一種低溫熱源透平機發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低溫熱源透平機發(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入口相連；所述匯合器的出口與透平機的入口相連，透平機的出口與壓縮機的入口相連；壓縮機的出口分別與匯合器的另一個入口和工作介質(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；所述透平機與發(fā)電機相連；所述熱源介質(zhì)循環(huán)泵、熱交換器、透平機、壓縮機、工作介質(zhì)循環(huán)泵和發(fā)電機均與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相連。本實用新型該裝置熱能?機械能轉(zhuǎn)化效率高，機組單機容量大，結(jié)構(gòu)緊湊，熱源適應(yīng)性強，功率/重量比高，技術(shù)和產(chǎn)品穩(wěn)定性好。
【專利說明】
一種低溫熱源透平機發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及透平機械、發(fā)動機、熱栗、朗肯循環(huán)、流體機械、流體力學、熱力學和氣體動力學等領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫熱源透平機發(fā)電裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]眾所周知，燃煤、燃油、燃氣發(fā)電機組和車船發(fā)動機等消耗大量燃料，運行成本高且污染環(huán)境。原子能發(fā)電設(shè)備需要核燃料，水利發(fā)電需要修筑水庫大壩，風力發(fā)電和太陽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)動機正在利用或通過設(shè)備改造轉(zhuǎn)化浪費的熱能為電能，獲得額外的機組輸出功率。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于機組容量的12%以上的電力，實踐中可獲得6% ARC的冷卻系統(tǒng)還可兼作發(fā)動機的散熱器，可節(jié)省可觀的熱電廠前期投資。
[0004]傳統(tǒng)有機朗肯循環(huán)(0RC)遵循蒸汽發(fā)動機的基本原理，利用沸點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)有機朗肯循環(huán)(0RC)的結(jié)構(gòu)圖。
[0005]傳統(tǒng)的有機郎肯循環(huán)過程的工作步驟包括:
[0006]1.低沸點工作介質(zhì)在蒸發(fā)器中與被熱水栗栗入的熱水進行熱交換，熱量被用于煮沸工質(zhì)蒸發(fā)；
[0007]2.具備壓力的低沸點工質(zhì)蒸汽流過雙螺桿膨脹機，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)出電力；
[0008]3.低沸點工質(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)過程得以重復(fù)。
[0010]傳統(tǒng)郎肯循環(huán)成功地使用沸點比水低得多的工質(zhì)使低沸點蒸汽發(fā)動機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電力。這種低沸點液體工質(zhì)包括有機分子，例如戊烷這樣的炭氫化合物或炭氫氟制冷劑，因而命名為有機朗肯循環(huán)。常用的工作質(zhì)包括R134或R245fa等不燃無毒的工作介質(zhì)等，沸點需與工況配套。0RC利用尾氣排放和缸套冷卻水或者兩者組合的余熱，轉(zhuǎn)換為一種有價值的能量形式例如電能。0RC技術(shù)遵循應(yīng)用于發(fā)動機本身的熱動力學定律，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，進入低溫TC，迫使工作介質(zhì)做機械功W，例如驅(qū)動一臺發(fā)電機發(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算，可回收的熱機理想效率如下，
[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]溫度是絕對溫度°1(，以開爾文溫度測量，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)動機相連接，已廣泛地應(yīng)用于世界各地的許多行業(yè)。而對傳統(tǒng)有機朗肯循環(huán)來說，輸入到熱交換器的熱能，只有一小部分通過雙螺桿膨脹機或透平式膨脹機轉(zhuǎn)換成機械能，其中大部分熱量由冷卻器排放到空氣或冷卻水中。有機朗肯循環(huán)的理論效率為1-TC/TH，工業(yè)實踐的實際效率為6-10%左右，0RC機組的容量不可能做得很大，一般小于200千瓦，與幾兆瓦的燃油機組配套。有機朗肯循環(huán)余熱利用效率低，機組容量小，投資回報前景有限，這也是大多數(shù)用戶特別是電價比較低的中國用戶不愿意裝備余熱利用機組的主要原因?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0018]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種低溫熱源透平機發(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)提供無能耗無污染的動力設(shè)備和電力。
