本實用新型涉及工業(yè)余熱余壓回收發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種蒸汽螺桿膨脹機與有機朗肯循環(huán)級聯(lián)式發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國經(jīng)濟經(jīng)過多年的高速發(fā)展，目前已面臨兩大迫切問題。一是環(huán)境污染和碳排放問題，環(huán)境承受能力已接近極限；二是經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、企業(yè)成本結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，粗放型經(jīng)濟難以為繼。這兩大問題都要求我們提高化石能源綜合利用效率，減少環(huán)境污染、碳排放和降低企業(yè)用能成本，因此節(jié)能減排成為我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重大戰(zhàn)略。工業(yè)余熱余壓資源的回收利用是節(jié)能減排的重要方式。

根據(jù)余熱溫度的不同，通常將余熱資源分為三類：500℃以上為高溫余熱、200℃～500℃之間為中溫余熱、200℃以下為低溫余熱。對于中高溫余熱資源，目前主要采用余熱鍋爐產(chǎn)生過熱飽和水蒸汽推動蒸汽式汽輪機發(fā)電的方式回收利用。對于低溫余熱資源的回收利用，目前我國的相關(guān)技術(shù)水平也快速發(fā)展，主要采用有機朗肯循環(huán)膨脹發(fā)電系統(tǒng)。

有機朗肯循環(huán)膨脹發(fā)電系統(tǒng)中，液態(tài)有機工質(zhì)在蒸發(fā)器中與低溫余熱源換熱，吸熱蒸發(fā)后成高壓氣體，推動膨脹機做功從而帶動發(fā)電機發(fā)電，壓力降低的氣態(tài)工質(zhì)在冷凝器中冷凝成液態(tài)，通過工質(zhì)泵升壓后進入蒸發(fā)器中吸熱，完成一個有機朗肯循環(huán)。其實質(zhì)是利用熱源與冷卻介質(zhì)的溫差，把溫差變?yōu)閴翰?，最終將熱能轉(zhuǎn)化為機械能或電能。目前這方面已經(jīng)公開的相關(guān)專利已有很多，比如公開號為CN203347863U、CN102691555A、CN202420251U、CN203271836U、CN102230401A等中國專利。

在實際上在工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)是否帶壓可進一步將低溫余熱資源細分為帶壓熱源和無壓熱源。對于一般無壓熱源，利用上述有機朗肯循環(huán)膨脹發(fā)電系統(tǒng)即可有效回收利用。然而，對于帶壓熱源，單純利用有機朗肯循環(huán)膨脹發(fā)電系統(tǒng)則浪費了熱源自身攜帶的壓力能，造成能源回收利用效率低。因此，市場急需一種針對帶壓蒸汽余熱余壓資源的綜合高效回收利用系統(tǒng)，以填補現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是要提供一種蒸汽螺桿膨脹機與有機朗肯循環(huán)級聯(lián)式發(fā)電系統(tǒng)。該發(fā)電系統(tǒng)采用帶壓蒸汽作為熱源，帶壓蒸汽資源先進入第一螺桿膨脹機直接膨脹做功帶動第一發(fā)電機發(fā)電，做功后的低壓蒸汽再依次進入蒸發(fā)器和回?zé)崞髋c有機工質(zhì)換熱，使有機工質(zhì)蒸發(fā)后進入第二螺桿膨脹機膨脹做功帶動第二發(fā)電機發(fā)電，從而充分利用了熱源自身攜帶的壓力能，提高了能源回收利用效率。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所設(shè)計的蒸汽螺桿膨脹機與有機朗肯循環(huán)級聯(lián)式發(fā)電系統(tǒng)，包括蒸汽螺桿膨脹發(fā)電機組和有機朗肯循環(huán)螺桿膨脹發(fā)電機組；

