一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統及方法
2023-04-24 13:01:31
一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統，本系統包括第一級發電系統及第二級發電系統；所述第一級發電系統包括第一膨脹機、蒸發器、中低壓蒸汽循環管路、第一發電機及減速機；所述第二發電系統包括所述蒸發器、第二膨脹機、冷凝器、工質泵、有機朗肯工質循環管路及第二發電機；所述中低壓蒸汽循環管路與所述有機朗肯工質循環管路通過所述蒸發器進行熱交換。本系統既充分利用了中低壓蒸汽的壓差能量，又回收利用了乏蒸汽的放散的大量潛熱，使系統的發電量大大增加。
【專利說明】一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及中低壓蒸汽發電的【技術領域】，尤其涉及一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統及方法。
【背景技術】
[0002]我國正處於工業化、城鎮化快速發展階段，社會發展對能源需求和環境保護的矛盾日益突出；因此，現階段，國家政策加大了對節能、環保的支持力度，節能、環保的重大意義已得到社會的廣泛認可。在我國，餘熱發電技術是一門新興技術，利用工業餘熱回收的中低壓蒸汽發電正處於起步階段，我國工礦企業有很多的餘熱鍋爐，每年產生大量的低品質飽和蒸汽和溼蒸汽，除少量的生活用汽和冬季採暖用外，大部份沒有充分利用。目前，中低壓蒸汽發電系統存在餘熱利用不充分、發電效率低、經濟性不佳、系統不完善等問題；因此，未能廣泛應用於工業餘熱利用系統。如何提高中低壓蒸汽發電系統的穩定性，提高發電效率，降低單位發電的投資和成本，使中低壓蒸汽發電成熟應用於工業餘熱利用系統，成為中低壓蒸汽發電向企業推廣的難題。
[0003]世界各國汽輪發電機組的平均絕對電效率為30-35%，先進的大功率機組的絕對電效率也只達40%以上。這主要是因為整個熱力循環中存在著很大的冷源損失，即被燃料加熱的蒸汽，它的很大一部分熱量在凝汽器中被循環水帶出熱力循環之外而未被利用，這部分熱量約佔系統的44%左右。對於中低壓過熱或飽和蒸汽，目前採用凝汽式汽輪機或螺杆膨脹機進行一次發電，則這部分冷源損失佔蒸汽帶入熱量的比例更大，電效率更低。
[0004]提高熱源的利用率，充分利用蒸汽的每個階梯能量，同時降低未被系統利用的冷源損失，是提高發電機絕對電效率的有效手段。有鑑於此，本發明人經過大量的實踐和長期的探索，研究和設計了一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統及方法，本案由此產生。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統及方法，以解決目前中低壓蒸汽發電餘熱利用不充分、冷源損失佔熱源的比例大及發電效率低等問題。
[0006]本發明解決其技術問題的所採用的技術方案是:
[0007]—種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統，本系統包括第一級發電系統及第二級發電系統；所述第一級發電系統包括第一膨脹機、蒸發器、中低壓蒸汽循環管路、第一發電機及減速機，所述第一膨脹機及所述蒸發器依次設置在所述中低壓蒸汽循環管路上，所述第一發電機通過所述減速機連接所述第一膨脹機；所述第二發電系統包括所述蒸發器、第二膨脹機、冷凝器、工質泵、有機朗肯工質循環管路及第二發電機，所述蒸發器、所述第二膨脹機、所述冷凝器及所述工質泵依次設置在所述有機朗肯工質循環管路上，所述第二發電機與所述第二膨脹機連接；所述中低壓蒸汽循環管路與所述有機朗肯工質循環管路通過所述蒸發器進行熱交換。
[0008]作為實施例的優選方式，本系統還包括冷凝系統，所述冷凝系統包括依次連接在冷凝水循環管路上的所述冷凝器、冷凝塔及循環水泵，所述有機朗肯工質循環管路與所述冷凝水循環管路通過所述冷凝器進行熱交換。
[0009]作為實施例的優選方式，所述第一膨脹機為全流背壓螺杆膨脹機。
[0010]作為實施例的優選方式，本系統還包括設置在所述中低壓蒸汽循環管路上的第一手動閥、第一快切閥、第一調節閥及第二手動閥，所述第一手動閥、所述第一快切閥及所述第一調節閥依次設置在所述第一膨脹機之前；所述第二手動閥設置在所述第一膨脹機及所述蒸發器之間。