[0019]本實用新型采用的技術(shù)方案如下，一種低溫熱源透平機發(fā)電裝置，包括熱源介質(zhì)循環(huán)栗、熱交換器、透平機、壓縮機、工作介質(zhì)循環(huán)栗、發(fā)電機、計算機監(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入口相連;所述匯合器的出口與透平機的入口相連，透平機的出口與壓縮機的入口相連;壓縮機的出口分別與匯合器的另一個入口和工作介質(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;所述透平機通過聯(lián)軸器與發(fā)電機相連;所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗、熱交換器、透平機、壓縮機、工作介質(zhì)循環(huán)栗和發(fā)電機均與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相連。
[0020]進一步的，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，本實用新型的有益效果如下:
[0022]1、本實用新型的裝置設(shè)計緊湊，輸入熱源適應(yīng)性強，功率/重量比高，技術(shù)和產(chǎn)品穩(wěn)定性好，投資回報率超高。
[0023]2、本實用新型有機雙循環(huán)和有機朗肯循環(huán)都遵循蒸汽發(fā)動機的基本定理，都使用低沸點工作介質(zhì)代替水和水蒸氣介質(zhì)。但本實用新型使用低溫熱源透平機將熱能至機械能，使用壓縮機處理蒸汽尾氣，因而無需安裝冷卻裝置就可實現(xiàn)一個封閉的工作循環(huán);而有機朗肯循環(huán)使用雙螺桿膨脹機將熱能轉(zhuǎn)換為機械能，必須安裝散熱器通過散熱的方法使低沸點工作介質(zhì)液化，實現(xiàn)一個封閉的工作循環(huán)。
[0024]3、本實用新型因沒有安裝冷卻器，低沸點蒸汽的尾氣處理與環(huán)境溫度沒有緊密的聯(lián)系，采用更為巧妙的方法來解決工作介質(zhì)液化時產(chǎn)生的液化熱排放難題。因無需排放熱量至周圍環(huán)境，低溫熱源透平機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)換成機械能，換句話說低溫熱源透平機輸出的機械能與輸入到熱交換器的熱能保持同步，通過調(diào)節(jié)輸入到熱交換器的熱量來控制低溫熱源透平機的機械能輸出，保持透平機的內(nèi)部不會產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。
[0025]4、因周圍環(huán)境溫度比熱交換器和低溫熱源透平機機體溫度低，有一小部分熱量將從熱交換器和透平機機體散發(fā)到空氣中，從熱交換器到低溫熱源透平機的效率可達90%以上?！靖綀D說明】
[0026]圖1是有機朗肯循環(huán)(0RC)結(jié)構(gòu)框圖；[〇〇27]圖2是有機朗肯循環(huán)(0RC)熱量流向圖；
[0028]圖3是本實用新型的低溫熱源透平機及有機雙循環(huán)工藝結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖4是往復(fù)式發(fā)動機缸套冷卻水和排放尾氣余熱利用機組結(jié)構(gòu)原理圖；
[0030]圖5是蒸汽輪機發(fā)電廠余熱利用機組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇31]圖6是液化天然氣生產(chǎn)過程余熱利用機組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇32]圖7是煉鋼爐生產(chǎn)過程余熱利用機組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇33]圖8是地熱熱水余熱利用機組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇34]圖9是熱栗熱水余熱利用機組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇35]圖10是空氣能利用機組結(jié)構(gòu)原理圖；[〇〇36]圖11是海水熱能利用機組結(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3、壓縮機4、工作介質(zhì)循環(huán)栗5、發(fā)電機 6、計算機監(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11、冷凝器12、冷凝罐13、 制冷劑系統(tǒng)14、余熱回收鍋爐15、地熱熱水罐16、熱栗熱水罐17、風扇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實施方式】
[0038]下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0039]如圖3所示，低溫熱源透平機發(fā)電裝置以分布廣泛的低溫熱源作為能源來源，遵循能量守恒和朗肯循環(huán)定律，采用先進的低溫熱能-機械能轉(zhuǎn)換技術(shù)，透平機轉(zhuǎn)子在獲取的動力作用下旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)出電力。這種低溫熱源透平機發(fā)電裝置包括熱源介質(zhì)循環(huán)栗 1、熱交換器2、透平機3、壓縮機4、工作介質(zhì)循環(huán)栗5、發(fā)電機6、計算機監(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的一個入口相連;所述匯合器8的出口與透平機3的入口相連，透平機3的出口與壓縮機4的入口相連;壓縮機4的出口分別與匯合器8的另一個入口和工作介質(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3通過聯(lián)軸器9與發(fā)電機6相連;所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗1、熱交換器2、透平機3、壓縮機4、工作介質(zhì)循環(huán)栗 5和發(fā)電機6均與計算機監(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)在計算機監(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3的機械功輸出同步匹配。
