一種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置，該裝置的熱源介質(zhì)循環(huán)泵與熱交換器的熱源入口相連；所述熱交換器的工作介質(zhì)出口與匯合器的一個(gè)入口相連；所述匯合器的出口與透平機(jī)的入口相連，透平機(jī)的出口與壓縮機(jī)的入口相連；壓縮機(jī)的出口分別與匯合器的另一個(gè)入口和工作介質(zhì)循環(huán)泵的入口相連；工作介質(zhì)循環(huán)泵的出口與熱交換器的工作介質(zhì)入口相連；所述透平機(jī)與發(fā)電機(jī)相連；所述熱源介質(zhì)循環(huán)泵、熱交換器、透平機(jī)、壓縮機(jī)、工作介質(zhì)循環(huán)泵和發(fā)電機(jī)均與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連。本實(shí)用新型該裝置熱能?機(jī)械能轉(zhuǎn)化效率高，機(jī)組單機(jī)容量大，結(jié)構(gòu)緊湊，熱源適應(yīng)性強(qiáng)，功率/重量比高，技術(shù)和產(chǎn)品穩(wěn)定性好。
【專利說(shuō)明】
一種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及透平機(jī)械、發(fā)動(dòng)機(jī)、熱栗、朗肯循環(huán)、流體機(jī)械、流體力學(xué)、熱力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置。【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，燃煤、燃油、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組和車船發(fā)動(dòng)機(jī)等消耗大量燃料，運(yùn)行成本高且污染環(huán)境。原子能發(fā)電設(shè)備需要核燃料，水利發(fā)電需要修筑水庫(kù)大壩，風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能因其能源密度低而成本高啟。
[0003]目前世界范圍內(nèi)盛行的利用余熱的方法是利用有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle-ORC)。新安裝的和現(xiàn)有的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)正在利用或通過(guò)設(shè)備改造轉(zhuǎn)化浪費(fèi)的熱能為電能，獲得額外的機(jī)組輸出功率。隨著低溫0RC系統(tǒng)的商業(yè)化，缸套冷卻水和廢氣的能量作為出色的零排放能源加以利用。0RC裝置可以有效地利用高溫(尾氣排放管道)、低溫(缸套冷卻水)或兩者組合的能源，理論上利用廢熱可額外獲得相當(dāng)于機(jī)組容量的12%以上的電力，實(shí)踐中可獲得6% ARC的冷卻系統(tǒng)還可兼作發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器，可節(jié)省可觀的熱電廠前期投資。
[0004]傳統(tǒng)有機(jī)朗肯循環(huán)(0RC)遵循蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的基本原理，利用沸點(diǎn)比水低得多的工作流體替換水介質(zhì)，圖1為典型的傳統(tǒng)有機(jī)朗肯循環(huán)(0RC)的結(jié)構(gòu)圖。
[0005]傳統(tǒng)的有機(jī)郎肯循環(huán)過(guò)程的工作步驟包括:
[0006]1.低沸點(diǎn)工作介質(zhì)在蒸發(fā)器中與被熱水栗栗入的熱水進(jìn)行熱交換，熱量被用于煮沸工質(zhì)蒸發(fā)；
[0007]2.具備壓力的低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸汽流過(guò)雙螺桿膨脹機(jī)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電力；
[0008]3.低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸汽在冷凝器中散熱冷卻，熱量由冷凝器散熱器帶走；[〇〇〇9] 4.液態(tài)工質(zhì)(制冷劑)經(jīng)工作介質(zhì)循環(huán)栗加壓后栗入蒸發(fā)器，循環(huán)過(guò)程得以重復(fù)。
[0010]傳統(tǒng)郎肯循環(huán)成功地使用沸點(diǎn)比水低得多的工質(zhì)使低沸點(diǎn)蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。這種低沸點(diǎn)液體工質(zhì)包括有機(jī)分子，例如戊烷這樣的炭氫化合物或炭氫氟制冷劑，因而命名為有機(jī)朗肯循環(huán)。常用的工作質(zhì)包括R134或R245fa等不燃無(wú)毒的工作介質(zhì)等，沸點(diǎn)需與工況配套。0RC利用尾氣排放和缸套冷卻水或者兩者組合的余熱，轉(zhuǎn)換為一種有價(jià)值的能量形式例如電能。0RC技術(shù)遵循應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)本身的熱動(dòng)力學(xué)定律，部分熱量必須被排放。圖2表示了熱量借助0RC的工作介質(zhì)從高溫TH，進(jìn)入低溫TC，迫使工作介質(zhì)做機(jī)械功W，例如驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0011]輸入熱量、輸出熱量和所做的功在理論上的理想比例可按卡諾效率公式計(jì)算，可回收的熱機(jī)理想效率如下，
