本發(fā)明涉及發(fā)電系統(tǒng)的泵汽蝕防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種防止orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的防護(hù)裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
為提高能源利用率，國家提出了“十三五”節(jié)能環(huán)保發(fā)展規(guī)劃，積極鼓勵(lì)余熱能源的開發(fā)與利用。作為國內(nèi)新興熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，有機(jī)朗肯循環(huán)(簡稱orc)發(fā)電系統(tǒng)具有利用熱源溫度低、系統(tǒng)工作壓力低、系統(tǒng)占地空間小、撬裝體方便運(yùn)輸與安裝、較好的適應(yīng)性及高效環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國內(nèi)余熱回收領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)；
泵作為有機(jī)工質(zhì)動(dòng)力的來源，是orc發(fā)電系統(tǒng)中重要設(shè)備之一；實(shí)際的使用過程中，由于轉(zhuǎn)速高流量大，容易出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象；泵的汽蝕現(xiàn)象是指，泵入口介質(zhì)在葉輪進(jìn)口處因壓力低于該處溫度對(duì)應(yīng)的汽化壓力而汽化成為小氣泡，在流動(dòng)中壓力變化使氣泡破裂、凝結(jié)，同時(shí)液體填充空穴發(fā)生碰撞形成水擊，導(dǎo)致葉片表面被沖蝕損壞；
對(duì)于汽蝕現(xiàn)象，其解決方法通常為降低泵高度，提升液位高度來增加泵入口的壓力，從而提升有效汽蝕余量，來避免汽蝕發(fā)生，但此方法對(duì)空間需求較大,1-2m的高度差才能起到防止汽蝕的作用，提高了土建成本，影響了orc發(fā)電裝置小型撬裝體的布置方式，且往往因?yàn)槭苁┕た臻g條件制約而無法實(shí)施；
此外，對(duì)過流部件表面進(jìn)行處理，采用噴涂不銹鋼和環(huán)氧云鐵防腐涂料進(jìn)行抗汽蝕修補(bǔ)，噴涂后漆膜堅(jiān)韌、耐磨，表面硬度可達(dá)hrc60-70；這種方法雖然提高了泵的使用壽命，但無法解決泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象這一根本問題，無法解決汽蝕過程中泵的振動(dòng)、噪聲及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種防止orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的防護(hù)裝置及其使用方法；本發(fā)明通過調(diào)節(jié)冷卻水流量改變換熱效果對(duì)有機(jī)工質(zhì)溫度進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)有效汽蝕余量的控制，冷卻水使有機(jī)工質(zhì)溫度降低，以保證有效汽蝕余量npsha升高，解決泵的汽蝕問題，并且避免了改造空間的限制問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案：
一種防止orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的防護(hù)裝置，包括冷凝器、工質(zhì)儲(chǔ)液罐、冷卻水循環(huán)泵、工質(zhì)泵、泵前冷卻換熱裝置；所述冷凝器和泵前冷卻裝置分別包括工質(zhì)側(cè)流道和冷卻水流道，按照工質(zhì)流動(dòng)方向，所述冷凝器的工質(zhì)側(cè)流道分別通過管路與系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口及工質(zhì)儲(chǔ)液罐連接，所述工質(zhì)儲(chǔ)液罐通過管路與泵前冷卻換熱裝置連接，所述泵前冷卻換熱裝置通過管路依次與所述工質(zhì)泵和所述系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口連接，按照冷卻水流動(dòng)方向，所述冷凝器的冷卻水流道通過管路分別與系統(tǒng)冷卻水側(cè)出口和泵前冷卻換熱裝置連接，所述泵前冷卻換熱裝置通過管路依次與所述冷卻水循環(huán)泵和系統(tǒng)冷卻水側(cè)入口連接。
進(jìn)一步的，所述泵前冷卻換熱裝置與所述工質(zhì)泵之間的管路上設(shè)置有壓力檢測單元和溫度檢測單元。
進(jìn)一步的，所述工質(zhì)泵與所述系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口之間的管路上設(shè)置有流量檢測單元。
進(jìn)一步的，所述泵前冷卻換熱裝置為一組換熱器。
進(jìn)一步的，所述壓力檢測單元為一組壓力傳感器。
進(jìn)一步的，所述溫度檢測單元為一組溫度傳感器。
進(jìn)一步的，所述流量檢測單元為一組體積流量計(jì)。