[0041]所述壓縮機4抽取透平機3的出口尾氣，尾氣在壓縮機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)通過匯合器8匯合，匯合后一并輸入到透平機3的入口，氣態(tài)工作介質(zhì)驅(qū)動透平機3的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，輸出轉(zhuǎn)速和扭矩驅(qū)動發(fā)電機6旋轉(zhuǎn)發(fā)電。壓縮機4對透平機3的出口尾氣進行實時處理，不斷排空透平機3的出口，使透平機3 始終保持壓差連續(xù)運轉(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，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)備運行時通常不斷地變化，熱源介質(zhì)循環(huán)栗1與計算機監(jiān)控系統(tǒng)7的變頻調(diào)速系統(tǒng)相連接，通過調(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，實現(xiàn)熱量輸入的實時控制。
[0043]這種低溫熱源透平機組的潤滑方案簡潔，對于小型機組可去除潤滑油罐、潤滑油栗、潤滑油過濾器和潤滑油冷卻器，創(chuàng)建了一個結(jié)構(gòu)簡單高效穩(wěn)定的潤滑系統(tǒng)。對于大型機組來說，需要配備潤滑油罐、潤滑油栗、潤滑油過濾器和潤滑油冷卻器等，但潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和容量比現(xiàn)有的熱發(fā)電機組小得多，潤滑油的用量與常規(guī)工業(yè)機器類同。這種低溫熱源透平機無需冷卻裝置，系統(tǒng)維護簡便，維護成本低廉。
[0044]本實用新型的工作過程如下:
[0045]S1:熱源介質(zhì)在熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的驅(qū)動下流過熱交換器2與工作介質(zhì)進行熱交換，熱量用于煮沸工作介質(zhì)使其蒸發(fā)；
[0046]S2:壓縮機4抽取透平機3的出口尾氣，尾氣在壓縮機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)通過工作介質(zhì)循環(huán)栗5栗入熱交換器2,重新進行熱交換；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)通過匯合器8匯合，回合后一并輸入到透平機3的入口；在壓縮機4的牽引下，透平機3將氣態(tài)工作介質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換成機械能，從而驅(qū)動發(fā)電機6發(fā)電；
[0047]S3:上述壓縮機4抽取透平機3的出口尾氣，尾氣在壓縮機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)后的氣體進入透平機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4抽取透平機3的出口尾氣，尾氣在壓縮機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)通過匯合器8匯合，回合后一并輸入到透平機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)仍可獨立工作；
[0050]S6:計算機監(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、熱交換器2的溫度信號、透平機3的轉(zhuǎn)速和壓力信號、壓縮機4的壓力信號，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)，計算出輸出控制信號，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的流量來控制輸入到透平機3的能量，進而調(diào)節(jié)透平機3的轉(zhuǎn)速和機械功輸出，使低溫熱源透平機發(fā)電裝置適應(yīng)外部負載的變化。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。所述計算機監(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]低溫熱源分布廣泛，包括內(nèi)燃機和透平機余熱、蒸汽熱電廠蒸汽冷凝塔余熱、生物質(zhì)鍋爐、太陽能、地熱、重工業(yè)生產(chǎn)過程余熱、原油和天然氣生產(chǎn)過程余熱熱栗制取的熱水等。設(shè)計完美的低溫熱源透平機發(fā)電裝置的散熱和冷卻部分能量損失非常少。[〇〇52] 實施例1
