[发明专利]一种用于60～90℃低温热源的发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及低温热源回收利用领域，特别涉及一种用于60～90℃低温热源的发电系统。

背景技术

在工业生产过程中，伴随着工业产品的产出，存在着大量的温度低于90℃的废热，这部分废热由于温度低，采用常规的动力循环系统很难将这些余热转换为电能，通常被直接排放到环境中，造成严重的环境污染和能源浪费。另外，自然界中存在着丰富的地热资源和太阳能等可再生能源，这些能源均属于低温热源。目前，对于温度低于90℃的低温热源回收发电技术尚不成熟，有机工质朗肯循环可以利用此类低温热源发电，但是能源转化效率非常低，工业回收不经济。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于60～90℃低温热源的发电系统，它结构简单，能源回收率高，而且经济环保。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种用于60～90℃低温热源的发电系统，包括：发电机、循环装置和循环工质，其特征在于，所述循环装置包含：传动连接发电机的透平，以及与透平的排气口依次串联的空冷凝气器、循环泵、吸收低温热源能量的蒸气发生器，所述蒸气发生器的出口与透平的进气口连接，组成循环回路，其循环工质为二氧化碳。

本发明的进一步特点在于：

所述二氧化碳进入透平做功之前处于超临界状态。

所述空冷凝气器内设置有轴流风机，所述空冷凝气器和循环泵之间设置有凝结箱。

所述透平采用单级双列复速级结构。

本发明的发电系统，在吸热过程中，由于二氧化碳处于超临界压力，吸热温度不断增加，而工业生产中的低温余热是一个显式热源，在回收利用过程中余热温度会降低，这样二氧化碳的吸热温度曲线和低温热源的放热温度曲线达到完美的匹配，从而大大提高了余热利用的效率。该系统还可以有效地回收温度在60～90℃之间的地热能或太阳能等低温热源，系统简单，能源利用效率高。因此，对于回收工业低温废热和利用可再生能源对于缓解环境污染问题、减少化石燃料的消耗以及CO₂的排放具有重要现实意义和工程应用价值。同时，本发明采用空冷凝气器，直接将透平排气冷凝成饱和状态的液体，节约了大量水资源。

附图说明

图1为用于60～90℃低温热源的发电系统示意图；图中：1、蒸气发生器，2、透平，3、发电机，4、空冷凝气器，5、循环泵，6、凝结箱，7、轴流式风机。

图2为单级双列复速级结构透平的纵剖面图；图中：8、叶轮；9、汽缸；10轴；11前列动叶片；12、后列动叶片。

图3为超临界二氧化碳热循环的温度(T)-熵(S)图；图中：13、低温热源放热曲线；14、二氧化碳吸热曲线；15、二氧化碳饱和线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参见图1，用于60～90℃低温热源的发电系统，包括发电机3、循环装置和循环工质。循环装置，包含：蒸气发生器1，传动连接发电机3的透平2，空冷凝气器4，循环泵5，凝结箱6。蒸气发生器1的出气口和透平2的进气口通过蒸气管道连接，透平2与发电机3同轴机械连接，透平2排气口和空冷凝气器4的进口连接，空冷凝气器4的出口与凝结箱6的进口连接，凝结箱6的出口和蒸气发生器1的进口之间设置有循环泵5，形成循环回路。

空冷凝气器4内设置有轴流式风机7，凝结箱6和轴流式风机7是空冷凝气器4的辅助组成部分，轴流式风机7用来提供冷却空气，使得透平排气在空冷凝气器4中冷凝成液体，然后由凝结箱6收集在一起。

循环工质为二氧化碳，工作在超临界状态，临界温度为31.060℃，临界压力为7.384MPa。在循环过程中，循环泵5将液态二氧化碳升压到超临界压力，然后送到蒸气发生器1中，在蒸气发生器1中吸收低温热源的热量，产生高温超临界压力的二氧化碳蒸气，该二氧化碳蒸气进入透平2做功，带动发电机3发电，透平2的排气进入空冷凝气器4内，轴流式冷却风机7使空气流过散热器的外表面，将透平2的排气冷凝成饱和状态的液态二氧化碳，饱和状态的液态二氧化碳汇入凝结箱6，从凝结箱6中出来的饱和状态的液态二氧化碳经过循环泵5升压，从而完成整个循环。

参见图2，超临界二氧化碳在透平2中的工作方式为：超临界二氧化碳冲击动叶片11，动叶片11带动叶轮8旋转，叶轮带动轴10旋转，从而完成热能向机械能的转换。透平2采用单级双列复速级结构，此结构简单可行，同时尺寸较小，可以减小成本。