專(zhuān)利名稱(chēng)：水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，屬于工業(yè)節(jié)能技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
采用鍋爐+汽輪機(jī)的水蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是目前世界電力生產(chǎn)的主要方式， 在水蒸汽朗肯循環(huán)中，在汽輪機(jī)里作完功的排氣直接進(jìn)入到凝汽器中，通過(guò)直接空冷或水 冷方式完成排氣的凝結(jié)及工質(zhì)回收過(guò)程。按我國(guó)常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求凝汽器處于0. 003MPa 左右的真空壓力狀態(tài)，存在如下明顯缺點(diǎn)(1)需要設(shè)置射水(或汽)抽汽之類(lèi)的真空維持 輔助系統(tǒng)，使系統(tǒng)復(fù)雜化，增加設(shè)備投資及運(yùn)行管理成本，同時(shí)真空維持系統(tǒng)要耗費(fèi)一定的 能量；(2)由于排氣壓力的降低，導(dǎo)致透平末級(jí)蒸汽的體積流量增大，透平流通面積急劇上 升，導(dǎo)致透平尺寸龐大；(3)為了防止外界空氣漏入，需設(shè)置透平低壓汽封及抽汽系統(tǒng)，在 使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性變差的同時(shí)，同時(shí)使系統(tǒng)更加復(fù)雜；(4)在透平膨脹末級(jí)，做功蒸汽均處于 濕蒸汽狀態(tài)，導(dǎo)致濕汽損失，同時(shí)降低葉片壽命。在石化燃料日漸枯竭的今天，通過(guò)減少電 廠輔助設(shè)備的自用電量及簡(jiǎn)化輔助系統(tǒng)來(lái)提高發(fā)電效率和發(fā)電設(shè)備的性?xún)r(jià)比，無(wú)疑具有十 分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在解決上述技術(shù)問(wèn)題，發(fā)明一種水蒸汽_有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán) 發(fā)電系統(tǒng)，它可利用蒸汽動(dòng)力循環(huán)的排汽作為熱源，進(jìn)行ORC系統(tǒng)發(fā)電，進(jìn)一步回收熱能， 實(shí)現(xiàn)低品位熱能的回收利用。解決發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是(1)該系統(tǒng)由兩級(jí)發(fā)電系統(tǒng)組成即水蒸汽 朗肯頂循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和有機(jī)朗肯底循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)復(fù)疊而成；(2)頂循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)工質(zhì)為 水，底循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)工質(zhì)可采用四氟乙烷(R134a)、正戊烷、正己烷、異戊烷，二甲苯、五氟丙 烷(R245fa)或有機(jī)硅油。水蒸汽朗肯頂循環(huán)的排汽直接作為有機(jī)朗肯底循環(huán)的驅(qū)動(dòng)熱源；將水蒸汽朗肯循環(huán)的凝汽器改為蒸發(fā)器；該系統(tǒng)應(yīng)用在常規(guī)的水蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。一種水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電方法，是按以下步驟(1)首先進(jìn)行水 蒸汽朗肯頂循環(huán)發(fā)電；(2)把水蒸汽朗肯頂循環(huán)的排氣直接作為有機(jī)朗肯底循環(huán)的驅(qū)動(dòng)熱 源；(3)驅(qū)動(dòng)熱源通過(guò)逆流式板式換熱器，把熱量傳遞給底循環(huán)的工作介質(zhì)一低沸點(diǎn)有機(jī) 工質(zhì)，使其蒸汽推動(dòng)有機(jī)透平，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明將水蒸汽朗肯循環(huán)與有機(jī)朗肯循環(huán)有效復(fù)疊，上級(jí)水蒸汽朗肯循環(huán)汽輪機(jī) 的排氣的熱量不直接用冷卻水排除，而是加熱下級(jí)有機(jī)朗肯底循環(huán)的液態(tài)低沸點(diǎn)工質(zhì)，產(chǎn) 生壓力較高的低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸汽，進(jìn)入有機(jī)透平(膨脹機(jī))膨脹作功發(fā)電。因在較低的蒸發(fā) 溫度下，有機(jī)朗肯循環(huán)的效率高于水蒸汽朗肯循環(huán)，該發(fā)明有利于提高系統(tǒng)的總效率。以?xún)杉?jí)循環(huán)輸出功量之和最大準(zhǔn)則，可確定上級(jí)水蒸汽朗肯循環(huán)的最佳排氣狀態(tài)(一般為 90-120°C )和下級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的最佳運(yùn)行參數(shù)，在此狀態(tài)下，水蒸汽有機(jī)朗肯循環(huán)透平 末級(jí)均處于過(guò)熱蒸汽狀態(tài)，對(duì)葉片有利，同時(shí)排氣壓力與外界大氣壓力接近，可簡(jiǎn)化汽封系 統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果是⑴同時(shí)回收利用高、中、低品位的能量；⑵最大限度地實(shí) 現(xiàn)了能級(jí)匹配、溫度對(duì)口，梯級(jí)用能，節(jié)能環(huán)保。



圖1是水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)工藝流程示意圖。圖1中左半部分為水蒸汽朗肯循環(huán)，右半部分為有機(jī)朗肯循環(huán)。圖中1、煙囪，2、汽包，3、蒸汽輪機(jī)，4、發(fā)電機(jī)，5、氣液分離器，6、有機(jī)透平，7、發(fā)電 機(jī)，8、冷卻塔，9、引風(fēng)機(jī)，10、主給水泵，11、熱交換器，12、有機(jī)工質(zhì)泵，13、冷卻水泵。