所述蒸汽螺桿膨脹發(fā)電機組包括第一螺桿膨脹機、第一發(fā)電機、儲油罐、第一過濾器、冷卻器、油泵、第二過濾器、油分配座、以及蒸汽過濾器；

其中，所述第一螺桿膨脹機與所述第一發(fā)電機同軸連接，所述儲油罐的出油口連接所述第一過濾器的進油口，所述第一過濾器的出油口連接所述冷卻器的進油口，所述冷卻器的出油口通過油泵連接所述第二過濾器的進油口，所述第二過濾器的出油口連接所述油分配座的進油口，所述油分配座的出油口連接所述第一螺桿膨脹機的潤滑油進口，所述第一螺桿膨脹機的潤滑油出口連接所述儲油罐的進油口；

所述有機朗肯循環(huán)螺桿膨脹發(fā)電機組包括第二螺桿膨脹機、第二發(fā)電機、冷凝器、過濾器、工質(zhì)泵、回?zé)崞?、以及蒸發(fā)器；

其中，所述第二螺桿膨脹機與所述第二發(fā)電機同軸連接，所述第二螺桿膨脹機的工質(zhì)蒸汽出口連接所述冷凝器的工質(zhì)蒸汽入口，所述冷凝器的工質(zhì)液出口連接所述過濾器的工質(zhì)液進口，所述過濾器的工質(zhì)液出口通過工質(zhì)泵連接所述回?zé)崞鞯墓べ|(zhì)液進口，所述回?zé)崞鞯墓べ|(zhì)液出口連接所述蒸發(fā)器的工質(zhì)液進口，所述蒸發(fā)器的工質(zhì)蒸汽出口連接所述第二螺桿膨脹機的工質(zhì)蒸汽入口；

所述蒸汽螺桿膨脹發(fā)電機組采用帶壓蒸汽作為熱源，所述帶壓蒸汽經(jīng)由主管路流出，所述主管路的高壓蒸汽出口連接蒸汽過濾器的高壓蒸汽入口，所述蒸汽過濾器的高壓蒸汽出口連接所述第一螺桿膨脹機的高壓蒸汽入口，所述第一螺桿膨脹機的低壓蒸汽出口連接所述蒸發(fā)器的低壓蒸汽入口，所述蒸發(fā)器的熱水出口連接所述回?zé)崞鞯臒崴肟?，所述回?zé)崞鬟€設(shè)有冷水排出口。

進一步地，所述主管路上設(shè)有與其連通的支管路，所述支管路的高壓蒸汽出口連接所述儲油罐的高壓蒸汽入口，所述儲油罐還設(shè)有冷水出口。這樣，儲油罐中的潤滑油可以與通過支管路進入的高壓蒸汽進行熱交換，達到加熱的目的，利用了高壓蒸汽的余熱。

進一步地，所述主管路內(nèi)設(shè)有用于控制帶壓蒸汽流量的第一調(diào)節(jié)閥，所述支管路內(nèi)設(shè)有用于控制帶壓蒸汽流量的第二調(diào)節(jié)閥。這樣，可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)閥和第二調(diào)節(jié)閥來控制進入主管路和支管路的帶壓蒸汽流量。

進一步地，所述第一螺桿膨脹機和第二螺桿膨脹機均為雙螺桿膨脹機。這樣，可以有效提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和工況適應(yīng)性。

進一步地，所述第一過濾器為粗過濾器，所述第二過濾器為精過濾器。這樣，潤滑油經(jīng)過兩級過濾，純度更高，潤滑效果更好。

再進一步地，所述冷卻器為風(fēng)冷冷卻器。風(fēng)冷冷卻器的作用是控制油溫在合適的溫度，一般為30℃～50℃。

更進一步地，所述帶壓蒸汽為過熱蒸汽、飽和蒸汽或汽液兩相混合物。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點：

其一，本實用新型采用帶壓蒸汽作為熱源，帶壓蒸汽資源先進入第一螺桿膨脹機直接膨脹做功帶動第一發(fā)電機發(fā)電，做功后的低壓蒸汽再依次進入蒸發(fā)器和回?zé)崞髋c有機工質(zhì)換熱，使有機工質(zhì)蒸發(fā)后進入第二螺桿膨脹機膨脹做功帶動第二發(fā)電機發(fā)電，從而充分利用了熱源自身攜帶的壓力能，提高了熱源余壓回收利用效率。