[0012]ncarnot=l-(TC/TH) (1)
[0013]式中qcarncit-卡諾循環(huán)效率；
[0014]TH-熱源介質(zhì)高溫側(cè)溫度，°K;
[0015]TC-工作介質(zhì)排放側(cè)溫度，°K;
[0016]溫度是絕對(duì)溫度°1(，以開(kāi)爾文溫度測(cè)量，大約三分之一的理論最大值可從低溫ORC 轉(zhuǎn)化為電功率輸出，0RC轉(zhuǎn)換效率在6-12 %左右。
[0017]低溫0RC技術(shù)與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)相連接，已廣泛地應(yīng)用于世界各地的許多行業(yè)。而對(duì)傳統(tǒng)有機(jī)朗肯循環(huán)來(lái)說(shuō)，輸入到熱交換器的熱能，只有一小部分通過(guò)雙螺桿膨脹機(jī)或透平式膨脹機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，其中大部分熱量由冷卻器排放到空氣或冷卻水中。有機(jī)朗肯循環(huán)的理論效率為1-TC/TH，工業(yè)實(shí)踐的實(shí)際效率為6-10%左右，0RC機(jī)組的容量不可能做得很大，一般小于200千瓦，與幾兆瓦的燃油機(jī)組配套。有機(jī)朗肯循環(huán)余熱利用效率低，機(jī)組容量小，投資回報(bào)前景有限，這也是大多數(shù)用戶特別是電價(jià)比較低的中國(guó)用戶不愿意裝備余熱利用機(jī)組的主要原因?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0018]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置，為電力設(shè)備、汽車、造船業(yè)、工業(yè)設(shè)備和家用設(shè)備等工業(yè)提供無(wú)能耗無(wú)污染的動(dòng)力設(shè)備和電力。
[0019]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下，一種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置，包括熱源介質(zhì)循環(huán)栗、熱交換器、透平機(jī)、壓縮機(jī)、工作介質(zhì)循環(huán)栗、發(fā)電機(jī)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和匯合器;其中，所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗與熱交換器的熱源入口相連;所述熱交換器的工作介質(zhì)出口與匯合器的一個(gè)入口相連;所述匯合器的出口與透平機(jī)的入口相連，透平機(jī)的出口與壓縮機(jī)的入口相連;壓縮機(jī)的出口分別與匯合器的另一個(gè)入口和工作介質(zhì)循環(huán)栗的入口相連;工作介質(zhì)循環(huán)栗的出口與熱交換器的工作介質(zhì)入口相連;所述透平機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)相連;所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗、熱交換器、透平機(jī)、壓縮機(jī)、工作介質(zhì)循環(huán)栗和發(fā)電機(jī)均與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連。
[0020]進(jìn)一步的，所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗和工作介質(zhì)循環(huán)栗采用變頻調(diào)速控制。[0021 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0022]1、本實(shí)用新型的裝置設(shè)計(jì)緊湊，輸入熱源適應(yīng)性強(qiáng)，功率/重量比高，技術(shù)和產(chǎn)品穩(wěn)定性好，投資回報(bào)率超高。
[0023]2、本實(shí)用新型有機(jī)雙循環(huán)和有機(jī)朗肯循環(huán)都遵循蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的基本定理，都使用低沸點(diǎn)工作介質(zhì)代替水和水蒸氣介質(zhì)。但本實(shí)用新型使用低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)將熱能至機(jī)械能，使用壓縮機(jī)處理蒸汽尾氣，因而無(wú)需安裝冷卻裝置就可實(shí)現(xiàn)一個(gè)封閉的工作循環(huán);而有機(jī)朗肯循環(huán)使用雙螺桿膨脹機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，必須安裝散熱器通過(guò)散熱的方法使低沸點(diǎn)工作介質(zhì)液化，實(shí)現(xiàn)一個(gè)封閉的工作循環(huán)。
