專利名稱：：一種用于60～90℃低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及低溫?zé)嵩椿厥绽妙I(lǐng)域，特別涉及一種用于609(TC低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，伴隨著工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)出，存在著大量的溫度低于90'C的廢熱，這部分廢熱由于溫度低，采用常規(guī)的動力循環(huán)系統(tǒng)很難將這些余熱轉(zhuǎn)換為電能，通常被直接排放到環(huán)境中，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源浪費。另外，自然界中存在著豐富的地?zé)豳Y源和太陽能等可再生能源，這些能源均屬于低溫?zé)嵩?。目前，對于溫度低?(TC的低溫?zé)嵩椿厥瞻l(fā)電技術(shù)尚不成熟，有機工質(zhì)朗肯循環(huán)可以利用此類低溫?zé)嵩窗l(fā)電，但是能源轉(zhuǎn)化效率非常低，工業(yè)回收不經(jīng)濟。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于609(TC低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)，它結(jié)構(gòu)簡單，能源回收率高，而且經(jīng)濟環(huán)保。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種用于609(TC低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機、循環(huán)裝置和循環(huán)工質(zhì)，其特征在于，所述循環(huán)裝置包含傳動連接發(fā)電機的透平，以及與透平的排氣口依次串聯(lián)的空冷凝氣器、循環(huán)泵、吸收低溫?zé)嵩茨芰康恼魵獍l(fā)生器，所述蒸氣發(fā)生器的出口與透平的進氣口連接，組成循環(huán)回路，其循環(huán)工質(zhì)為二氧化碳。本發(fā)明的進一步特點在于-.所述二氧化碳進入透平做功之前處于超臨界狀態(tài)。所述空冷凝氣器內(nèi)設(shè)置有軸流風(fēng)機，所述空冷凝氣器和循環(huán)泵之間設(shè)置有凝結(jié)箱。所述透平采用單級雙列復(fù)速級結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，在吸熱過程中，由于二氧化碳處于超臨界壓力，吸熱溫度不斷增加，而工業(yè)生產(chǎn)中的低溫余熱是一個顯式熱源，在回收利用過程中余熱溫度會降低，這樣二氧化碳的吸熱溫度曲線和低溫?zé)嵩吹姆艧釡囟惹€達(dá)到完美的匹配，從而大大提高了余熱利用的效率。該系統(tǒng)還可以有效地回收溫度在6090。C之間的地?zé)崮芑蛱柲艿鹊蜏責(zé)嵩?，系統(tǒng)簡單，能源利用效率高。因此，對于回收工業(yè)低溫廢熱和利用可再生能源對于緩解環(huán)境污染問題、減少化石燃料的消耗以及C02的排放具有重要現(xiàn)實意義和工程應(yīng)用價值。同時，本發(fā)明采用空冷凝氣器，直接將透平排氣冷凝成飽和狀態(tài)的液體，節(jié)約了大量水資源。圖1為用于609(TC低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)示意圖；圖中1、蒸氣發(fā)生器，2、透平，3、發(fā)電機，4、空冷凝氣器，5、循環(huán)泵，6、凝結(jié)箱，7、軸流式風(fēng)機。圖2為單級雙列復(fù)速級結(jié)構(gòu)透平的縱剖面圖；圖中8、葉輪；9、汽缸；IO軸；ll前列動葉片；12、后列動葉片。圖3為超臨界二氧化碳熱循環(huán)的溫度(T)-熵(S)圖；圖中13、低溫?zé)嵩捶艧崆€；14、二氧化碳吸熱曲線；15、二氧化碳飽和線。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。參見圖l，用于609CTC低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機3、循環(huán)裝置和循環(huán)工質(zhì)。循環(huán)裝置，包含蒸氣發(fā)生器l，傳動連接發(fā)電機3的透平2，空冷凝氣器4，循環(huán)泵5，凝結(jié)箱6。蒸氣發(fā)生器1的出氣口和透平2的進氣口通過蒸氣管道連接，透平2與發(fā)電機3同軸機械連接，透平2排氣口和空冷凝氣器4的進口連接，空冷凝氣器4的出口與凝結(jié)箱6的進口連接，凝結(jié)箱6的出口和蒸氣發(fā)生器1的進口之間設(shè)置有循環(huán)泵5，形成循環(huán)回路?？绽淠龤馄?內(nèi)設(shè)置有軸流式風(fēng)機7，凝結(jié)箱6和軸流式風(fēng)機7是空冷凝氣器4的輔助組成部分，軸流式風(fēng)機7用來提供冷卻空氣，使得透平排氣在空冷凝氣器4中冷凝成液體，然后由凝結(jié)箱6收集在一起。循環(huán)工質(zhì)為二氧化碳，工作在超臨界狀態(tài)，臨界溫度為31.06CTC，臨界壓力為7.384MPa。