專利名稱:采用變頻自動控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種采用變頻自動控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備，包括蒸發(fā)器、預熱器、儲液罐、冷凝器、膨脹機、發(fā)電機和冷卻塔。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確顯示蒸發(fā)液位及將信號傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)液位參數(shù)信號與設(shè)定值比較，通過工質(zhì)泵上的變頻設(shè)施對工質(zhì)液位進行調(diào)節(jié)能精確顯示蒸發(fā)器內(nèi)有機工質(zhì)液位狀態(tài)。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單安裝容易，操作簡單。發(fā)電機組占地小、通用性強、可以整機裝和移動，合適工業(yè)余熱的特點和發(fā)電利用。維護檢修方便。
【專利說明】采用變頻自動控制技術(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，實現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)有機工質(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，采用有機工質(zhì)(ORC)作為熱力循環(huán)的工質(zhì)與90°C以下低溫熱水換熱，有機工質(zhì)吸熱后產(chǎn)生高壓蒸汽，推動雙工質(zhì)膨脹機帶動發(fā)電機發(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，這項技術(shù)還可以推廣到可再生能源發(fā)電設(shè)備中(如地熱能、太陽能和生物質(zhì)能)，為利用可再生能源發(fā)電提供了新技術(shù)方法。
[0003]原始應用的機組，工質(zhì)泵自機組投運后始終處于工頻滿負荷運行狀態(tài)，未考慮由于熱源溫度波動造成蒸發(fā)器內(nèi)有機工質(zhì)液位的變化從而影響蒸發(fā)效率及運行進程。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)液位過低，低于換熱盤管水平位置，換熱效率下降；工質(zhì)液位過高，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)存在的問題，本實用新型提出一種新的采用變頻自動控制技術(shù)的低溫余熱的發(fā)電設(shè)備。
[0005]本實用新型發(fā)電設(shè)備是這樣構(gòu)成的:
[0006]一種采用變頻自動控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備，包括蒸發(fā)器、預熱器、儲液罐、冷凝器、膨脹機、發(fā)電機和冷卻塔；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:熱水源的出口通過熱水循環(huán)泵和逆止閥連接到蒸發(fā)器和預熱器中的管路一，管路一的出口再通過閥門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)器和預熱器中的管路二的出口通過主汽閥連接螺桿膨脹機的入口，膨脹機帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)發(fā)電，膨脹機的出口通過閥門連接冷凝器中的管路一；冷凝器的管路一的出口連接儲液罐，儲液罐的出口通過工質(zhì)泵和逆止閥連接到蒸發(fā)器和預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閥門連接到冷卻塔的入口，冷卻塔的出口通過閥門、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)了一個旁通管及電磁閥。
[0012]蒸發(fā)器、預熱器、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]本實用新型的優(yōu)點是:
[0015]能精確顯示蒸發(fā)器內(nèi)有機工質(zhì)液位狀態(tài)；采用自動控制技術(shù)，通過變頻器精準調(diào)節(jié)工質(zhì)泵，減少不必要的工質(zhì)進入蒸發(fā)器，使工質(zhì)最大化做功，并根據(jù)蒸發(fā)液位來保證儲液罐工質(zhì)不被抽空造成功率波動。螺桿膨脹動力機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；螺桿膨脹機在熱源壓力、溫度和流量大范圍波動情況下，內(nèi)效率基本不變，能保持機組穩(wěn)定、安全運行。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單安裝容易，操作簡單。發(fā)電機組占地小、通用性強、可以整機裝和移動，合適工業(yè)余熱的特點和發(fā)電利用。維護檢修方便。由于采用永磁渦流柔性傳動技術(shù)，實現(xiàn)了源動機到負載之間轉(zhuǎn)矩的無接觸傳遞，因為無物理性連接，由連接精度所造成的機械振動和噪音大大降低。
[0016]本實用新型發(fā)電機組的動力設(shè)備為雙螺桿膨脹機，它是一種容積式的全流動力設(shè)備，能適應過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水兩相和熱水工質(zhì)。本實用新型對于開發(fā)新型、高效的低溫余熱發(fā)電設(shè)備，提高我國能源利用率，節(jié)能減排，保護環(huán)境，都具有重要的意義。