[0024]3、本實(shí)用新型因沒(méi)有安裝冷卻器，低沸點(diǎn)蒸汽的尾氣處理與環(huán)境溫度沒(méi)有緊密的聯(lián)系，采用更為巧妙的方法來(lái)解決工作介質(zhì)液化時(shí)產(chǎn)生的液化熱排放難題。因無(wú)需排放熱量至周圍環(huán)境，低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)的出口溫度可不受環(huán)境溫度的制約。從理論上講，所有吸入到熱交換器的熱量可全部轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，換句話說(shuō)低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)輸出的機(jī)械能與輸入到熱交換器的熱能保持同步，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入到熱交換器的熱量來(lái)控制低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)的機(jī)械能輸出，保持透平機(jī)的內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象。
[0025]4、因周圍環(huán)境溫度比熱交換器和低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)機(jī)體溫度低，有一小部分熱量將從熱交換器和透平機(jī)機(jī)體散發(fā)到空氣中，從熱交換器到低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)的效率可達(dá)90%以上。【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是有機(jī)朗肯循環(huán)(0RC)結(jié)構(gòu)框圖；[〇〇27]圖2是有機(jī)朗肯循環(huán)(0RC)熱量流向圖；
[0028]圖3是本實(shí)用新型的低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)及有機(jī)雙循環(huán)工藝結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖4是往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)缸套冷卻水和排放尾氣余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)原理圖；
[0030]圖5是蒸汽輪機(jī)發(fā)電廠余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇31]圖6是液化天然氣生產(chǎn)過(guò)程余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇32]圖7是煉鋼爐生產(chǎn)過(guò)程余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇33]圖8是地?zé)釤崴酂崂脵C(jī)組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇34]圖9是熱栗熱水余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇35]圖10是空氣能利用機(jī)組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇36]圖11是海水熱能利用機(jī)組結(jié)構(gòu)原理圖；
[0037]圖中，熱源介質(zhì)循環(huán)栗1、熱交換器2、透平機(jī)3、壓縮機(jī)4、工作介質(zhì)循環(huán)栗5、發(fā)電機(jī) 6、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)7、匯合器8、聯(lián)軸器9、蒸發(fā)器10、雙螺桿膨脹機(jī)11、冷凝器12、冷凝罐13、 制冷劑系統(tǒng)14、余熱回收鍋爐15、地?zé)釤崴?6、熱栗熱水罐17、風(fēng)扇18、海水供應(yīng)罐19、第一循環(huán)栗20、第二循環(huán)栗21?！揪唧w實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0039]如圖3所示，低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置以分布廣泛的低溫?zé)嵩醋鳛槟茉磥?lái)源，遵循能量守恒和朗肯循環(huán)定律，采用先進(jìn)的低溫?zé)崮?機(jī)械能轉(zhuǎn)換技術(shù)，透平機(jī)轉(zhuǎn)子在獲取的動(dòng)力作用下旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電力。這種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置包括熱源介質(zhì)循環(huán)栗 1、熱交換器2、透平機(jī)3、壓縮機(jī)4、工作介質(zhì)循環(huán)栗5、發(fā)電機(jī)6、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)7和匯合器8; 其中，所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗1與熱交換器2的熱源入口相連;所述熱交換器2的工作介質(zhì)出口與匯合器8的一個(gè)入口相連;所述匯合器8的出口與透平機(jī)3的入口相連，透平機(jī)3的出口與壓縮機(jī)4的入口相連;壓縮機(jī)4的出口分別與匯合器8的另一個(gè)入口和工作介質(zhì)循環(huán)栗5的入口相連;工作介質(zhì)循環(huán)栗5的出口與熱交換器2的工作介質(zhì)入口相連;所述透平機(jī)3通過(guò)聯(lián)軸器9與發(fā)電機(jī)6相連;所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗1、熱交換器2、透平機(jī)3、壓縮機(jī)4、工作介質(zhì)循環(huán)栗 5和發(fā)電機(jī)6均與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)7相連。
