有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，包括蒸汽透平循環系統、第一級有機朗肯循環系統和第二級有機朗肯循環系統，所述蒸汽透平循環系統包括依次通過透平循環管道連接的熱轉化器、透平發電機組、第一蒸發器和透平工質泵，所述第一級有機朗肯循環系統包括依次通過第一朗肯循環管道連接的所述第一蒸發器、第一螺桿發電機組、第二蒸發器和第一加壓泵，所述第一朗肯循環管道還與所述第二蒸發器的放熱介質通道連通，所述第二級有機朗肯循環系統包括依次通過第二朗肯循環管道連接的所述第二蒸發器、第二螺桿發電機組和第二加壓泵。該耦合發電裝置可有效利用尾氣和蒸汽中熱量進行梯級發電，同時減小對環境污染。
【專利說明】有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置

【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置。

【背景技術】
[0002]大型化工、熱電廠及地熱中尾氣和蒸汽中蘊含著大量熱量，如果排放到大氣中，實際上是對資源的浪費，目前盡管存在各種余熱發電技術，但僅僅依靠單一的余熱發電裝置，不能使這些能量得到充分而有效利用。


【發明內容】

[0003]為了解決現有技術存在的問題，本實用新型提供了一種有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電有效耦合發電裝置/系統，能夠有效利用尾氣和蒸汽中的熱量進行梯級發電，同時減小對環境的污染。
[0004]本實用新型所采用的:
[0005]一種有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，包括蒸汽透平循環系統、第一級有機朗肯循環系統和第二級有機朗肯循環系統，所述蒸汽透平循環系統包括依次通過透平循環管道連接的第一加壓泵(透平工質泵)、熱轉化器、透平發電機組、第一級有機朗肯循環第二蒸發器、第一級有機朗肯循環第一蒸發器和透平儲液罐/箱，所述透平循環管道與所述熱轉化器的吸熱介質通道連通，與所述第一級有機朗肯循環第二蒸發器和第一蒸發器的放熱介質通道連通；所述第一級有機朗肯循環系統包括依次通過第一級有機朗肯循環管道連接的所述第一級有機朗肯循環有機工質加壓泵、第一蒸發器、第二蒸發器、第一螺桿發電機組、第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器、第二級有機朗肯循環系統第一蒸發器、第一級有機朗肯循環系統冷凝器和第一級有機朗肯工質儲罐/箱，所述第一級有機朗肯循環管道與所述第一級有機朗肯循環第一蒸發器和所述第一級有機朗肯循環第二蒸發器的吸熱介質通道連通，與第二級有機朗肯循環第二蒸發器和第二級有機朗肯循環第一蒸發器的放熱介質通道連通；所述第二級有機朗肯循環系統包括依次通過第二朗肯循環管道連接的所述第二級有機朗肯循環工質加壓泵、第二級有機朗肯循環第一蒸發器、第二級有機朗肯循環第二蒸發器、第二螺桿發電機組、第二級有機朗肯循環預熱器、第二級有機朗肯循環冷凝器和第二級有機朗肯工質儲液罐/箱，所述第二級有機朗肯循環管道與所述第二級有機朗肯循環第一蒸發器和第二級有機朗肯循環第二蒸發器的吸熱介質通道連通。
[0006]優選的，所述第一級有機朗肯循環系統的冷凝器位于所述第二級有機朗肯循環系統的第一蒸發器和所述第一級有機朗肯循環系統的工質儲液罐/箱之間，所述第二級有機朗肯循環系統的冷凝器位于所述第二級有機朗肯循環系統的螺桿發電機組、第二級有機朗肯循環系統冷凝器和所述第二級有機朗肯循環系統的工質儲液罐/箱之間。
[0007]優選的，所述蒸汽透平循環系統和第一級有機朗肯循環系統之間還設有第一級有機朗肯循環系統的第一蒸發器，所述第一級有機朗肯循環系統的第一蒸發器的放熱介質通道串接在位于所述第一級有機朗肯循環的第二蒸發器與所述透平工質加壓泵之間的透平循環管道上，所述第一級有機朗肯循環系統的第一蒸發器的吸熱介質通道串接在所述第一級有機朗肯循環系統的第一級有機朗肯循環系統有機工質加壓泵與所述第一級有機朗肯循環系統第二蒸發器之間的第一級有機朗肯循環管道上。