[0011]作為實施例的優選方式，本系統還包括設置在所述有機朗肯工質循環管路上的第二快切閥、第三手動閥、第四手動閥、第五手動閥及第六手動閥，所述第二快切閥及所述第三手動閥設置在所述蒸發器及所述第二膨脹機之間，所述第四手動閥設置在所述第二膨脹機及所述冷凝器之間，所述第五手動閥及所述第六手動閥分別設置在所述工質泵兩側。
[0012]作為實施例的優選方式，本系統還包括設置在所述冷凝水循環管路上的第七手動閥及第八手動閥，所述第七手動閥及所述第八手動閥分別設置在所述循環水泵的兩側。
[0013]一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的方法，飽和蒸汽由所述中低壓蒸汽循環管路的入口管道進入，在所述第一膨脹機做功，所述第一膨脹機通過所述減速機帶動所述第一發電機進行發電，過熱或飽和蒸汽出第一膨脹機後變為低壓溼蒸汽，進入所述蒸發器，所述低壓溼蒸汽在所述蒸發器內與所述有機朗肯工質循環管路的有機工質進行熱交換，轉變為冷凝水排出，低沸點的有機工質吸收熱量後，由液態轉變為氣態，氣體有機工質在所述第二膨脹機做功，所述第二膨脹機帶動所述第二發電機發電，氣體有機工質出第二膨脹機後，溫度及壓力降低，在所述冷凝器中與所述冷凝水循環管路上的冷凝水進行熱交換，轉變為液態，再經所述工質泵打回至所述蒸發器，進入下一個工作循環。
[0014]作為實施例的優選方式，1.0-1.5Mpa的飽和蒸汽由所述中低壓蒸汽循環管路的入口管道進入，在所述第一膨脹機做功，所述第一膨脹機通過所述減速機帶動所述第一發電機進行發電，過熱或飽和蒸汽出第一膨脹機後變為0.1-0.3Mpa的低壓溼蒸汽，進入所述蒸發器，所述低壓溼蒸汽在所述蒸發器內與所述有機朗肯工質循環管路的有機工質進行熱交換，轉變為<80°C冷凝水排出，低沸點的有機工質吸收熱量後，由液態轉變為氣態，200-2800C，4MPa的氣體有機工質在所述第二膨脹機做功，所述第二膨脹機帶動所述第二發電機發電，氣體有機工質出第二膨脹機後，溫度及壓力降低，在所述冷凝器中與所述冷凝水循環管路上的冷凝水進行熱交換，轉變為30-40°C的液態流體，再經所述工質泵打回至所述蒸發器，進入下一個工作循環。
[0015]採用上述結構後，本發明根據蒸汽的不同品質，把蒸汽壓力合理分成二級，並用於二級串聯發電，第一級發電有效利用了蒸汽的熱能轉換成蒸汽高速流動的動能，第二級發電通過乏蒸汽與低沸點工質換熱，有效利用了蒸汽的潛熱，降低了發電機組系統的冷源損失，提高了發電量。本發明起到了為企業降本增效和節能減排的雙重社會效應。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】[0017]如圖1所示，本發明揭示了一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統，本系統包括第一級發電系統I及第二級發電系統2 ;所述第一級發電系統I包括第一膨脹機11、蒸發器12、中低壓蒸汽循環管路13、第一發電機14及減速機15，所述第一膨脹機11及所述蒸發器12依次設置在所述中低壓蒸汽循環管路13上，所述第一發電機14通過所述減速機15連接所述第一膨脹機11 ;所述第二發電系統2包括所述蒸發器21、第二膨脹機22、冷凝器23、工質泵24、有機朗肯工質循環管路25及第二發電機26，所述蒸發器21、所述第二膨脹機22、所述冷凝器23及所述工質泵24依次設置在所述有機朗肯工質循環管路25上，所述第二發電機22與所述第二膨脹機22連接；所述中低壓蒸汽循環管路13與所述有機朗肯工質循環管路25通過所述蒸發器12 (21)進行熱交換。
[0018]作為實施例的優選方式，本系統還包括冷凝系統3，所述冷凝系統3包括依次連接在冷凝水循環管路30上的所述冷凝器31、冷凝塔32及循環水泵33，所述有機朗肯工質循環管路25與所述冷凝水循環管路30通過所述冷凝器23 (31)進行熱交換。
[0019]作為實施例的優選方式，所述第一膨脹機11為全流背壓螺杆膨脹機；所述全流背壓螺杆膨脹機能夠適應低品質的蒸汽，在汽、液兩相介質同時存在時，正常發電；因其構件之間間隙小，內流速也較低，因而可獲得較高的內效率，比同類型同功率汽輪機的效率高10 — 15%。因為餘熱回收蒸汽的最大特點就是工況不穩定，因此，螺杆膨脹機能夠很好地適應各種工況；目前，餘熱發電採用螺杆膨脹機發電的均為一級發電，出口乏蒸汽直接排掉，造成能源利用不充分，同時，也造成冷凝水的資源浪費。