其二，本實用新型的帶壓蒸汽可以經(jīng)管路進入儲油罐與其中的潤滑油進行換熱，實現(xiàn)對潤滑油的加熱，充分利用了帶壓蒸汽帶的余熱。

其三，本實用新型的第一螺桿膨脹機和第二螺桿膨脹機均為雙螺桿膨脹機，有效提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和工況適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為一種蒸汽螺桿膨脹機與有機朗肯循環(huán)級聯(lián)式發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：第一螺桿膨脹機1、第一發(fā)電機2、儲油罐3、第一過濾器4、冷卻器5、油泵6、第二過濾器7、油分配座8、蒸汽過濾器9、第一調(diào)節(jié)閥10、第二調(diào)節(jié)閥11、第二螺桿膨脹機12、第二發(fā)電機13、冷凝器14、過濾器15、工質(zhì)泵16、回?zé)崞?7、蒸發(fā)器18、主管路19、支管路20。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖中所示的蒸汽螺桿膨脹機與有機朗肯循環(huán)級聯(lián)式發(fā)電系統(tǒng)，包括蒸汽螺桿膨脹發(fā)電機組和有機朗肯循環(huán)螺桿膨脹發(fā)電機組；蒸汽螺桿膨脹發(fā)電機組包括第一螺桿膨脹機1、第一發(fā)電機2、儲油罐3、第一過濾器4、冷卻器5、油泵6、第二過濾器7、油分配座8、以及蒸汽過濾器9；其中，第一螺桿膨脹機1與第一發(fā)電機2同軸連接，儲油罐3的出油口連接第一過濾器4的進油口，第一過濾器4的出油口連接冷卻器5的進油口，冷卻器5的出油口通過油泵6連接第二過濾器7的進油口，第二過濾器7的出油口連接油分配座8的進油口，油分配座8的出油口連接第一螺桿膨脹機1的潤滑油進口，第一螺桿膨脹機1的潤滑油出口連接儲油罐3的進油口；

有機朗肯循環(huán)螺桿膨脹發(fā)電機組包括第二螺桿膨脹機12、第二發(fā)電機13、冷凝器14、過濾器15、工質(zhì)泵16、回?zé)崞?7、以及蒸發(fā)器18；其中，第二螺桿膨脹機12與第二發(fā)電機13同軸連接，第二螺桿膨脹機12的工質(zhì)蒸汽出口連接冷凝器14的工質(zhì)蒸汽入口，冷凝器14的工質(zhì)液出口連接過濾器15的工質(zhì)液進口，過濾器15的工質(zhì)液出口通過工質(zhì)泵16連接回?zé)崞?7的工質(zhì)液進口，回?zé)崞?7的工質(zhì)液出口連接蒸發(fā)器18的工質(zhì)液進口，蒸發(fā)器18的工質(zhì)蒸汽出口連接第二螺桿膨脹機12的工質(zhì)蒸汽入口；

蒸汽螺桿膨脹發(fā)電機組采用帶壓蒸汽作為熱源，帶壓蒸汽經(jīng)由主管路19流出，主管路19的高壓蒸汽出口連接蒸汽過濾器9的高壓蒸汽入口，蒸汽過濾器9的高壓蒸汽出口連接第一螺桿膨脹機1的高壓蒸汽入口，第一螺桿膨脹機1的低壓蒸汽出口連接蒸發(fā)器18的低壓蒸汽入口，蒸發(fā)器18的熱水出口連接回?zé)崞?7的熱水入口，回?zé)崞?7還設(shè)有冷水排出口。主管路19上設(shè)有與其連通的支管路20，支管路20的高壓蒸汽出口連接儲油罐3的高壓蒸汽入口，儲油罐3還設(shè)有冷水出口。