[0040]所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗1、熱交換器2和工作介質(zhì)循環(huán)栗5組成熱交換系統(tǒng);所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗1和工作介質(zhì)循環(huán)栗5采用變頻調(diào)速控制，熱交換系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)7的控制下保證輸入到熱交換系統(tǒng)的熱量與透平機(jī)3的機(jī)械功輸出同步匹配。
[0041]所述壓縮機(jī)4抽取透平機(jī)3的出口尾氣，尾氣在壓縮機(jī)4中被壓縮和冷凝，形成液態(tài)工作介質(zhì)和氣態(tài)工作介質(zhì)，其中液態(tài)工作介質(zhì)通過(guò)工作介質(zhì)循環(huán)栗5栗入熱交換器2,氣態(tài)工作介質(zhì)經(jīng)壓縮后與熱交換器2蒸發(fā)后的氣態(tài)工作介質(zhì)通過(guò)匯合器8匯合，匯合后一并輸入到透平機(jī)3的入口，氣態(tài)工作介質(zhì)驅(qū)動(dòng)透平機(jī)3的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，輸出轉(zhuǎn)速和扭矩驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)6旋轉(zhuǎn)發(fā)電。壓縮機(jī)4對(duì)透平機(jī)3的出口尾氣進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，不斷排空透平機(jī)3的出口，使透平機(jī)3 始終保持壓差連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0042]熱源介質(zhì)循環(huán)栗1輸送熱源介質(zhì)在熱交換器2內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，迫使熱源介質(zhì)與工作介質(zhì)交換熱量。熱源介質(zhì)傳輸?shù)臒崃颗c熱交換器2的熱傳導(dǎo)系數(shù)、傳熱面積和熱交換器2的壁面溫差成正比，在熱交換器2制作加工成形后，熱交換面積是固定的，壁面溫差在設(shè)備運(yùn)行時(shí)通常不斷地變化，熱源介質(zhì)循環(huán)栗1與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)7的變頻調(diào)速系統(tǒng)相連接，通過(guò)調(diào)節(jié)熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的轉(zhuǎn)速和流量，調(diào)節(jié)熱交換器2的熱傳導(dǎo)系數(shù)，從而調(diào)節(jié)從熱源介質(zhì)傳輸?shù)焦ぷ鹘橘|(zhì)的熱量，實(shí)現(xiàn)熱量輸入的實(shí)時(shí)控制。
[0043]這種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)組的潤(rùn)滑方案簡(jiǎn)潔，對(duì)于小型機(jī)組可去除潤(rùn)滑油罐、潤(rùn)滑油栗、潤(rùn)滑油過(guò)濾器和潤(rùn)滑油冷卻器，創(chuàng)建了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單高效穩(wěn)定的潤(rùn)滑系統(tǒng)。對(duì)于大型機(jī)組來(lái)說(shuō)，需要配備潤(rùn)滑油罐、潤(rùn)滑油栗、潤(rùn)滑油過(guò)濾器和潤(rùn)滑油冷卻器等，但潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和容量比現(xiàn)有的熱發(fā)電機(jī)組小得多，潤(rùn)滑油的用量與常規(guī)工業(yè)機(jī)器類同。這種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)無(wú)需冷卻裝置，系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)便，維護(hù)成本低廉。
[0044]本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下:
[0045]S1:熱源介質(zhì)在熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的驅(qū)動(dòng)下流過(guò)熱交換器2與工作介質(zhì)進(jìn)行熱交換，熱量用于煮沸工作介質(zhì)使其蒸發(fā)；
[0046]S2:壓縮機(jī)4抽取透平機(jī)3的出口尾氣，尾氣在壓縮機(jī)4中被壓縮和冷凝，形成液態(tài)工作介質(zhì)和氣態(tài)工作介質(zhì)，其中液態(tài)工作介質(zhì)通過(guò)工作介質(zhì)循環(huán)栗5栗入熱交換器2,重新進(jìn)行熱交換；氣態(tài)工作介質(zhì)經(jīng)壓縮后與熱交換器2蒸發(fā)后的氣態(tài)工作介質(zhì)通過(guò)匯合器8匯合，回合后一并輸入到透平機(jī)3的入口；在壓縮機(jī)4的牽引下，透平機(jī)3將氣態(tài)工作介質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)6發(fā)電；