[0020]作為實施例的優選方式，本系統還包括設置在所述中低壓蒸汽循環管路13上的第一手動閥16、第一快切閥17、第一調節閥18及第二手動閥19，所述第一手動閥16、所述第一快切閥17及所述第一調節閥19依次設置在所述第一膨脹機11之前；所述第二手動閥19設置在所述第一膨脹機11及所述蒸發器12 (21)之間。
[0021]作為實施例的優選方式，本系統還包括設置在所述有機朗肯工質循環管路25上的第二快切閥26、第三手動閥27、第四手動閥28、第五手動閥291及第六手動閥292，所述第二快切閥26及所述第三手動閥27設置在所述蒸發器12 (21)及所述第二膨脹機22之間，所述第四手動閥28設置在所述第二膨脹機22及所述冷凝器23 (31)之間，所述第五手動閥291及所述第六手動閥292分別設置在所述工質泵24兩側。
[0022]作為實施例的優選方式，本系統還包括設置在所述冷凝水循環管路30上的第七手動閥34及第八手動閥35，所述第七手動閥34及所述第八手動閥35分別設置在所述循環水泵的兩側。
[0023]所述的手動閥及快切閥作為檢修及更換管路設備時所用；所述的調節閥用於調節壓力時所用，壓力過高時，進行調低。
[0024]一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的方法，飽和蒸汽由所述中低壓蒸汽循環管路的入口管道進入，在所述第一膨脹機做功，所述第一膨脹機通過所述減速機帶動所述第一發電機進行發電，過熱或飽和蒸汽出第一膨脹機後變為低壓溼蒸汽，進入所述蒸發器，所述低壓溼蒸汽在所述蒸發器內與所述有機朗肯工質循環管路的有機工質進行熱交換，轉變為冷凝水排出，低沸點的有機工質吸收熱量後，由液態轉變為氣態，氣體有機工質在所述第二膨脹機做功，所述第二膨脹機帶動所述第二發電機發電，氣體有機工質出第二膨脹機後，溫度及壓力降低，在所述冷凝器中與所述冷凝水循環管路上的冷凝水進行熱交換，轉變為液態，再經所述工質泵打回至所述蒸發器，進入下一個工作循環；所述冷凝水循環管路上的冷凝水還可以回收循環使用，節約水資源，降低企業水處理的費用。
[0025]作為實施例的優選方式，1.3Mpa的飽和蒸汽由所述中低壓蒸汽循環管路的入口管道進入，在所述第一膨脹機做功，所述第一膨脹機通過所述減速機帶動所述第一發電機進行發電，過熱或飽和蒸汽出第一膨脹機後變為0.2Mpa的低壓溼蒸汽，進入所述蒸發器，所述低壓溼蒸汽在所述蒸發器內與所述有機朗肯工質循環管路的有機工質進行熱交換，轉變為〈801:冷凝水排出，低沸點的有機工質吸收熱量後，由液態轉變為氣態，200-280 V，4MPa的氣體有機工質在所述第二膨脹機做功，所述第二膨脹機帶動所述第二發電機發電，氣體有機工質出第二膨脹機後，溫度及壓力降低，在所述冷凝器中與所述冷凝水循環管路上的冷凝水進行熱交換，轉變為35°C的液態流體，再經所述工質泵打回至所述蒸發器，進入下一個工作循環。
[0026]在某發生爐煤氣廠，餘熱回收的蒸汽為1.3MPa的飽和蒸汽，採用一級全流螺杆機發電的方案，淨髮電量為300KW ;採用一級低沸點工質發電的方案，淨髮電量為450KW ;而採用本發明的二級串聯發電的方案，淨髮電量為500KW，並且二級串聯發電的投資比一級低沸點工質發電低1000元/KW，淨髮電量併入本廠的供電系統供本廠使用，每年可為企業發電增效約230萬元。因此，本發明通過發電機二級串聯發電，既充分利用了中低壓蒸汽的壓差能量，又回收利用了乏蒸汽的放散的大量潛熱，使系統的發電量大大增加。本發明具有系統發電效率高，系統運行穩定，工程投資省，投資回報期短，投資風險小等優點。
[0027]上述僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的設計構思並不局限於此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬於侵犯本發明保護範圍的行為。
【權利要求】