在循環(huán)過程中，循環(huán)泵5將液態(tài)二氧化碳升壓到超臨界壓力，然后送到蒸氣發(fā)生器1中，在蒸氣發(fā)生器1中吸收低溫?zé)嵩吹臒崃浚a(chǎn)生高溫超臨界壓力的二氧化碳蒸氣，該二氧化碳蒸氣進入透平2做功，帶動發(fā)電機3發(fā)電，透平2的排氣進入空冷凝氣器4內(nèi)，軸流式冷卻風(fēng)機7使空氣流過散熱器的外表面，將透平2的排氣冷凝成飽和狀態(tài)的液態(tài)二氧化碳，飽和狀態(tài)的液態(tài)二氧化碳匯入凝結(jié)箱6，從凝結(jié)箱6中出來的飽和狀態(tài)的液態(tài)二氧化碳經(jīng)過循環(huán)泵5升壓，從而完成整個循環(huán)。參見圖2，超臨界二氧化碳在透平2中的工作方式為超臨界二氧化碳沖擊動葉片11，動葉片11帶動葉輪8旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動軸10旋轉(zhuǎn)，從而完成熱能向機械能的轉(zhuǎn)換。透平2采用單級雙列復(fù)速級結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)簡單可行，同時尺寸較小，可以減小成本。參照圖3，二氧化碳在蒸氣發(fā)生器1中沿著超臨界壓力吸收低溫?zé)嵩茨芰浚湮鼰崆€14是一個溫度升高的過程，而作為顯式熱源的工業(yè)余熱在放熱過程中溫度會沿著放熱曲線13降低，這樣吸熱過程和放熱過程會達(dá)到完美的匹配，減小了蒸氣發(fā)生器1中的傳熱過程中的不可逆損失，從而提高了回收余熱的效率。本發(fā)明的用于609(TC低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)，采用超臨界二氧化碳循環(huán)，發(fā)明人以對外輸出功率為目標(biāo)函數(shù)進行了參數(shù)優(yōu)化，給出了在不同熱源溫度下的性能最優(yōu)的透平參數(shù)，見下表l。表1在不同低溫?zé)嵩礈囟认碌耐钙絽?shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>對比試驗例:以溫度為80。C，流量為238.724kg/s，由70%水和30%空氣組成的余熱為例，比較采用超臨界二氧化碳的本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)和R134a有機工質(zhì)朗肯循環(huán)的性能比較，參見下表2。表2本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)和R134a有機工質(zhì)朗肯循環(huán)的性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>可以看出本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率是R134a有機工質(zhì)朗肯循環(huán)輸出功率的6.7倍，可以將余熱的溫度降得更低，余熱利用效率更高。權(quán)利要求1、一種用于60～90℃低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機、循環(huán)裝置和循環(huán)工質(zhì)，其特征在于，所述循環(huán)裝置包含傳動連接發(fā)電機的透平，以及與透平的排氣口依次串聯(lián)的空冷凝氣器、循環(huán)泵、吸收低溫?zé)嵩茨芰康恼魵獍l(fā)生器，所述蒸氣發(fā)生器的出口與透平的進氣口連接，組成循環(huán)回路，其循環(huán)工質(zhì)為二氧化碳。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于609(TC低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述二氧化碳進入透平做功之前處于超臨界狀態(tài)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于609(TC低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述空冷凝氣器內(nèi)設(shè)置有軸流風(fēng)機，所述空冷凝氣器和循環(huán)泵之間設(shè)置有凝結(jié)箱。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于609(TC低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述透平采用單級雙列復(fù)速級結(jié)構(gòu)。全文摘要本發(fā)明涉及低溫?zé)嵩椿厥绽妙I(lǐng)域，公開了一種用于60～90℃低溫?zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)。它包括發(fā)電機、循環(huán)裝置和循環(huán)工質(zhì)，其特征在于，所述循環(huán)裝置包含傳動連接發(fā)電機的透平，以及與透平的排氣口依次串聯(lián)的空冷凝氣器、循環(huán)泵、吸收低溫?zé)嵩茨芰康恼魵獍l(fā)生器，所述蒸氣發(fā)生器的出口與透平的進氣口連接，組成循環(huán)回路，其循環(huán)工質(zhì)為二氧化碳。文檔編號F01K27/02GK101476496SQ200910020990公開日2009年7月8日申請日期2009年1月20日優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日發(fā)明者何緯峰,夏俊榮,孫志新,戴義平,王江峰,林高申請人:西安交通大學(xué)