具體實(shí)施例方式下面以實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。實(shí)施例1 :(采用五氟丙烷為有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì))本發(fā)明一種水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)首先進(jìn)行水蒸汽朗肯頂 循環(huán)發(fā)電；其次再解決水蒸汽朗肯頂循環(huán)的排氣直接作為有機(jī)朗肯底循環(huán)的驅(qū)動(dòng)熱源；和 驅(qū)動(dòng)熱源通過(guò)逆流式板式換熱器，將熱量傳遞給底循環(huán)的工作介質(zhì)——低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)使 其蒸汽推動(dòng)有機(jī)透平，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。1)實(shí)施條件某廠燃煤自備電站采用鍋爐+汽輪機(jī)形式發(fā)電，汽輪機(jī)進(jìn)氣溫度為435°C，進(jìn)汽壓 力為4. OMPa，蒸汽流量為150t/h，凝結(jié)壓力為0. 005MPa，發(fā)電機(jī)輸出功率為28000kW。采用 本專(zhuān)利技術(shù)，有機(jī)朗肯底循環(huán)工質(zhì)采用五氟丙烷，將凝汽式汽輪機(jī)改為背壓式汽輪機(jī)，排氣 背壓為0. 15MPa，對(duì)應(yīng)排氣溫度130°C，有機(jī)朗肯底循環(huán)透平進(jìn)口五氟丙烷蒸汽參數(shù)為溫 度110°C，壓力1.26MPa，有機(jī)透平的排氣壓力為0. 19MPa，蒸汽/五氟丙烷加熱器采用單程 板式換熱器。此時(shí)頂循環(huán)發(fā)電功率為13220kW，有機(jī)朗肯循環(huán)的輸出功率為16030kW，總發(fā) 電功率增加1250kW。
2)實(shí)施結(jié)果當(dāng)冷卻水進(jìn)口溫度在20°C時(shí)，總發(fā)電功率增加1250kW，總熱效率為彡38.5%,比 常規(guī)凝汽式系統(tǒng)提高約3%。由于徹底取消真空維持系統(tǒng)，可節(jié)省35萬(wàn)元的初投資(射水 泵、射水箱、射水抽汽器及管道、配件)。
權(quán)利要求
一種水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征是(1)該系統(tǒng)由兩級(jí)發(fā)電系統(tǒng)組成即水蒸汽朗肯頂循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和有機(jī)朗肯底循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)復(fù)疊而成；(2)頂循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)工質(zhì)為水，底循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)工質(zhì)可采用四氟乙烷(R134a)、正戊烷、正己烷、異戊烷，二甲苯、五氟丙烷(R245fa)或有機(jī)硅油。
2.如權(quán)利要求1所述的一種水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 水蒸汽朗肯頂循環(huán)的排汽直接作為有機(jī)朗肯底循環(huán)的驅(qū)動(dòng)熱源。
3.如權(quán)利要求1所述的一種水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 將水蒸汽朗肯循環(huán)的凝汽器改為蒸發(fā)器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 該系統(tǒng)應(yīng)用在常規(guī)的水蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
5.一種水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電方法其特征在于按以下步驟(1)首 先進(jìn)行水蒸汽朗肯頂循環(huán)發(fā)電；(2)把水蒸汽朗肯頂循環(huán)的排氣直接作為有機(jī)朗肯底循環(huán)的驅(qū)動(dòng)熱源；(3)驅(qū)動(dòng)熱源通過(guò)逆流式板式換熱器，把熱量傳遞給底循環(huán)的工作介質(zhì)一低沸點(diǎn)有機(jī) 工質(zhì)，使其蒸汽推動(dòng)有機(jī)透平，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊式動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明為熱能梯級(jí)利用的方法，該方法為將水蒸汽朗肯循環(huán)與有機(jī)朗肯循環(huán)有效復(fù)疊，上級(jí)水蒸汽朗肯循環(huán)汽輪機(jī)的排氣的熱量不直接用冷卻水排除，而是加熱下級(jí)有機(jī)朗肯底循環(huán)的液態(tài)低沸點(diǎn)工質(zhì)，產(chǎn)生壓力較高的低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸汽，進(jìn)入有機(jī)透平(膨脹機(jī))膨脹作功發(fā)電。屬于工業(yè)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的工藝為(1)首先進(jìn)行水蒸汽朗肯頂循環(huán)發(fā)電；(2)把水蒸汽朗肯頂循環(huán)的排氣直接作為有機(jī)朗肯底循環(huán)的驅(qū)動(dòng)熱源；(3)驅(qū)動(dòng)熱源通過(guò)逆流式板式換熱器，把熱量傳遞給底循環(huán)的工作介質(zhì)-低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，使其蒸汽推動(dòng)有機(jī)透平，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
文檔編號(hào)F01K25/10GK101832158SQ20101012586
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者張竹明, 李幼靈, 王 華, 王輝濤, 黃曉艷 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué);武鋼集團(tuán)昆明鋼鐵股份有限公司