1.一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統，其特徵在於:本系統包括第一級發電系統及第二級發電系統；所述第一級發電系統包括第一膨脹機、蒸發器、中低壓蒸汽循環管路、第一發電機及減速機，所述第一膨脹機及所述蒸發器依次設置在所述中低壓蒸汽循環管路上，所述第一發電機通過所述減速機連接所述第一膨脹機；所述第二發電系統包括所述蒸發器、第二膨脹機、冷凝器、工質泵、有機朗肯工質循環管路及第二發電機，所述蒸發器、所述第二膨脹機、所述冷凝器及所述工質泵依次設置在所述有機朗肯工質循環管路上，所述第二發電機與所述第二膨脹機連接；所述中低壓蒸汽循環管路與所述有機朗肯工質循環管路通過所述蒸發器進行熱交換。
2.如權利要求1所述的一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統，其特徵在於:本系統還包括冷凝系統，所述冷凝系統包括依次連接在冷凝水循環管路上的所述冷凝器、冷凝塔及循環水泵，所述有機朗肯工質循環管路與所述冷凝水循環管路通過所述冷凝器進行熱交換。
3.如權利要求1所述的一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統，其特徵在於:所述第一膨脹機為全流背壓螺杆膨脹機。
4.如權利要求1所述的一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統，其特徵在於:本系統還包括設置在所述中低壓蒸汽循環管路上的第一手動閥、第一快切閥、第一調節閥及第二手動閥，所述第一手動閥、所述第一快切閥及所述第一調節閥依次設置在所述第一膨脹機之前；所述第二手動閥設置在所述第一膨脹機及所述蒸發器之間。
5.如權利要求1所述的一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統，其特徵在於:本系統還包括設置在所述有機朗肯工質循環管路上的第二快切閥、第三手動閥、第四手動閥、第五手動閥及第六手動閥，所述第二快切閥及所述第三手動閥設置在所述蒸發器及所述第二膨脹機之間，所述第四手動閥設置在所述第二膨脹機及所述冷凝器之間，所述第五手動閥及所述第六手動閥分別設置在所述工質泵兩側。
6.如權利要求2所述的一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的系統，其特徵在於:本系統還包括設置在所述冷凝水循環管路上的第七手動閥及第八手動閥，所述第七手動閥及所述第八手動閥分別設置在所述循環水泵的兩側。
7.一種採用如權利要求1所述系統利用中低壓蒸汽進行二級發電的方法，其特徵在於:飽和蒸汽由所述中低壓蒸汽循環管路的入口管道進入，在所述第一膨脹機做功，所述第一膨脹機通過所述減速機帶動所述第一發電機進行發電，過熱或飽和蒸汽出第一膨脹機後變為低壓溼蒸汽，進入所述蒸發器，所述低壓溼蒸汽在所述蒸發器內與所述有機朗肯工質循環管路的有機工質進行熱交換，轉變為冷凝水排出，低沸點的有機工質吸收熱量後，由液態轉變為氣態，氣體有機工質在所述第二膨脹機做功，所述第二膨脹機帶動所述第二發電機發電，氣體有機工質出第二膨脹機後，溫度及壓力降低，在所述冷凝器中與所述冷凝水循環管路上的冷凝水進行熱交換，轉變為液態，再經所述工質泵打回至所述蒸發器，進入下一個工作循環。
8.如權利要求7所述的一種利用中低壓蒸汽進行二級發電的方法，其特徵在於:1.0-1.5Mpa的飽和蒸汽由所述中低壓蒸汽循環管路的入口管道進入，在所述第一膨脹機做功，所述第一膨脹機通過所述減速機帶動所述第一發電機進行發電，過熱或飽和蒸汽出第一膨脹機後變為0.1-0.3Mpa的低壓溼蒸汽，進入所述蒸發器，所述低壓溼蒸汽在所述蒸發器內與所述有機朗肯工質循環管路的有機工質進行熱交換，轉變為<80°C冷凝水排出，低沸點的有機工質吸收熱量後，由液態轉變為氣態，200-280°C，4MPa的氣體有機工質在所述第二膨脹機做功，所述第二膨脹機帶動所述第二發電機發電，氣體有機工質出第二膨脹機後，溫度及壓力降低，在所述 冷凝器中與所述冷凝水循環管路上的冷凝水進行熱交換，轉變為30-40°C的液態流體，再經所述工質泵打回至所述蒸發器，進入下一個工作循環。
【文檔編號】F01K23/04GK103925022SQ201410108979
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】常海青, 孫素英 申請人:成信綠集成股份有限公司