本發(fā)明防止orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的防護(hù)裝置的使用方法，包括以下步驟：
a、工質(zhì)冷卻：來自orc發(fā)電系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)從系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口經(jīng)管道進(jìn)入冷凝器，與冷卻水進(jìn)行換熱，冷卻為液態(tài)的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入工質(zhì)儲(chǔ)液罐；
b、工質(zhì)調(diào)溫：液態(tài)有機(jī)工質(zhì)從工質(zhì)儲(chǔ)液罐進(jìn)入泵前冷卻換熱裝置進(jìn)行換熱調(diào)溫，得到具有溫度tv的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入工質(zhì)泵升壓，最后從系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口進(jìn)入orc發(fā)電系統(tǒng)；
c、冷卻水流量的調(diào)節(jié)：將tv對(duì)應(yīng)飽和壓力與控制要求壓力pv的比較結(jié)果作為冷卻水流量控制信號(hào)，當(dāng)tv對(duì)應(yīng)飽和壓力小于pv，則冷卻水流量保持不變，泵的有效汽蝕余量滿足要求，當(dāng)tv對(duì)應(yīng)飽和壓力大于或等于pv時(shí)，通過調(diào)節(jié)冷卻水循環(huán)泵，增大泵前冷卻換熱裝置中的冷卻水流量，調(diào)節(jié)冷卻水與有機(jī)工質(zhì)的換熱量，從而降低有機(jī)工質(zhì)溫度tv及其飽和壓力，使得泵的有效汽蝕余量滿足要求。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：
本發(fā)明通過調(diào)節(jié)冷卻水流量改變換熱效果對(duì)有機(jī)工質(zhì)溫度進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)有效汽蝕余量的控制，冷卻水使有機(jī)工質(zhì)溫度降低，以保證有效汽蝕余量npsha升高，解決泵的汽蝕問題，并且避免了改造空間的限制問題；
本發(fā)明通過設(shè)置溫度檢測單元、壓力檢測單元、流量檢測單元，通過測量信號(hào)計(jì)算產(chǎn)生冷卻水流量控制信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)整冷卻水流量；
本發(fā)明能夠在orc發(fā)電系統(tǒng)原有設(shè)備條件下，直接替換原有工質(zhì)儲(chǔ)液罐，加裝泵前冷卻裝置，不僅可以對(duì)新建機(jī)組的泵進(jìn)行設(shè)置，也可以對(duì)已經(jīng)建成的系統(tǒng)進(jìn)行加裝改造；
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過發(fā)明的實(shí)踐了解到。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1-系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口；2-工質(zhì)儲(chǔ)液罐；3-冷凝器；4-系統(tǒng)冷卻水側(cè)出口；5-系統(tǒng)冷卻水側(cè)入口；6-冷卻水循環(huán)泵；7-泵前冷卻換熱裝置；8-溫度檢測單元；9-壓力檢測單元；10-工質(zhì)泵；11-流量檢測單元；12-系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
結(jié)合圖1所示，本實(shí)施例公開的一種防止orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的防護(hù)裝置，包括冷凝器3、工質(zhì)儲(chǔ)液罐2、冷卻水循環(huán)泵6、工質(zhì)泵10、泵前冷卻換熱裝置7；所述冷凝器3和泵前冷卻裝置7分別包括工質(zhì)側(cè)流道和冷卻水流道，按照工質(zhì)流動(dòng)方向，所述冷凝器3的工質(zhì)側(cè)流道分別通過管路與系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口1及工質(zhì)儲(chǔ)液罐2連接，所述工質(zhì)儲(chǔ)液罐2通過管路與泵前冷卻換熱裝置7連接，所述泵前冷卻換熱裝置7通過管路依次與所述工質(zhì)泵10和所述系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口12，按照冷卻水流動(dòng)方向，所述冷凝器3的冷卻水流道通過管路分別與系統(tǒng)冷卻水側(cè)出口4和泵前冷卻換熱裝置7連接，所述泵前冷卻換熱裝置7通過管路依次與所述冷卻水循環(huán)泵6和系統(tǒng)冷卻水側(cè)入口5連接。