上述技術(shù)方案中，主管路19內(nèi)設(shè)有用于控制帶壓蒸汽流量的第一調(diào)節(jié)閥10，支管路20內(nèi)設(shè)有用于控制帶壓蒸汽流量的第二調(diào)節(jié)閥11。第一螺桿膨脹機1和第二螺桿膨脹機12均為雙螺桿膨脹機，這樣可以有效提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和工況適應(yīng)性。第一過濾器4為粗過濾器，第二過濾器7為精過濾器，潤滑油經(jīng)過兩級過濾，純度更高，潤滑效果更好。冷卻器5為風(fēng)冷冷卻器。風(fēng)冷冷卻器的作用是控制油溫在合適的溫度，一般為30℃～50℃。帶壓蒸汽為過熱蒸汽、飽和蒸汽或汽液兩相混合物。

帶壓蒸汽在系統(tǒng)中的流動路線如下：帶壓蒸汽資源被分為兩路，主要部分經(jīng)由主管路19進入蒸汽過濾器9過濾后進入發(fā)電系統(tǒng)，蒸汽流量通過第一調(diào)節(jié)閥10控制調(diào)節(jié)。次要部分經(jīng)支管路20進入儲油罐3與其中的潤滑油進行換熱，實現(xiàn)對潤滑油的加熱，蒸汽流量通過第二調(diào)節(jié)閥11控制調(diào)節(jié)。

經(jīng)過蒸汽過濾器9過濾后的帶壓蒸汽資源先進入第一螺桿膨脹機1直接膨脹做功帶動第一發(fā)電機2發(fā)電，帶壓蒸汽釋放壓力能做功后變成低壓蒸汽。低壓蒸汽再進入蒸發(fā)器18與有機朗肯循環(huán)中的液體有機工質(zhì)換熱，促使液體有機工質(zhì)吸熱蒸發(fā)。低壓蒸汽釋放潛熱后變成熱水。熱水再進入回?zé)崞?7與液體有機工質(zhì)換熱，對液體有機工質(zhì)進行預(yù)熱。熱水釋放顯熱后變成冷水排出。

蒸汽螺桿膨脹發(fā)電機組中潤滑油的流動路線如下：

儲油罐3中處于常溫的潤滑油被熱蒸汽預(yù)熱后開始循環(huán)，先進入第一過濾器4進行粗過濾，然后進入冷卻器5，冷卻器5的作用是控制油溫在合適的溫度，一般為30℃～50℃。處于合適溫度的潤滑油再進入油泵6，經(jīng)油泵6加壓后依次進入第二過濾器7和油分配座8，油分配座8將潤滑油分為多路進入第一螺桿膨脹機1，對第一螺桿膨脹機1兩端軸承進行潤滑，從第一螺桿膨脹機1出來的潤滑油再次回到儲油罐3完成循環(huán)。

有機朗肯循環(huán)螺桿膨脹發(fā)電機組中有機工質(zhì)的流動路線如下：

從第二螺桿膨脹機12中排出的低溫低壓有機工質(zhì)蒸汽進入到冷凝器14，被冷卻水冷凝成液體有機工質(zhì)，從冷凝器14輸出的液體有機工質(zhì)經(jīng)過過濾器15過濾后進入工質(zhì)泵16，經(jīng)過工質(zhì)泵16加壓后的液體有機工質(zhì)再進入回?zé)崞?7，在回?zé)崞?7中被預(yù)熱的液體有機工質(zhì)再進入蒸發(fā)器18，預(yù)熱后的液體有機工質(zhì)在蒸發(fā)器18內(nèi)吸收大量熱量沸騰蒸發(fā)，蒸發(fā)后的高壓有機工質(zhì)蒸汽再次進入第二螺桿膨脹機12中膨脹做功進而帶動第二發(fā)電機13發(fā)電，完成循環(huán)。本實施例中帶壓蒸汽壓力為0.5MPa，有機工質(zhì)為R245fa。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。