[0047]S3:上述壓縮機(jī)4抽取透平機(jī)3的出口尾氣，尾氣在壓縮機(jī)4中被冷凝，形成液態(tài)工作介質(zhì)，液態(tài)工作介質(zhì)通過(guò)工作介質(zhì)循環(huán)栗5栗入熱交換器2,液態(tài)工作介質(zhì)在熱交換器2中被蒸發(fā)，蒸發(fā)后的氣體進(jìn)入透平機(jī)3的入口，形成外部液態(tài)工作介質(zhì)循環(huán)；
[0048]S4:上述壓縮機(jī)4抽取透平機(jī)3的出口尾氣，尾氣在壓縮機(jī)4中被壓縮，形成氣態(tài)工作介質(zhì)，氣態(tài)工作介質(zhì)經(jīng)壓縮后與熱交換器2蒸發(fā)后的氣態(tài)工作介質(zhì)通過(guò)匯合器8匯合，回合后一并輸入到透平機(jī)3的入口，形成內(nèi)部氣態(tài)工作介質(zhì)循環(huán)；
[0049]S5:如果外部液態(tài)工作介質(zhì)循環(huán)停止工作，內(nèi)部氣態(tài)工作介質(zhì)循環(huán)仍可獨(dú)立工作；
[0050]S6:計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)7獲取熱源介質(zhì)循環(huán)栗1和工作介質(zhì)循環(huán)栗5的流量信號(hào)、熱交換器2的溫度信號(hào)、透平機(jī)3的轉(zhuǎn)速和壓力信號(hào)、壓縮機(jī)4的壓力信號(hào)，采用成熟的控制算法 (如比例微分積分調(diào)節(jié)器或模糊控制算法)，計(jì)算出輸出控制信號(hào)，發(fā)送給所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗1和工作介質(zhì)循環(huán)栗5的變頻調(diào)速控制器，從而通過(guò)調(diào)節(jié)熱源介質(zhì)循環(huán)栗1和工作介質(zhì)循環(huán)栗5的流量來(lái)控制輸入到透平機(jī)3的能量，進(jìn)而調(diào)節(jié)透平機(jī)3的轉(zhuǎn)速和機(jī)械功輸出，使低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置適應(yīng)外部負(fù)載的變化。輸入到熱交換器2的熱量在熱交換器2的結(jié)構(gòu)和參數(shù)給定后與流過(guò)熱交換器2的熱源介質(zhì)和工作介質(zhì)的流量成比例關(guān)系。所述計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)7為該領(lǐng)域現(xiàn)有成熟的監(jiān)控系統(tǒng)，為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)手段，這里不作具體的贅述。
[0051]低溫?zé)嵩捶植紡V泛，包括內(nèi)燃機(jī)和透平機(jī)余熱、蒸汽熱電廠蒸汽冷凝塔余熱、生物質(zhì)鍋爐、太陽(yáng)能、地?zé)?、重工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程余熱、原油和天然氣生產(chǎn)過(guò)程余熱熱栗制取的熱水等。設(shè)計(jì)完美的低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置的散熱和冷卻部分能量損失非常少。[〇〇52] 實(shí)施例1
[0053]如圖4所示，為往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)缸套冷卻水和排放尾氣余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。圖中第一循環(huán)栗20的入口管與缸套冷卻水罐的出口連接，熱交換器2的回水管與缸套冷卻水罐的回水口相連接，缸套冷卻水罐與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸組件冷卻系統(tǒng)聯(lián)通，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)冷卻。第一循環(huán)栗20調(diào)節(jié)冷卻水流過(guò)熱交換器2的流速，調(diào)節(jié)熱量從冷卻水罐流向熱交換器2的速度，實(shí)現(xiàn)熱量輸入透平機(jī)3的速度調(diào)節(jié)。第一循環(huán)栗20的流量越大，流入熱交換器2和透平機(jī)3的熱量越大，反之流入的熱量越小。[〇〇54]第二循環(huán)栗21的入口管與尾氣余熱鍋爐的出口連接，熱交換器2的回水管與尾氣余熱鍋爐的回水口相連接，尾氣余熱鍋爐與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放煙囪聯(lián)通，回收利用發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放余熱。第二循環(huán)栗21調(diào)節(jié)冷卻水流過(guò)熱交換器2的流速，調(diào)節(jié)熱量從尾氣余熱鍋爐流向熱交換器2的速度，實(shí)現(xiàn)熱量輸入透平機(jī)3的速度調(diào)節(jié)。第二循環(huán)栗21的流量越大，流入熱交換器2和透平機(jī)3的熱量越大，反之流入的熱量越小。
[0055]熱交換器2的兩部分可單獨(dú)使用或串聯(lián)連接，當(dāng)用于串聯(lián)連接時(shí)，缸套冷卻水用于預(yù)熱，而尾氣余熱鍋爐實(shí)施進(jìn)一步的溫度提升。熱交換器2的回水溫度，即缸套冷卻水和尾氣余熱鍋爐的進(jìn)口水溫，可控制在25_50°C范圍內(nèi)，保證從往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的熱能除了散發(fā)到空氣中的熱量外全部用于機(jī)械能和電能的轉(zhuǎn)換。