具體的，所述泵前冷卻換熱裝置7與所述工質(zhì)泵10之間的管路上設(shè)置有溫度檢測單元8和壓力檢測單元9；所述工質(zhì)泵10與所述系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口12之間的管路上設(shè)置有流量檢測單元11；所述溫度檢測單元8為一組溫度傳感器；所述壓力檢測單元9為一組壓力傳感器；
具體的，所述溫度檢測單元、壓力檢測單元、流量檢測單元的測量信號(hào)經(jīng)過計(jì)算處理后得到冷卻水流量控制信號(hào)對(duì)冷卻水循環(huán)泵進(jìn)行控制；
具體的，溫度檢測單元8采用量程在-50℃-200℃，精度1％的溫度傳感器，壓力檢測單元9采用量程在0.1mpa-3mpa，精度為1％的壓力傳感器，流量檢測單元11采用量程在0.5-1.5m3/min，精度為1％的體積流量計(jì)。
一種防止orc發(fā)電系統(tǒng)泵汽蝕的防護(hù)裝置的使用方法，包括以下步驟：
a、工質(zhì)冷卻：來自orc發(fā)電系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)從系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)入口1經(jīng)管道進(jìn)入冷凝器3，與冷卻水進(jìn)行換熱，冷卻為液態(tài)的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入工質(zhì)儲(chǔ)液罐2；
b、工質(zhì)調(diào)溫：液態(tài)有機(jī)工質(zhì)從工質(zhì)儲(chǔ)液罐2進(jìn)入泵前冷卻換熱裝置7進(jìn)行換熱調(diào)溫，得到具有溫度tv的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入工質(zhì)泵10升壓，最后從系統(tǒng)工質(zhì)側(cè)出口12進(jìn)入orc發(fā)電系統(tǒng)；
c、冷卻水流量的調(diào)節(jié)：將tv對(duì)應(yīng)飽和壓力與控制要求壓力pv的比較結(jié)果作為冷卻水流量控制信號(hào)，當(dāng)tv對(duì)應(yīng)飽和壓力小于pv，則冷卻水流量保持不變，泵的有效汽蝕余量滿足要求，當(dāng)tv對(duì)應(yīng)飽和壓力大于或等于pv時(shí)，通過調(diào)節(jié)冷卻水循環(huán)泵6，增大泵前冷卻換熱裝置7中的冷卻水流量，調(diào)節(jié)冷卻水與有機(jī)工質(zhì)的換熱量，從而降低有機(jī)工質(zhì)溫度tv及其飽和壓力，使得泵的有效汽蝕余量滿足要求。
根據(jù)所述溫度檢測單元8測得溫度tv，根據(jù)所述壓力檢測單元9測得壓力ps。
泵的有效汽蝕余量計(jì)算公式：
式中：ps為泵入口靜壓，pa；
vs為泵入口處介質(zhì)流速，m/s；
pv為介質(zhì)在其溫度tv下對(duì)應(yīng)飽和壓力，pa；
ρ為溫度tv對(duì)應(yīng)下的工質(zhì)液體密度，kg/m3；
泵的必需汽蝕余量計(jì)算公式：
式中：v0為葉片進(jìn)口前的絕對(duì)速度，m/s；
w0為葉片進(jìn)口前壓力最低處的相對(duì)速度m/s；
λ為葉片進(jìn)口壓降系數(shù)；
必需汽蝕余量為泵廠家經(jīng)過試驗(yàn)測量，結(jié)合公式計(jì)算得到，是泵廠家對(duì)用戶的使用條件要求。當(dāng)有效汽蝕余量npsha大于必須汽蝕余量npshr時(shí)，可以保證不發(fā)生汽蝕。一般要求有效汽蝕余量大于必須汽蝕余量0.5～1m留為余量以保證泵穩(wěn)定運(yùn)行。要求如下式：
npsha≥npshr+1
控制要求壓力pv根據(jù)公式：
泵入口處工質(zhì)流速vs為根據(jù)公式：
式中：q為利用流量檢測單元11測得的管道體積流量m3/s，
d為管道直徑，m。
實(shí)施例二：
在本實(shí)施例中：所述溫度檢測單元8布置于管道上具有插深的溫井中，保證有機(jī)工質(zhì)管道的密閉性同時(shí)對(duì)工質(zhì)溫度進(jìn)行測量。
實(shí)施例三：
在本實(shí)施例中：所述壓力檢測單元9布置于管道上支管座連接的角閥上，通過角閥的開關(guān)，連通或隔離系統(tǒng)與壓力檢測單元，保證有機(jī)工質(zhì)管道的密閉性同時(shí)對(duì)工質(zhì)壓力進(jìn)行測量。
實(shí)施例四：
在本實(shí)施例中：所述冷凝器3采用立式板式換熱器，換熱器過冷區(qū)具有一定液位高度，為泵的有效汽蝕余量提供一定的壓力水頭。
實(shí)施例五：
在本實(shí)施例中：所述泵前冷卻換熱裝置7采用管殼式換熱器，其殼側(cè)為冷卻水流道、管側(cè)為有機(jī)工質(zhì)流道，管側(cè)流動(dòng)阻力小，便于有效汽蝕余量的提高。
實(shí)施例六：
在本實(shí)施例中：所述流量檢測單元11為渦街流量計(jì)。
實(shí)施例七：
在本實(shí)施例中：所述冷卻水循環(huán)泵6為能夠接收冷卻水流量控制信號(hào)的變頻泵。
以上實(shí)施例只是對(duì)本專利的示例性說明，并不限定它的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對(duì)其局部進(jìn)行改變，只要沒有超出本專利的精神實(shí)質(zhì)，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)。