[0053]如圖4所示，為往復(fù)式發(fā)動機缸套冷卻水和排放尾氣余熱利用機組結(jié)構(gòu)和實施方案。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)動機的氣缸組件冷卻系統(tǒng)聯(lián)通，對發(fā)動機實現(xiàn)冷卻。第一循環(huán)栗20調(diào)節(jié)冷卻水流過熱交換器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，實現(xiàn)熱量輸入透平機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)動機的尾氣排放煙囪聯(lián)通，回收利用發(fā)動機的尾氣排放余熱。第二循環(huán)栗21調(diào)節(jié)冷卻水流過熱交換器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，實現(xiàn)熱量輸入透平機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的兩部分可單獨使用或串聯(lián)連接，當用于串聯(lián)連接時，缸套冷卻水用于預(yù)熱，而尾氣余熱鍋爐實施進一步的溫度提升。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口水溫，可控制在25_50°C范圍內(nèi)，保證從往復(fù)式發(fā)動機吸入的熱能除了散發(fā)到空氣中的熱量外全部用于機械能和電能的轉(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)成一個栗控閉環(huán)系統(tǒng)，可長時間使用，正常工況下無需排放，冷卻水和冷卻液使用成本低廉，同時符合環(huán)保要求。余熱利用機組替代冷卻塔吸收余熱，同時余熱利用機組本身無冷卻塔，對新建的熱電廠來說， 可節(jié)省一筆可觀的開銷。[〇〇57] 實施例2[〇〇58]傳統(tǒng)熱電廠使用冷卻水將發(fā)電汽輪機乏汽中所蘊含的熱量通過冷卻塔排放到空氣中，這造成了熱能和水資源的巨大浪費。一般純凝熱電廠，其冷端損失可達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，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，大幅度可達原廠發(fā)電量的發(fā)電能力。
[0059]如圖5所示，為蒸汽輪機發(fā)電廠余熱利用機組結(jié)構(gòu)和實施方案。圖中熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的入口管與蒸汽輪機冷凝罐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與蒸汽輪機的蒸汽出口終端聯(lián)通，實現(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，實現(xiàn)熱量輸入透平機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)成一個栗控閉環(huán)系統(tǒng)，冷凝水可長時間循環(huán)使用，正常工況下無需排放，冷凝水使用成本低廉，同時符合環(huán)保要求。余熱利用機組替代冷卻塔吸收余熱，同時余熱利用機組本身無冷卻塔，對新建的熱電廠來說，可節(jié)省一筆可觀的開銷。[〇〇61 ] 實施例3
[0062]目前許多液化天然氣公司采用制冷劑對天然氣進行液化處理，制冷劑壓縮液化時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，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)過程。
[0063]如圖6所示，為液化天然氣生產(chǎn)過程余熱利用機組結(jié)構(gòu)和實施方案。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進行熱交換，實現(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)過程原有的壓縮系統(tǒng)，有助于簡化余熱利用機組結(jié)構(gòu)，工質(zhì)選擇和溫度匹備容易實現(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，實現(xiàn)熱量輸入透平機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)成一個栗控閉環(huán)系統(tǒng)，制冷劑可長時間循環(huán)使用，制冷劑使用成本低廉，同時符合環(huán)保要求。余熱利用機組替代制冷劑壓縮系統(tǒng)的冷卻設(shè)備吸收余熱，大幅度降低壓縮機的驅(qū)動功率，同時余熱利用機組本身無冷卻塔，對新建的熱電廠來說，可節(jié)省一筆可觀的開銷。
[0065]實施例4
[0066]煉鋼生產(chǎn)過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。針對煉鋼過程余熱資源的特點，需要考慮多種回收方法，充分利用和轉(zhuǎn)化不同溫度級別的余熱，同時不影響煉鋼生產(chǎn)的正常進行和鋼廠生產(chǎn)和生活用蒸汽的供應(yīng)。
[0067]如圖7所示，為煉鋼生產(chǎn)過程余熱利用機組結(jié)構(gòu)和實施方案。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進行熱交換，實現(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)的蒸氣混合物進行熱交換。簡潔的余熱利用機組結(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，實現(xiàn)熱量輸入透平機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)成一個栗控閉環(huán)系統(tǒng)，冷卻水可長時間循環(huán)使用， 冷卻使用成本低廉，同時符合環(huán)保要求。余熱利用機組替代原有的冷卻設(shè)備吸收余熱，同時余熱利用機組本身無冷卻塔，對新建的熱電廠來說，可節(jié)省一筆可觀的開銷。