[0008]進一步的，所述第一級有機朗肯循環發電系統和第二級有機朗肯循環系統之間還設有第二級有機朗肯循環系統的第一蒸發器，所述第二級有機朗肯循環系統的第一蒸發器的放熱介質通道串接在所述第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器與所述第一級有機朗肯循環系統第一冷凝器之間的第一級有機朗肯循環管道上，所述第二級有機朗肯循環系統第一蒸發器的吸熱介質通道串接在所述第二級有機朗肯循環系統有機工質加壓泵與所述第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器之間的第二級有機朗肯循環管道上。
[0009]優選的，所述第二級有機朗肯循環系統還設有內預熱器，所述內預熱器的放熱介質通道串接在所述第二級有機朗肯循環的第二螺桿發電機組與所述第二級有機朗肯循環系統凝結器之間的第二級有機朗肯循環管道上，所述內預熱器的吸熱介質通道串接在所述第二級有機朗肯循環系統第一蒸發器與所述第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器之間的第二級有機朗肯循環管道上。
[0010]通常，所述第一、第二級有機朗肯循環系統均設有儲液罐/貯液罐，所述第一、第二級有機朗肯循環系統的所述儲液罐/貯液罐分別設置在所述第一級有機朗肯循環系統有機工質凝結器與第一級有機朗肯循環系統有機工質加壓泵之間和第二級有機朗肯循環系統有機工質凝結器與第二級有機朗肯循環系統有機工質加壓泵之間。
[0011]優選的，所述透平發電機組的發動機為渦輪機、螺桿膨脹機或蒸汽輪機，所述第一、第二螺桿發電機組的發動機為螺桿膨脹機。
[0012]所述第一級有機朗肯循環第二蒸發器和所述第二級有機朗肯循環第二蒸發器均可以為板式換熱器或其他形式的換熱器。
[0013]所述第一級有機朗肯循環第一蒸發器、所述第二級有機朗肯循環第一級蒸發器和所述第二級有機朗肯預熱器均可以為列管式換熱器或其他形式換熱器。
[0014]通常，所述蒸汽透平循環系統的循環介質可以為水，所述第一級有機朗肯循環系統的循環介質和所述第二級有機朗肯循環系統內的循環介質均可以為有機介質，所述有機介質優選為Rl 13或R245fa或其他有機介質。
[0015]本實用新型的有益效果:
[0016]采用蒸汽透平循環系統發電與有機朗肯循環系統耦合低溫發電，并通過各種優化的構造，通過能量的梯級利用原理，將含有余熱的尾氣或蒸汽中的熱量分別通過蒸汽透平循環系統、第一級有機朗肯循環系統和第二級有機朗肯循環系統分別進行三次發電，有效提高熱量的利用率，有利于避免能量浪費，并有利于保護環境。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0018]參見圖1，本實用新型提供了一種蒸汽透平發電耦合一種有機朗肯循環低溫發電裝置/系統，包括蒸汽透平循環發電系統、第一級有機朗肯循環低溫發電系統和第二級有機朗肯循環低溫發電系統。所述蒸汽透平循環發電系統包括蒸汽透平循環管道依次通過第一加壓泵1、熱轉化器2、蒸汽透平發電機組3、第一級有機朗肯循環低溫發電系統第二蒸發器4、第一級有機朗肯循環低溫發電系統第一蒸發器5和蒸汽透平循環發電系統儲液箱/罐6 ;所述第一級有機朗肯循環低溫發電系統包括依次通過的第一級有機朗肯循環管道連接的第一級有機工質加壓泵7、第一級有機朗肯第一蒸發器5、第一級有機朗肯第二蒸發器4、第一級有機工質螺桿發電機組8、第二級有機朗肯第二蒸發器9、第二級有機朗肯第一蒸發器10、第一級有機工質凝結器11和第一級有機工質儲罐/箱12 ;所述第二級有機朗肯循環低溫發電系統包括依次通過第二級有機朗肯循環管道連接的第二級有機工質加壓泵13、第二級有機朗肯第一蒸發器10、第二級有機朗肯預熱器15、第二級有機朗肯第二蒸發器9、第二級有機工質螺桿發電機組14、第二級有機工質凝結器16、第二級有機朗肯工質儲罐/箱17等。由此形成三級發電系統的相互耦合，以前一級發電系統的余熱作為后一級發電系統的動力，由此實現了能量的梯級充分利用，同時，由于后兩級發電系統采用了有機朗肯循環的低溫發電系統，由此可以將溫度相對較低的介質熱能利用起來，實現有效發電。