[0056]缸套冷卻水(液)和尾氣余熱鍋爐的用水或冷卻液系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)栗控閉環(huán)系統(tǒng)，可長(zhǎng)時(shí)間使用，正常工況下無(wú)需排放，冷卻水和冷卻液使用成本低廉，同時(shí)符合環(huán)保要求。余熱利用機(jī)組替代冷卻塔吸收余熱，同時(shí)余熱利用機(jī)組本身無(wú)冷卻塔，對(duì)新建的熱電廠來(lái)說(shuō)， 可節(jié)省一筆可觀的開(kāi)銷。[〇〇57] 實(shí)施例2[〇〇58]傳統(tǒng)熱電廠使用冷卻水將發(fā)電汽輪機(jī)乏汽中所蘊(yùn)含的熱量通過(guò)冷卻塔排放到空氣中，這造成了熱能和水資源的巨大浪費(fèi)。一般純凝熱電廠，其冷端損失可達(dá)50%以上?；厥諢犭姀S冷卻水中的低品位余熱用于發(fā)電，不僅可以避免能源浪費(fèi)，提高熱電廠的綜合能源利用率，更可在保留原有設(shè)備的情況下增加熱電廠的供電能力，大幅度可達(dá)原廠發(fā)電量的發(fā)電能力。
[0059]如圖5所示，為蒸汽輪機(jī)發(fā)電廠余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。圖中熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的入口管與蒸汽輪機(jī)冷凝罐13的出水口連接，熱交換器2的回水管與冷凝罐13的回水口相連接，冷凝罐13與蒸汽輪機(jī)的蒸汽出口終端聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)蒸汽冷端排放，排放的蒸汽在冷凝罐13內(nèi)凝結(jié)成水滴。熱源介質(zhì)循環(huán)栗1從冷凝罐13內(nèi)抽取冷凝水，調(diào)節(jié)冷凝水流過(guò)熱交換器 2的流速，調(diào)節(jié)熱量從冷凝罐13流向熱交換器2的速度，實(shí)現(xiàn)熱量輸入透平機(jī)3的速度調(diào)節(jié)。 熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的流量越大，流入熱交換器2和透平機(jī)3的熱量越大，反之流入的熱量越小。
[0060]熱交換器2與冷凝罐13的用水系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)栗控閉環(huán)系統(tǒng)，冷凝水可長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)使用，正常工況下無(wú)需排放，冷凝水使用成本低廉，同時(shí)符合環(huán)保要求。余熱利用機(jī)組替代冷卻塔吸收余熱，同時(shí)余熱利用機(jī)組本身無(wú)冷卻塔，對(duì)新建的熱電廠來(lái)說(shuō)，可節(jié)省一筆可觀的開(kāi)銷。[〇〇61 ] 實(shí)施例3
[0062]目前許多液化天然氣公司采用制冷劑對(duì)天然氣進(jìn)行液化處理，制冷劑壓縮液化時(shí)排放大量熱量到空氣和冷卻水中，這造成了熱能和水資源的巨大浪費(fèi)，回收利用這一部分熱量可提高液化天然氣生產(chǎn)的效率，因液化后的天然氣的內(nèi)能低于液化前的天然氣氣體， 這一部份熱量將提供足夠的電力供應(yīng)液化天然氣生產(chǎn)過(guò)程。
[0063]如圖6所示，為液化天然氣生產(chǎn)過(guò)程余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。圖中熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的入口管與制冷劑系統(tǒng)14的制冷劑出口連接，熱交換器2的制冷劑回液管與制冷劑系統(tǒng)14的回液口相連接，制冷劑系統(tǒng)14的制冷劑壓縮系統(tǒng)保持不變，制冷劑系統(tǒng)14中經(jīng)壓縮后的液相和氣相制冷劑與熱交換器2進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)從制冷劑到工質(zhì)的熱量轉(zhuǎn)移。保留液化天然氣生產(chǎn)過(guò)程原有的壓縮系統(tǒng)，有助于簡(jiǎn)化余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)，工質(zhì)選擇和溫度匹備容易實(shí)現(xiàn)。熱源介質(zhì)循環(huán)栗1從制冷劑系統(tǒng)14抽取制冷劑，調(diào)節(jié)制冷劑流過(guò)熱交換器2的流速，調(diào)節(jié)熱量從制冷劑系統(tǒng)⑨流向熱交換器2的速度，實(shí)現(xiàn)熱量輸入透平機(jī)3的速度調(diào)節(jié)。 熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的流量越大，流入熱交換器2和透平機(jī)3的熱量越大，反之流入的熱量越小。
[0064]制冷劑系統(tǒng)14與熱交換器2構(gòu)成一個(gè)栗控閉環(huán)系統(tǒng)，制冷劑可長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)使用，制冷劑使用成本低廉，同時(shí)符合環(huán)保要求。余熱利用機(jī)組替代制冷劑壓縮系統(tǒng)的冷卻設(shè)備吸收余熱，大幅度降低壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，同時(shí)余熱利用機(jī)組本身無(wú)冷卻塔，對(duì)新建的熱電廠來(lái)說(shuō)，可節(jié)省一筆可觀的開(kāi)銷。
[0065]實(shí)施例4