[0069]實施例5
[0070]全世界許多地表和礦井含有豐富的熱水資源可供開發(fā)利用，利用地熱熱水的發(fā)電裝置已由許多成功例子，低溫熱水資源的利用和開發(fā)的前景廣闊。
[0071]如圖8所示，為利用低溫熱水資源的發(fā)電機組結(jié)構(gòu)和實施方案。圖中熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的入口管與地熱熱水罐16的出水口連接，熱交換器2的回水管與地熱熱水排放系統(tǒng)相連接，地熱熱水罐16儲存地熱熱水，地熱熱水經(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從地熱熱水罐16內(nèi)抽取熱水，調(diào)節(jié)熱水流過熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的流速，調(diào)節(jié)熱量從地熱熱水罐16流向熱源介質(zhì)循環(huán)栗1的速度，實現(xiàn)熱量輸入透平機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)換成機械能和電能。
[0072]地熱熱水罐16儲存地熱熱水，構(gòu)成一個栗控開環(huán)系統(tǒng)，冷卻后的水直接排放，因機組對地熱熱水不添加任何化學元素，水質(zhì)沒有任何改變，直接排放符合環(huán)保要求。余熱利用機組替代冷卻塔吸收地熱，同時地熱利用機組本身無冷卻塔，對新建的熱電廠來說，可節(jié)省一筆可觀的開銷。
[0073]實施例6
[0074]如圖9所示，為熱栗熱水余熱利用機組結(jié)構(gòu)和實施方案。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進行熱交換，實現(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)的蒸氣混合物進行熱交換。簡潔的余熱利用機組結(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，實現(xiàn)熱量輸入透平機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)成一個栗控閉環(huán)系統(tǒng)，冷卻水可長時間循環(huán)使用，冷卻使用成本低廉，同時符合環(huán)保要求。余熱利用機組替代原有的冷卻設(shè)備吸收余熱，同時余熱利用機組本身無冷卻塔，對新建的熱電廠來說，可節(jié)省一筆可觀的開銷。
[0076]實施例7
[0077]如圖10所示，為空氣能利用機組結(jié)構(gòu)和實施方案。圖中風扇18驅(qū)動空氣流過熱交換器2進行熱交換，實現(xiàn)從空氣能到工質(zhì)的熱量轉(zhuǎn)移。調(diào)節(jié)風扇18的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)空氣流過熱交換器2的流速，從而調(diào)節(jié)熱量從風扇18流入熱交換器2的速度，實現(xiàn)熱量輸入透平機3的速度調(diào)節(jié)。風扇18的流量越大，流入熱交換器2和透平機3的熱量越大，反之流入的熱量越小。
[0078]風扇18與熱交換器2構(gòu)成一個空氣流開環(huán)系統(tǒng)，空氣流除了溫度降低外無任何其它改變，符合環(huán)保要求。同等功率的機組的熱交換器體積將比水介質(zhì)熱交換器龐大。[〇〇79] 實施例8[〇〇8〇]如圖11所示，為海水熱能利用機組結(jié)構(gòu)和實施方案。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，來自海水供應(yīng)罐19的海水與熱交換器2進行熱交換，實現(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，實現(xiàn)熱量輸入透平機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的限制，在中國南方城市具有廣闊應(yīng)用前景。
[0082]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種低溫熱源透平機發(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(3)、壓縮機(4)、工作介質(zhì)循環(huán)栗(5)、發(fā)電機(6)、計算機監(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)的一個入口相連;所述匯合器(8)的出口與透平機(3)的入口相連， 透平機(3)的出口與壓縮機(4)的入口相連;壓縮機(4)的出口分別與匯合器(8)的另一個入 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(3)通過聯(lián)軸器(9)與發(fā)電機(6)相連;所述熱源介質(zhì)循環(huán)栗(1)、熱 交換器(2)、透平機(3)、壓縮機(4)、工作介質(zhì)循環(huán)栗(5)和發(fā)電機(6)均與計算機監(jiān)控系統(tǒng) (7)相連。2.如權(quán)利要求書1所述的低溫熱源透平機發(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】F01D15/10GK205605259SQ201620323759
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】王正良, 樓鳳丹
【申請人】王正良, 樓鳳丹