[0019]所述蒸汽透平循環系統的熱轉化器2采集含有可利用余熱的尾氣、蒸汽(簡稱余熱尾氣或余熱蒸汽)和地熱中的熱量，通過熱轉化器2將熱量傳遞到蒸汽透平循環系統的循環介質，驅動蒸汽透平進行發電，由于這時的溫度相對較高，采用蒸汽透平發電有利于增加發電量。驅動蒸汽透平發電機組后的介質往往還殘存一定熱量，蒸汽透平循環系統的介質通過第一級有機朗肯循環第二蒸發器與第一級有機朗肯循環系統的第一循環工質換熱，換熱后的蒸汽透平循環系統介質的內部熱量降低，再通過第一級有機朗肯循環系統第一蒸發器繼續與第一級有機朗肯循環系統的第一循環工質換熱，然后進入透平工質儲液罐/箱，然后在蒸汽透平工質泵的作用下在蒸汽透平發電裝置中循環流動；第一級有機朗肯循環介質吸收了第一級有機朗肯循環系統第二蒸發器熱量后驅動第一螺桿發電機組對外發電，然后第一級有機朗肯循環介質再通過第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器與第二級有機朗肯循環低溫發電裝置的第二循環介質換熱，第一級有機朗肯循環介質再通過第一級有機朗肯循環加壓泵在第一級有機朗肯循環發電裝置中循環流動；第二級有機朗肯循環低溫發電系統有機工質在第二級有機朗肯循環第二蒸發器中與第一級有機朗肯工質換熱后驅動第二螺桿發電機組對外發電，再通過第二級有機朗肯循環系統第二加壓泵在第二級有機朗肯循環發電裝置中循環流動。
[0020]通過以上方式將尾氣、蒸汽和地熱中的熱量分別通過蒸汽透平循環系統、第一級有機朗肯循環系統和第二級有機朗肯循環系統分別進行三次發電，提高熱量的利用率，保護環境。
[0021]在所述第一級有機朗肯循環系統螺桿發電機組8和所述第一級有機朗肯循環系統工質加壓泵之間的第一級有機朗肯循環管道上還設有第一級ORC有機工質凝結器11，在所述第二級有機朗肯循環系統螺桿發電機組14和所述第二級ORC有機工質加壓泵之間的第二級有機朗肯循環管道上還設有第二級有機工質凝結器16。第一級有機工質凝結器和第二級有機工質凝結器的設置，使得氣態的第一級有機循環介質和第二級有機循環介質分別通過第一級有機工質凝結器和第二級有機工質凝結器時恢復到液態，便于第一級有機循環介質和第二級有機循環介質的循環。
[0022]為了更充分地利用熱能，所述蒸汽透平循環系統和第一級有機朗肯循環系統之間設有用于進一步熱交換的第一級ORC發電系統第一蒸發器5，所述第一級有機朗肯循環第二蒸發器與所述蒸汽透平工質泵之間的蒸汽透平循環管道可以與所述第一級ORC發電系統第一蒸發器5的放熱介質通道連通，所述第一級有機朗肯循環有機工質加壓泵與所述第一級有機朗肯循環的第二蒸發器之間的第一級有機朗肯循環管道可以與所述第一級有機朗肯循環第一蒸發器的預熱通道連通。第一級有機朗肯循環第一蒸發器的設置，液態的第一級有機朗肯循環介質通過第一級有機朗肯循環第一蒸發器與蒸汽透平循環系統的介質進行換熱(對第一級有機循環介質進行預熱)，預熱后的第一級有機循環介質再通過第一級有機朗肯循環系統第二蒸發器與蒸汽透平循環系統的介質換熱，使得第一級有機循環介質氣化，從而推動第一級有機朗肯循環螺桿發電機組對外發電。第一級有機朗肯循環系統第一蒸發器的設置可保證第一級有機循環介質吸收足夠的熱量，保證第一螺桿發電機組的正常工作。
[0023]進一步的，所述第一級有機朗肯循環系統和第二級有機朗肯循環系統之間還可以設有第二級有機朗肯循環系統第一蒸發器10，所述第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器與所述第一級有機朗肯循環系統凝結器11之間的第一級有機朗肯循環管道可以與所述第二級有機朗肯循環系統的第一蒸發器10的放熱介質通道連接，所述第二級有機朗肯循環有機工質加壓泵13與所述第二級有機朗肯循環系統的第二蒸發器9之間的第二級有機朗肯循環管道可以與所述第二級有機朗肯循環系統第一蒸發器10的預熱通道連接。液態的第二級有機朗肯循環系統的循環介質可以通過第二級有機朗肯循環第一蒸發器10與第一級有機朗肯循環介質換熱(對第二級有機朗肯循環介質進行預熱)，預熱后的第二級有機朗肯循環介質再通過第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器與第一級有機朗肯循環介質進行換熱，使得第二級有機朗肯循環介質氣化，從而推動第二級有機朗肯循環系統螺桿發電機組對外發電。第二級有機朗肯循環第一蒸發器的設置可保證第二級有機朗肯循環介質吸收足夠的熱量，確保第二級有機朗肯循環介質經過第二級有機朗肯循環第二蒸發器時氣化，進而保證第二螺桿發電機組的正常工作。
