[发明专利]一种基于多个膨胀机的有机朗肯循环热机装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用多个膨胀机的有机朗肯循环热机装置，该装置基于有机朗肯循环，包括有再热膨胀和无再热膨胀的形式，采用广泛存在的太阳能、地热能、工业废热等低品位热能作为热源发电。

背景技术

随着煤炭、石油、天然气等化石能源消耗量的不断攀升，以及由于能源消耗带来的环境负担(如二氧化碳排放等)，能源和环境问题已经成为全世界共同关注的重大问题。在此背景下，使用有机朗肯循环将低品位热量转换为电能引起了越来越多的关注。所谓有机朗肯循环，即在传统朗肯循环中采用有机工质(如R113，R123等)代替水作为工质推动膨胀机做功。

近年来，有机朗肯循环的研究工作在国内外大力进行，它是利用低品位热能的理想方式。早在1966年就有学者撰文指出可利用有机朗肯循环回收低品位热能，一时之间以氟利昂为工质回收低品位热能的朗肯循环引起了各国学者的广泛注意。我国自20世纪80年代开始对有机朗肯循环进行研究。在1997年京都议定书推出之后，发展环保新工质的呼声越来越高，20世纪90年代末进入本世纪后对有机朗肯循环工质的研究也步入了一个新的阶段。有机朗肯循环与蒸汽朗肯循环相似，不同的是有机朗肯循环所使用的工质是有机物，由于有机物的沸点较低，在相同蒸发温度下，气体密度较大，同样的质量流量下，有机工质体积流量较小，从而膨胀机的体积也较小，更适用于生产。

一般按余热载体的温度水平不同，将余热资源划分为三种：高温余热(500℃以上)、中温余热(200-500℃之间)和低温余热(200℃以下)，一般来说，如果热能的温度低于370℃，它将被看作低品位或是中等品位热能。对中低温余热的回收和利用具有重要的现实意义，若以传统的方式，即以水为工质的朗肯循环，用低品位热能汽轮机发电机组回收利用余热，因循环效率低，系统复杂，其经济效益非常有限。利用有机工质朗肯循环(ORC)或称双循环来利用中、低温余热发电或提供动力，既实现能源回收利用，又在相同输出条件下，减少二氧化碳等污染物的排放，有利于环境保护，当前受到人们极大的关注。同时，有机朗肯循环(ORC)在利用自然界中的品位低的能量，如太刚能、地热、海洋温差能等方面，也有许多应用实例。

但是，在现有的有机朗肯循环中，在膨胀方面存在两个问题，一是膨胀的膨胀比过高，一般膨胀机允许的膨胀比为5，不适用于过高的膨胀比，一是系统的流量过高，因为膨胀机的最大流量是确定的，对于较大的流量，一个膨胀机也不能满足要求。多种工况要求导致一种膨胀机连接方式不能满足运行条件。在热量的充分利用方面，膨胀后的气体工质处于过热状态，其热量往往得不到有效利用。在提高热源的温度方面，往往面临着温度不够高，导致循环效率低下的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于多个膨胀机的有机朗肯循环热机装置，该装置采用一种膨胀机构，包括多个膨胀机，膨胀机根据运行要求不同，采用不同的连接方式，分别为有再热的膨胀机串联连接，无再热的膨胀机并联连接和适合小流量的单个膨胀机，且设置有内部换热器、抽汽回热器、预热器等一系列提高装置性能的部件，充分节能减排。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于多个膨胀机的有机朗肯循环热机装置，包括膨胀机构和循环回路，所述膨胀机构包括N个膨胀机和与膨胀机连接的三通阀，其中N为1以上的自然数；所述膨胀机构根据膨胀比采用膨胀机串联运行或膨胀机并联运行或单个膨胀机运行的方式。

作为本发明的一种优选方案：还包括总发电机，所述总发电机与膨胀机构连接。

作为本发明的一种优选方案：所述膨胀机构还包括与各膨胀机连接的发电机。

作为本发明的一种优选方案：当所述膨胀机采用串联运行方式时，膨胀机构还包括用于有机工质再热升温的再热器。 

作为本发明的一种优选方案：所述膨胀机构还包括第三热源，所述再热器的气体出口与第三热源连接；所述第三热源与再热器的气体入口连接。