大的低壓放散不穩(wěn)定蒸汽的余熱回收，可減少能源浪費(fèi)，減少噪聲污染及大氣的熱污染，對(duì)推動(dòng)波動(dòng)較大的中低溫余熱資源的回收具有重大意義。
[0011]本發(fā)明具有如下有益效果:
1.可以使用波動(dòng)較大煙氣系統(tǒng)、波動(dòng)較大的放散蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行余熱發(fā)電，并避免機(jī)組的頻繁啟停，保持發(fā)電系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)能源利用的最大化；
2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；
3.控制邏輯清晰明了；
4.能夠確保設(shè)備工作狀況穩(wěn)定，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備投資；
5.能夠?qū)崿F(xiàn)中低溫?zé)煔庥酂豳Y源利用的多樣性，滿足工廠的生產(chǎn)生活需要。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0014]實(shí)施例1
一種用于低壓放散蒸汽的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置，包括集熱器1、蒸發(fā)器2、蓄能工質(zhì)栗3、水栗4、有機(jī)工質(zhì)冷凝栗5、冷凝器6和螺桿膨脹機(jī)7，如圖1所示，具體結(jié)構(gòu)是:
集熱器I內(nèi)設(shè)有熱交換器甲11，蒸發(fā)器2內(nèi)設(shè)有熱交換器乙21，冷凝器6內(nèi)設(shè)有熱交換器丙61 ;
蒸發(fā)器2、有機(jī)工質(zhì)冷凝栗5、冷凝器6和螺桿膨脹機(jī)7組成發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)，所述發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的數(shù)量不小于I組；
熱交換器甲11的蒸汽入口通過(guò)蒸汽管道連接低壓放散蒸汽源，熱交換器甲11的冷凝水出口連接串聯(lián)了水栗4的冷凝水管； 熱交換器乙21的有機(jī)工質(zhì)入口通過(guò)串聯(lián)了有機(jī)工質(zhì)冷凝栗5的有機(jī)工質(zhì)管道連接冷凝器6內(nèi)熱交換器丙61的有機(jī)工質(zhì)出口，熱交換器乙21的工質(zhì)蒸汽出口通過(guò)工質(zhì)蒸汽管道連接螺桿膨脹機(jī)7的進(jìn)氣口 ；螺桿膨脹機(jī)7的出氣口通過(guò)有機(jī)工質(zhì)管道連接冷凝器6內(nèi)熱交換器丙61的有機(jī)工質(zhì)入口，螺桿膨脹機(jī)7的輸出軸連接發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)軸；
集熱器I的蓄能工質(zhì)入口通過(guò)串聯(lián)了蓄能工質(zhì)栗3的蓄能工質(zhì)管道連接蒸發(fā)器2的蓄能工質(zhì)出口，集熱器I的蓄能工質(zhì)出口通過(guò)蓄能工質(zhì)管道連接蒸發(fā)器2的蓄能工質(zhì)入口 ；冷凝器6的循環(huán)冷卻水入口通過(guò)循環(huán)冷卻水管道連接循環(huán)冷卻水源，冷凝器6的循環(huán)冷卻水出口連接循環(huán)冷卻水管道；
當(dāng)發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的數(shù)量大于I組時(shí)，各組發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)內(nèi)部的蒸發(fā)器2、有機(jī)工質(zhì)冷凝栗5