[0066]煉鋼生產(chǎn)過(guò)程存在多種不同種類的余熱可供利用，包括煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱、電爐余熱和加熱爐余熱等。針對(duì)煉鋼過(guò)程余熱資源的特點(diǎn)，需要考慮多種回收方法，充分利用和轉(zhuǎn)化不同溫度級(jí)別的余熱，同時(shí)不影響煉鋼生產(chǎn)的正常進(jìn)行和鋼廠生產(chǎn)和生活用蒸汽的供應(yīng)。
[0067]如圖7所示，為煉鋼生產(chǎn)過(guò)程余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。圖中熱源介質(zhì)循環(huán)栗 1的入口管與余熱回收鍋爐15的飽和蒸汽水出口連接，熱交換器2的冷卻水回水管與余熱回收鍋爐15的回水口相連接，余熱回收鍋爐15的飽和蒸汽水與熱交換器2進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)從飽和蒸汽水到工質(zhì)的熱量轉(zhuǎn)移。經(jīng)熱交換器2冷卻后的回水溫度可降至25-50°C，返回到余熱回收鍋爐15后的冷卻水與余熱回收鍋爐15內(nèi)的蒸氣混合物進(jìn)行熱交換。簡(jiǎn)潔的余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)，有助于工質(zhì)選擇和溫度匹備。熱源介質(zhì)循環(huán)栗1從余熱回收鍋爐15抽取飽和蒸汽水，調(diào)節(jié)飽和蒸汽水流過(guò)熱交換器2的流速，可調(diào)節(jié)熱量從余熱回收鍋爐15流向熱交換器2 的速度，實(shí)現(xiàn)熱量輸入透平機(jī)3的速度調(diào)節(jié)。熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的流量越大，流入熱交換器2 和透平機(jī)3的熱量越大，反之流入的熱量越小。
[0068]余熱回收鍋爐15與熱交換器2構(gòu)成一個(gè)栗控閉環(huán)系統(tǒng)，冷卻水可長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)使用， 冷卻使用成本低廉，同時(shí)符合環(huán)保要求。余熱利用機(jī)組替代原有的冷卻設(shè)備吸收余熱，同時(shí)余熱利用機(jī)組本身無(wú)冷卻塔，對(duì)新建的熱電廠來(lái)說(shuō)，可節(jié)省一筆可觀的開(kāi)銷。
[0069]實(shí)施例5
[0070]全世界許多地表和礦井含有豐富的熱水資源可供開(kāi)發(fā)利用，利用地?zé)釤崴陌l(fā)電裝置已由許多成功例子，低溫?zé)崴Y源的利用和開(kāi)發(fā)的前景廣闊。
[0071]如圖8所示，為利用低溫?zé)崴Y源的發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。圖中熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的入口管與地?zé)釤崴?6的出水口連接，熱交換器2的回水管與地?zé)釤崴欧畔到y(tǒng)相連接，地?zé)釤崴?6儲(chǔ)存地?zé)釤崴?，地?zé)釤崴?jīng)與熱交換器2熱交換后，直接排放。熱源介質(zhì)循環(huán)栗1從地?zé)釤崴?6內(nèi)抽取熱水，調(diào)節(jié)熱水流過(guò)熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的流速，調(diào)節(jié)熱量從地?zé)釤崴?6流向熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的速度，實(shí)現(xiàn)熱量輸入透平機(jī)3的速度調(diào)節(jié)。熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的流量越大，流入熱交換器2和透平機(jī)3的熱量越大，反之流入的熱量越小。熱交換器2 的回水溫度可控，保證從熱水吸入的熱能除了散發(fā)到空氣中的熱量外全部轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和電能。
[0072]地?zé)釤崴?6儲(chǔ)存地?zé)釤崴瑯?gòu)成一個(gè)栗控開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，冷卻后的水直接排放，因機(jī)組對(duì)地?zé)釤崴惶砑尤魏位瘜W(xué)元素，水質(zhì)沒(méi)有任何改變，直接排放符合環(huán)保要求。余熱利用機(jī)組替代冷卻塔吸收地?zé)?，同時(shí)地?zé)崂脵C(jī)組本身無(wú)冷卻塔，對(duì)新建的熱電廠來(lái)說(shuō)，可節(jié)省一筆可觀的開(kāi)銷。
[0073]實(shí)施例6
[0074]如圖9所示，為熱栗熱水余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。圖中熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的入口管與熱栗熱水罐17的出口連接，熱交換器2的冷卻水回水管與熱栗熱水罐17的回水口相連接，熱栗熱水罐17的熱水與熱交換器2進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)從熱水到工質(zhì)的熱量轉(zhuǎn)移。經(jīng)熱交換器2冷卻后返回到熱栗熱水罐17后的冷卻水與熱栗熱水罐17內(nèi)的蒸氣混合物進(jìn)行熱交換。簡(jiǎn)潔的余熱利用機(jī)組結(jié)構(gòu)，有助于工質(zhì)選擇和溫度匹備。熱源介質(zhì)循環(huán)栗1從熱栗熱水罐17抽取熱水，調(diào)節(jié)熱水流過(guò)熱交換器2的流速，可調(diào)節(jié)熱量從熱栗熱水罐17流向熱交換器2的速度，實(shí)現(xiàn)熱量輸入透平機(jī)3的速度調(diào)節(jié)。熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的流量越大，流入熱交換器2和透平機(jī)3的熱量越大，反之流入的熱量越小。