【附圖說明】

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

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合圖1對本實用新型做進一步說明。
[0020]本實用新型是一種采用變頻自動控制技術(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、預熱器3、儲液罐5、冷凝器7、膨脹機10、發(fā)電機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:熱水源的出口通過熱水循環(huán)泵I和逆止閥連接到蒸發(fā)器2和預熱器3中的管路一，管路一的出口再通過閥門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和預熱器3中的管路二的出口通過主汽閥8連接螺桿膨脹機10的入口，膨脹機10帶動發(fā)電機11運轉(zhuǎn)發(fā)電，膨脹機10的出口通過閥門連接冷凝器7中的管路一。冷凝器7的管路一的出口連接儲液罐5，儲液罐5的出口通過工質(zhì)泵4和逆止閥連接到蒸發(fā)器2和預熱器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下的儲液罐5能夠保證冷凝液及時排走，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)了一個旁通管及電磁閥9，其作用是旁通螺桿膨脹機10，能迅速減少膨脹機10兩端壓差，為機組的安全運行提供保證。膨脹機10飛車時控制設(shè)備自動打開旁通電磁閥9。旁通電磁閥9為常開式，與工質(zhì)泵4 一起接入用電接口，當斷電時，電磁閥9打開使旁通打開。循環(huán)回路三為:冷凝器7中的管路二的出口通過閥門連接到冷卻塔12的入口，冷卻塔12的出口通過閥門、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方向都是相反的。
[0022]該設(shè)備有三個管殼式的換熱設(shè)備，分別是滿液式蒸發(fā)器2、預熱器3、冷凝器7。其中預熱器3能夠保證液態(tài)工質(zhì)有足夠的顯熱吸收，而滿液式的蒸發(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。通過調(diào)整泵的頻率，改變出力。
[0024]本實用新型重要的設(shè)計要點還在于: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確顯示蒸發(fā)液位及將信號傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)液位參數(shù)信號與設(shè)定值比較，通過工質(zhì)泵上的變頻設(shè)施對工質(zhì)液位進行調(diào)節(jié)，實時控制有機工質(zhì)進入蒸發(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)，此說明書中不再詳細說明。
[0025]本實用新型的工作過程是:
[0026]熱水源輸出的高溫余熱熱水通過熱水循環(huán)泵1，依次進入蒸發(fā)器2和預熱器3，與有機工質(zhì)進行換熱，將熱量傳遞給有機工質(zhì)；蒸發(fā)器2產(chǎn)生的高壓氣態(tài)有機質(zhì)進入低溫發(fā)電機組的雙螺桿膨脹機10的進口，推動膨脹機10高速旋轉(zhuǎn)，膨脹作功并推動發(fā)電機11運轉(zhuǎn)發(fā)電。做功之后排出的低壓氣液兩相有機工質(zhì)進入冷凝器7，在冷卻水泵6的作用下，低溫冷卻水進入冷凝器7、冷卻塔12冷卻后循環(huán)使用。冷凝器7中的有機工質(zhì)被冷卻為低溫液態(tài)，之后經(jīng)過工質(zhì)泵4加壓，將液態(tài)發(fā)電介質(zhì)送入到預熱器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10的乏汽熱量，進入預熱器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，采用有機工質(zhì)(ORC)作為熱力循環(huán)的工質(zhì)與90°C以下低溫熱水換熱，有機工質(zhì)吸熱后產(chǎn)生高壓蒸汽，推動雙工質(zhì)膨脹機帶動發(fā)電機發(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，這項技術(shù)還可以推廣到可再生能源發(fā)電設(shè)備中(如地熱能、太陽能和生物質(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控制技術(shù)的低溫余熱發(fā)電設(shè)備，包括蒸發(fā)器(2)、預熱器(3)、儲液罐(5)、冷凝器(7)、膨脹機(10)、發(fā)電機(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:熱水源的出口通過熱水循環(huán)泵(I)和逆止閥連接到蒸發(fā)器(2)和預熱器(3)中的管路一，管路一的出口再通過閥門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)和預熱器(3)中的管路二的出口通過主汽閥(8)連接螺桿膨脹機(10)的入口，膨脹機(10)帶動發(fā)電機(11)運轉(zhuǎn)發(fā)電，膨脹機(10)的出口通過閥門連接冷凝器(7)中的管路一；冷凝器(7)的管路一的出口連接儲液罐(5)，儲液罐(5)的出口通過工質(zhì)泵(4)和逆止閥連接到蒸發(fā)器(2)和預熱器(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閥門連接到冷卻塔(12)的入口，冷卻塔(12)的出口通過閥門、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】F01K13-00GK204267120SQ201420712999
【發(fā)明者】張于峰, 夏東培, 薄云航, 饒龍濤, 趙瑩麗 [申請人]國核柏斯頓新能源科技(北京)有限公司