[发明专利]有机朗肯循环发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及发电系统技术领域，具体地说，涉及一种有机朗肯循环发电系统。

背景技术

低温热能是指品味相对较低的热能，低温热能的温度一般低于200℃，这些能源种类繁多，包括工业废热、地热、生物质能、海洋温差能、太阳能等等多种可再生资源；其总量巨大，据统计，目前人类所利用的热能中有50％最终以低品位废热的形式直接排放。有机朗肯循环系统是一种应用低于200℃的低温热能的最为常见的发电用热力循环系统。

图1为现有的有机朗肯循环发电系统的流程示意图，参照图1，现有的有机朗肯循环发电系统包括蒸发器16、膨胀机17、发电机20、冷凝器18和工质泵19，其中蒸发器的出口通过高压气体管路与膨胀机的入口连接，膨胀机的出口通过低压气体管路与冷凝器的入口连接，冷凝器出口通过低压液体管路与工质泵入口连接，工质泵出口通过高压液体管路与蒸发器入口连接，膨胀机的输出端连接发电机。现有的这种有机朗肯循环发电系统包括等熵压缩、等压加热、等熵膨胀和等压冷凝四个主要热力过程。首先，工作介质在工质泵中进行等熵压缩后，进入到蒸发器等压加热，并蒸发成为高温高压的蒸汽，之后进入膨胀机中等熵膨胀，向外界输出机械功，膨胀后的蒸汽进入冷凝器，与冷却介质换热进行等压冷凝为液态，最后重新进入工质泵中开始下一次的循环。现有的这种有机朗肯循环发电系统的优势是结构简单、容易实现、效率相对较高。但是现有的这种有机朗肯循环发电系统在实际运行中存在以下技术难题：冷源通常使用自然资源，全年温度在-20℃至35℃范围内波动，温度波动很大，热源温度波动虽小，但也会随气温变化产生波动，而现有的这种有机朗肯循环发电系统中，膨胀机的内容积比通常是固定的，发电系统的设计工况通常按全年平均工况，系统的实际运行工况偏离设计工况的运行时间很长，在夏季气温较高的情况下，冷凝压力升高，膨胀机的出口背压增大，大于膨胀机的膨胀室内的压力，膨胀机的出口背压会逆向影响膨胀室内的压力，增大膨胀室内的压力，使膨胀机内气体过膨胀，在排气时再被压缩，致使膨胀效率大大降低；在冬季气温较低时，冷凝压力降低，膨胀机出口背压减小，小于膨胀机的膨胀室内的压力，膨胀机的出口背压会逆向影响膨胀室内的压力，降低膨胀室内的压力，使膨胀机内的气体膨胀不足，产生欠膨胀，在排气时发生二次膨胀，致使膨胀效率降低。现有的这种有机朗肯循环发电系统中，膨胀机产生的过膨胀和欠膨胀问题使发电系统平均运行效率降低，平均发电量减少，更严重的是，还会产生膨胀后气体进入气液两相区，导致膨胀机严重损坏等重大故障。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种能够有效地防止膨胀机的过膨胀和欠膨胀问题、从而能够提高整个系统运行效率的有机朗肯循环发电系统。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种能够有效地防止膨胀机的过膨胀和欠膨胀问题、从而能够提高整个系统运行效率的有机朗肯循环发电系统的控制方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

有机朗肯循环发电系统，包括循环发电主回路和膨胀机膨胀气体调节回路；

所述循环发电主回路包括依次设置的高压蒸发器、膨胀机、冷凝器、高压工质泵和发电机，所述高压蒸发器的工质出口通过主气管道连接至所述膨胀机的主气进口，所述膨胀机的排气口通过排气管道连接至所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口通过管道连接至所述高压工质泵的入口，所述高压工质泵的出口连接至所述高压蒸发器的工质入口，所述膨胀机的输出端连接所述发电机，所述膨胀机上设置有膨胀气体调节口,所述膨胀气体调节口连通所述膨胀机的膨胀室；

所述膨胀机膨胀气体调节回路包括低压蒸发器、低压工质泵和回热器，所述低压工质泵的入口通过管道连接至所述冷凝器的出口，所述低压工质泵的出口通过管道连接至所述低压蒸发器的工质入口，所述低压蒸发器的工质出口通过补气管道连接至所述膨胀机的膨胀气体调节口，所述补气管道上设有补气阀，所述膨胀机的膨胀气体调节口还通过抽气管道连接至所述回热器的第一换热管路入口，所述回热器的第一换热管路出口通过管道连接至所述冷凝器的入口，所述抽气管道上设有抽气阀。

优选的，所述低压工质泵与所述低压蒸发器之间连接所述回热器，所述低压工质泵的出口连接所述回热器的第二换热管路入口，所述回热器的第二换热管路出口连接至所述低压蒸发器的入口；

所述回热器的工质出口通过调节管道连接至所述高压蒸发器的工质入口，所述调节管道上设置单向阀，所述单向阀的进口连接至所述回热器的工质出口，所述单向阀的出口连接至所述高压蒸发器的工质入口。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：