[发明专利]基于能量梯级利用的中低温热源发电装置及其热循环方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种能源利用技术领域的装置及方法，具体是一种基于能量梯级利用的中低温热源发电装置及其热循环方法。

背景技术

随着全球能源危机和气候变暖问题的加剧，世界各国急需发展新型的发电技术。全球中低温热源蕴藏丰富，而且来源也很广泛，大量的太阳能、地热能、工业余热都属于中低温热源。目前，中低温热源的利用主要局限于直接利用，如供热、烘干等，这种利用只能局限于小规模的利用，而且利用程度也很低。将这些中低温热源转换成电力是最好的利用方式，不仅可以大规模利用这些蕴藏丰富的中低温热源，还可以减少化石燃料的消耗。

目前，已有一些国家在中低温热源的利用上取得了很大的成效，如冰岛，全国地热发电装机容量为202MW，占国家装机容量的13％以上，地热开发不仅减少了化石能源的消耗，而且取得了显著的生态环境效益，温室效应的头号祸首二氧化碳已由1960年的27万吨减少到2000年的3千吨，减少了98.9％。然而，中低温热源发电技术很难在全球得到推广的一个关键问题是热效率较低，只有10％左右。

经过对现有技术的检索发现，位于美国内华达州北部的斯蒂尔沃特地热电站是由七个相同的发电机组组成，每个发电机组是基于由两个相同的有机物朗肯循环并联而成的循环，总装机容量为12.4MW，机组热效率为8.9％(Exergy analysis of a dual-level binarygeothermal power plant.Geothermics 31(2002)709-724)。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于能量梯级利用的中低温热源发电装置及其热循环方法，基于能量梯级利用的原理，由两个不同的中低温热源发电循环并联而成，顶层循环是有机物朗肯循环，底层循环是卡里纳循环，底层的卡里纳循环在利用顶层循环排出的低温热源发电时的热效率高于有机物朗肯循环，更适合回收较低品位的热源，相比原技术更符合能量梯级利用的原理，因此本发明机组热效率将会进一步得到提高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于能量梯级利用的中低温热源发电装置，包括：进行有机物朗肯循环的顶部循环系统组件和与之相连的进行卡里纳循环的底部循环系统组件，其中：

所述的顶部循环系统组件包括：预热器、蒸发器、过热器、汽轮机、发电机、给水泵和冷凝器，其中：预热器的出口连接蒸发器的入口，蒸发器的出口连接过热器的入口，过热器的出口连接汽轮机的入口，汽轮机与发电机相连并带动发电，汽轮机的出口连接冷凝器的入口，冷凝器的出口连接给水泵的入口，给水泵的出口连接预热器的入口；

所述的顶层循环系统组件内充有有机或无机工质，如氟利昂、烷烃类或氨水混合物；

所述的底部循环系统组件包括：分离器、低压加热器、高压加热器、减压阀和混合器，其中：蒸发器的出口连接分离器的入口，分离器的出口连接汽轮机的入口和高压加热器的入口，汽轮机与发电机相连并带动发电，汽轮机的出口连接混合器的入口，高压加热器的出口连接减压阀的入口，减压阀的出口连接混合器的入口，混合器的出口连接低压加热器的入口，低压加热器的出口连接冷凝器的入口，冷凝器的出口连接给水泵的入口，给水泵的出口连接低压加热器的入口，低压加热器的出口连接高压加热器的入口，高压加热器的出口连接蒸发器的入口。

所述的底层循环系统组件内充有无机工质，如氨水混合物。

本发明涉及上述装置的热循环方法，包括：有机物朗肯循环和卡里纳循环，其中：

所述的有机物朗肯循环是指：有机物工质或无机物工质经给水泵升压后送入预热器，经预热器加热后的饱和液送入蒸发器被加热成饱和蒸汽，然后进入过热器，从过热器出来的过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功，做功后的尾气进入冷凝器被凝结为过冷液，之后进入给水泵完成循环；

所述的卡里纳循环是指：无机物工质经给水泵升压后依次经过低压加热器、高压加热器、蒸发器，从蒸发器出来的饱和蒸汽进入分离器，被分成富氨溶液和贫氨溶液，富氨溶液进入汽轮机膨胀做功，贫氨溶液进入高压加热器，然后经过减压阀与做功后的尾气在混合器中混合成基本溶液，混合后的基本溶液依次经过低压加热器、冷凝器，之后进入给水泵完成循环。

本发明中的热源首先经过顶层有机物朗肯循环的过热器和蒸发器，降到合适的温度后进入底层卡里纳循环的蒸发器，之后进入顶层循环的预热器，最后离开整个发电装置。