[发明专利]一种低温工质超临界发电系统或动力系统及设备

说明书

本发明实施例提供一种低温工质超临界发电系统或动力系统及设备，属于低温热机技术领域，尤其涉及用低品位热源进行高效率发电的系统，主要应用于超低温余热发电、热水发电、冷水机等领域。ORC朗肯循环用沸点15℃工质，可实现80℃以上热水发电；本系统采用更低沸点的二氧化碳甚至液空或液氮，工质沸点低至到零下‑196℃，可实现15℃‑20℃以上热水发电；本实施例核心是解决低温发电工质的冷凝还原难题，及低温工质汽轮机或膨胀机轴端泄漏等难题；使本发明实施例形成一套完整高效低品位能源发电的低温发电系统或者动力系统。具有热源温度低，建设成本低，效率高的优势。

技术领域

本发明涉及低温余热发电、超低温余热发电、热水发电、冷水机等技术领域，尤其涉及一种采用低温工质CO2或液氮等等介子的低温超临界发电技术；通过极其低温工质CO2或液氮吸收低品位热源的热能发电输出，是一种高效率低温热机发电系统或动力系统及设备。

背景技术

传统余热发电系统，大部分是采用水作发电工质，水通过水泵加压输送到锅炉中，吸收高温余热能量后气化形成高压蒸汽，然后输入和驱动汽轮机高速旋转输出机械能或带动发电机旋转输出电能。汽轮机排出的低温乏汽，通常采用冷却塔与环境中的冷水或冷空气换热，将乏汽中潜热能量释放掉，冷凝还原成为水以后，再通过水泵输送给锅炉重新加热成蒸汽，驱动汽轮机并带动发电机输出电能，汽轮机排出的乏汽再通过冷却塔系统，将乏汽中的潜热能量释放到环境中的冷水或冷空气中，乏汽被冷凝成水后，再通过水泵加压到锅炉中加热，如此循环不断的发电输出。

用水作发电工质的发电技术和余热发电，可对中高品位余热资源进行吸收热能和发电；由于废余热资源是工业生产过程中多余和免费的热源，同时国家对这种环保的余热发电项目扶持，所以在工业市场中应用较多。

缺点是余热发电效率低，低温余热效率通常只有10％左右，对于温度较高余热资源，发电效率也就20％左右，约80-90％热能量通过冷却塔释放到环境冷空气或冷水中，造成巨大的热资源浪费，并对环境形成热污染。

市场上除采用水作发电工质，还有一种低温的有机朗肯循环，该发电采用沸点温度约15℃的有机工质，可实现对80℃以上的热水和蒸汽进行余热发电，该有机朗肯循环与用水作发电工质的原理大体相同。螺杆膨胀机排出的乏汽，也是采用环境中的冷空气或者冷水实现冷凝还原。采用螺杆膨胀机替代汽轮机，同时因有机朗肯循环发电用约15℃沸点的低沸点工质，所以能够对80℃(甚至60℃)以上热水和热蒸汽进行发电。

该低温有机朗肯循环的优势是能对80℃以上的低品位余热进行发电。缺点也是需要采用冷却塔将乏汽潜热释放到环境中的冷空气或者冷水中，不但对环境造成了热污染，同时还导致发电效率明显降低，一般仅8-10％左右的有效热效率，最高效率也就约20％，近80～90％的热能量被白白浪费和释放到环境中。同时该低温余热发电技术，采用(每吨约10万元)昂贵有机工质；因此该余热发电产品不但效率低，同时发电工质也成本昂贵。

对于标准大气压沸点温度低于0摄氏度的低温发电工质，国内和国际都还处于研究阶段，对于搞发电的技术人员来说，低温发电工质的储存是一个难点，极其低温液体的发电工质，沸点温度远低于环境，设备里面的低温液体放置在环境中就会气化，形成高压气体后就无法使用和发电了；还有一个最大难点是气轮机做功后，低温乏汽的还原也成为最大痛点。

通常情况下，汽轮机做功后乏汽都采用冷却塔将乏汽潜热释放到环境中冷空气或冷水中；但是低温发电工质的乏汽温度远远的低于环境温度，正常情况下是无法将极其低温潜热，释放到环境中的冷空气或者冷水中，因此也就无法实现冷凝和再进行朗肯循环。如果采用压缩机压缩乏汽或者用热泵将乏汽潜热泵到环境温度并释放到冷空气或冷水中，所付出的代价又太高。发电输出的电能都有可能不够压缩机以及热泵所消耗的巨大电能，代价实在太高。因此，这种低温工质发电系统或者动力系统，基本上没有人去研究。很多从事发电的技术人员，学习和看到的都采用水做发电工质，对低温液体工质绝大多数人员没去想，也有一些人认为这是不可能实现的，还有一部分人员认为这是“永动机”，因此也就不再去深入的研究。