[0075]熱栗熱水罐17與熱交換器2構(gòu)成一個(gè)栗控閉環(huán)系統(tǒng)，冷卻水可長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)使用，冷卻使用成本低廉，同時(shí)符合環(huán)保要求。余熱利用機(jī)組替代原有的冷卻設(shè)備吸收余熱，同時(shí)余熱利用機(jī)組本身無(wú)冷卻塔，對(duì)新建的熱電廠來(lái)說(shuō)，可節(jié)省一筆可觀的開(kāi)銷。
[0076]實(shí)施例7
[0077]如圖10所示，為空氣能利用機(jī)組結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。圖中風(fēng)扇18驅(qū)動(dòng)空氣流過(guò)熱交換器2進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)從空氣能到工質(zhì)的熱量轉(zhuǎn)移。調(diào)節(jié)風(fēng)扇18的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)空氣流過(guò)熱交換器2的流速，從而調(diào)節(jié)熱量從風(fēng)扇18流入熱交換器2的速度，實(shí)現(xiàn)熱量輸入透平機(jī)3的速度調(diào)節(jié)。風(fēng)扇18的流量越大，流入熱交換器2和透平機(jī)3的熱量越大，反之流入的熱量越小。
[0078]風(fēng)扇18與熱交換器2構(gòu)成一個(gè)空氣流開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，空氣流除了溫度降低外無(wú)任何其它改變，符合環(huán)保要求。同等功率的機(jī)組的熱交換器體積將比水介質(zhì)熱交換器龐大。[〇〇79] 實(shí)施例8[〇〇8〇]如圖11所示，為海水熱能利用機(jī)組結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。圖中熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的入口管與海水供應(yīng)罐19的出口連接，熱交換器2的海水回水管與海水排放管道相連接，來(lái)自海水供應(yīng)罐19的海水與熱交換器2進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)從海水到工質(zhì)的熱量轉(zhuǎn)移。熱源介質(zhì)循環(huán)栗 1從海水供應(yīng)罐19抽取海水，調(diào)節(jié)海水流過(guò)熱交換器2的流速，可調(diào)節(jié)熱量從海水供應(yīng)罐19 流向熱交換器2的速度，實(shí)現(xiàn)熱量輸入透平機(jī)3的速度調(diào)節(jié)。熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的流量越大， 流入熱交換器2和透平機(jī)3的熱量越大，反之流入的熱量越小。
[0081]海水熱能的利用受到海水溫度和海水冰點(diǎn)的限制，在中國(guó)南方城市具有廣闊應(yīng)用前景。
[0082]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置，其特征在于，包括熱源介質(zhì)循環(huán)栗(1)、熱交換器 (2)、透平機(jī)(3)、壓縮機(jī)(4)、工作介質(zhì)循環(huán)栗(5)、發(fā)電機(jī)(6)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(7)和匯合器 (8);其中，所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗(1)與熱交換器(2)的熱源入口相連;所述熱交換器(2)的工 作介質(zhì)出口與匯合器(8)的一個(gè)入口相連;所述匯合器(8)的出口與透平機(jī)(3)的入口相連， 透平機(jī)(3)的出口與壓縮機(jī)(4)的入口相連;壓縮機(jī)(4)的出口分別與匯合器(8)的另一個(gè)入 口和工作介質(zhì)循環(huán)栗(5)的入口相連;工作介質(zhì)循環(huán)栗(5)的出口與熱交換器(2)的工作介 質(zhì)入口相連;所述透平機(jī)(3)通過(guò)聯(lián)軸器(9)與發(fā)電機(jī)(6)相連;所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗(1)、熱 交換器(2)、透平機(jī)(3)、壓縮機(jī)(4)、工作介質(zhì)循環(huán)栗(5)和發(fā)電機(jī)(6)均與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) (7)相連。2.如權(quán)利要求書(shū)1所述的低溫?zé)嵩赐钙綑C(jī)發(fā)電裝置，其特征在于，所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗 (1)和工作介質(zhì)循環(huán)栗(5)采用變頻調(diào)速控制。
【文檔編號(hào)】F01D15/10GK205605259SQ201620323759
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】王正良, 樓鳳丹
【申請(qǐng)人】王正良, 樓鳳丹