[0024]所述第二級有機朗肯循環管道上還設有第二級有機朗肯預熱器15，所述第二級有機朗肯循環螺桿發電機組14與所述第二級有機朗肯循環有機工質凝結器之間的第二級有機朗肯循環管道與所述第二級有機朗肯循環有機工質預熱器15的放熱介質通道連通，所述第二級有機朗肯循環第一、第二蒸發器之間的第二級有機朗肯循環管道與所述第二級有機朗肯循環有機工質預熱器15預熱通道連接。第二級有機朗肯循環有機工質預熱器15的設置，使第二級有機朗肯循環有機介質在進入第二級有機朗肯循環系統凝結器16之前與經過冷凝的液態第二級有機朗肯循環介質進行換熱，首先，降低了第二級有機朗肯循環介質進入凝結器16時的溫度，減少凝結器16冷凝過程所需要的能量；其次，又對液態的第二級有機朗肯循環介質進行一次預熱，保證第二螺桿發電機組的正常工作。
[0025]優選地，所述蒸汽透平發電機組的發動機3可以為渦輪機、膨脹機或蒸汽輪機，所述第一、第二螺桿發電機組的發動機可以為螺桿膨脹機或渦輪機，所述第一級有機朗肯循環第二蒸發器和所述第二級有機朗肯循環第二蒸發器均可以為板式換熱器或其他形式換熱器，所述第一級有機朗肯循環系統第一蒸發器5、所述第二級有機朗肯循環第一蒸發器10和所述有機工質預熱器15均可以為列管式預熱器或其他換熱器，所述第一級有機循環介質和所述第二級有機循環介質可以為R113或R245fa或其他工質。
[0026]所述各循環管道與相應各設備之間的連接/連通可依據現有技術，所述各發電機組主要包括由相應介質驅動的發動機和由所述發動機驅動的相應發電機，相應管道與發電機組連接指以發動機介質進口和入口將發動機介質通道串接入相關管道。
【權利要求】
1.一種有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互稱合發電，其特征在于包括蒸汽透平循環系統、第一級有機朗肯循環系統和第二級有機朗肯循環系統，所述蒸汽透平循環系統包括依次通過透平循環管道連接的第一加壓泵、熱轉化器、透平發電機組、第一級有機朗肯循環第二蒸發器、第一級有機朗肯循環第一蒸發器和透平儲液罐/箱，所述透平循環管道與所述熱轉化器的吸熱介質通道連通，與所述第一級有機朗肯循環第二蒸發器和第一蒸發器的放熱介質通道連通；所述第一級有機朗肯循環系統包括依次通過第一級有機朗肯循環管道連接的所述第一級有機朗肯循環有機工質加壓泵、第一蒸發器、第二蒸發器、第一螺桿發電機組、第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器、第二級有機朗肯循環系統第一蒸發器、第一級有機朗肯循環系統冷凝器和第一級有機朗肯工質儲罐/箱，所述第一級有機朗肯循環管道與所述第一級有機朗肯循環第一蒸發器和所述第一級有機朗肯循環第二蒸發器的吸熱介質通道連通，與第二級有機朗肯循環第二蒸發器和第二級有機朗肯循環第一蒸發器的放熱介質通道連通；所述第二級有機朗肯循環系統包括依次通過第二朗肯循環管道連接的所述第二級有機朗肯循環工質加壓泵、第二級有機朗肯循環第一蒸發器、第二級有機朗肯循環第二蒸發器、第二螺桿發電機組、第二級有機朗肯循環預熱器、第二級有機朗肯循環冷凝器和第二級有機朗肯工質儲液罐/箱，所述第二級有機朗肯循環管道與所述第二級有機朗肯循環第一蒸發器和第二級有機朗肯循環第二蒸發器的吸熱介質通道連通。
2.根據權利要求1所述的有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，其特征在于所述第一級有機朗肯循環系統的冷凝器位于所述第二級有機朗肯循環系統的第一蒸發器和所述第一級有機朗肯循環系統的工質儲液罐/箱之間，有機朗肯循環系統的冷凝器位于所述第二級有機朗肯循環系統的螺桿發電機組和所述第二級有機朗肯循環系統的工質儲液罐/箱之間。
