[发明专利]一种有机朗肯循环发电装置

说明书

本发明涉及一种有机朗肯循环发电装置，包括预热器、降膜式蒸发器、气液分离器、膨胀机、发电机、回热器、蒸发式冷凝器组件、储液器、和工质泵。本发明采用蒸发式冷凝器组件，使装置的ORC理论效率提高5％以上，同时大大降低了冷却水循环水泵功耗以及风机功耗。蒸发冷凝器组件的耗水率也仅为传统装置冷却塔耗水率的10％以下，由于一体化设计，使得系统占地面积减小。提高了净发电量，减少了水资源消耗，大大缩短投资回收期。采用预热器和降膜式蒸发器提高了蒸发温度，使蒸发温度更接近热源流体温度，可使蒸发温度仅比热源流体出口温度低0.5℃，此外采用预热器和降膜式蒸发器的方式，优化了系统设计，大大减少有机工质的充注量，换热效率的提高。

技术领域

本发明涉及有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)发电技术领域，具体涉及一种有机朗肯循环发电装置。

背景技术

能源短缺、环境污染已发展为世界范围的问题，节能减排、降低能耗、提高能源的综合利用率，是解决能源问题的根本途径。如何合理高效利用工业余热、地热能、太阳能、生物质能及海洋能，已成为节能减排工作的重要内容。在工业余热、地热能、太阳能、生物质能及海洋能中，其中的品位较低的低温能源占了其中很大一部分，目前国际上对于利用300℃以下甚至更低的低温热能，一般采用的方法是有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)发电技术。有机朗肯循环是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，其工作原理如图2所示；有机工质在蒸发器2中蒸发，从热源1(工业余热、地热能、太阳能、生物质能及海洋能)中吸收热量，生成具有一定压力和温度的蒸气，经过气液分离器3后，确保蒸气不带液进入膨胀机4膨胀做功，从而带动发电机5发电，从透平排出的降压降温后的蒸气先经过回热器6预冷，再在冷凝器12中向冷却水放热，凝结成液态，进入到储液器8，最后再通过工质泵9加压后重新回到蒸发器2，如此不断地循环，从而实现利用较低温度热能发电的目的，其中冷却水通过冷却水循环泵13送至冷却塔14，并通过冷却塔水的蒸发最终将热量散至冷源(空气)11中，冷却后的水回到冷凝器12中。

有机朗肯循环发电装置的净发电量，受冷热源温度的影响(对同一工质来说，温差越大，发电效率越高)，同时还需要扣除装置的自耗功。系统净发电量越高，其他消耗越少，则整个系统的投资回收期越短。对于传统的有机朗肯循环装置，由于采用冷却塔进行冷却，其冷却水温度将受空气湿球温度的影响，一般冷却塔湿球逼近温度大于4℃，则冷却水进入冷凝器的温度至少高于空气湿球温度4℃，若冷凝器冷却水设计温升为8℃，再考虑冷凝器的换热温差，则有机工质的冷凝温度至少要高于空气湿球温度15℃。装置的自耗功包括工质泵、冷却水循环泵和冷却塔风机的功耗，一般传统有机朗肯循环装置冷却水循环量大，且冷却塔放置由于现场原因离冷凝器较远，冷却水泵扬程高，冷却水泵的功耗较大，同时，耗水率约为冷却水循环量的1.5％。

目前一般的有机朗肯循环发电装置采用的蒸发器大多是干式蒸发器或板式蒸发器，但因需要较大传热温差，蒸发温度难以提高。

与采用干式蒸发器或板式蒸发器的有机朗肯循环发电装置相比，由于降膜式蒸发器采用膜态蒸发换热，使得有机工质蒸发温度可以有效提高2℃左右，在冷凝温度不变的条件下，能提高理论ORC效率2％以上，装置发电量提高2％左右。

若有机朗肯循环发电装置采用单一降膜式蒸发器，由于工质泵出口的有机工质流体为具有几十K过冷度的液体，直接进入降膜式蒸发器蒸发的话，会导致部分换热管为全显热交换，部分换热管均处于降膜式蒸发状态，整体换热效果较差，导致降膜式蒸发器换热面积需要大大增加，且降膜式蒸发器成本高于干式蒸发器，这种方式经济性较差。

发明内容

本发明的目的是提高传统有机朗肯循环发电装置的效率及净发电量。

为实现上述目的，本发明提供了一种有机朗肯循环发电装置。