3.根據權利要求2所述的有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，其特征在于所述蒸汽透平循環系統和第一級有機朗肯循環系統之間還設有第一級有機朗肯循環系統的第一蒸發器，所述第一級有機朗肯循環系統的第一蒸發器的放熱介質通道串接在位于所述第一級有機朗肯循環的第二蒸發器與所述透平工質加壓泵之間的透平循環管道上，所述第一級有機朗肯循環系統的第一蒸發器的吸熱介質通道串接在所述第一級有機朗肯循環系統的第一級有機朗肯循環系統有機工質加壓泵與所述第一級有機朗肯循環系統第二蒸發器之間的第一級有機朗肯循環管道上。
4.根據權利要求3所述的有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，其特征在于所述第一級有機朗肯循環發電系統和第二級有機朗肯循環系統之間還設有第二級有機朗肯循環系統的第一蒸發器，所述第二級有機朗肯循環系統的第一蒸發器的放熱介質通道串接在所述第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器與所述第一級有機朗肯循環系統第一冷凝器之間的第一級有機朗肯循環管道上，所述第二級有機朗肯循環系統第一蒸發器的吸熱介質通道串接在所述第二級有機朗肯循環系統有機工質加壓泵與所述第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器之間的第二級有機朗肯循環管道上。
5.根據權利要求4所述的有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，其特征在于所述第二級有機朗肯循環系統還設有內預熱器，所述內預熱器的放熱介質通道串接在所述第二級有機朗肯循環的第二螺桿發電機組與所述第二級有機朗肯循環系統凝結器之間的第二級有機朗肯循環管道上，所述內預熱器的吸熱介質通道串接在所述第二級有機朗肯循環系統第一蒸發器與所述第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器之間的第二級有機朗肯循環管道上。
6.根據權利要求5所述的有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，其特征在于所述第一、第二級有機朗肯循環系統均設有儲液罐/貯液罐，所述第一、第二級有機朗肯循環系統的所述儲液罐/貯液罐分別設置在所述第一級有機朗肯循環系統有機工質凝結器與第一級有機朗肯循環系統有機工質加壓泵之間和第二級有機朗肯循環系統有機工質凝結器與第二級有機朗肯循環系統有機工質加壓泵之間。
7.根據權利要求1-6任一項所述的有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，其特征在于所述透平發電機組的發動機為渦輪機、螺桿膨脹機或蒸汽輪機，所述第一、第二螺桿發電機組的發動機為螺桿膨脹機。
8.根據權利要求6所述的有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，其特征在于所述第一級有機朗肯循環系統第二蒸發器和所述第二級有機朗肯循環系統第二蒸發器均為板式換熱器。
9.根據權利要求6所述的有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，其特征在于所述第一級有機朗肯循環系統第一蒸發器、所述第二級有機朗肯循環系統第一蒸發器和所述第二級有機朗肯預熱器均為列管式預熱器。
10.根據權利要求6所述的有機朗肯循環低溫發電與蒸汽透平發電相互耦合發電裝置，其特征在于所述蒸汽透平循環系統的循環介質為水，所述第一級有機朗肯循環系統內的循環介質和所述第二級有機朗肯循環系統內的循環介質均為有機。
【文檔編號】F01D15/10GK204024736SQ201420255282
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】顧君堯 申請人:顧君堯