[发明专利]一种实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统及方法

权利要求书

1.一种实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统，包括发电机（25）、膨胀机（24）、冷凝器（21）、工质储存罐（14）和工质循环泵（13）；其特征在于：还包括高温余热系统、中温余热系统、低温余热系统和冷却水系统；所述高温余热系统由高温蓄热罐（1）、一号隔离阀（4）、过热器（10）和一号循环泵（7）首尾依次连接构成；所述中温余热系统由中温蓄热罐（2）、二号隔离阀（5）、蒸发器（11）和二号循环泵（8）首尾依次连接构成；所述低温余热系统由低温蓄热罐（3）、三号隔离阀（6）、预热器（12）和三号循环泵（9）首尾依次连接构成；所述预热器（12）、蒸发器（11）、过热器（10）、膨胀机（24）、冷凝器（21）、工质储存罐（14）和工质循环泵（13）通过连接管路首尾依次连接，并在过热器（10）和膨胀机（24）之间的连接管路上安装主调节阀（23）；所述发电机（25）和膨胀机（24）连接；所述冷却水系统包括冷却塔（19）、一号冷却泵（18）、二号冷却泵（15）、一号三通阀（20）、二号三通阀（17）和蓄冷罐（16）；所述冷凝器（21）具有冷却水出口和冷却水进口；所述冷却塔（19）和蓄冷罐（16）均具有进口和出口；冷凝器（21）的冷却水出口、冷却塔（19）的进口和蓄冷罐（16）的进口分别接通至一号三通阀（20）的三个接口；冷凝器（21）的冷却水进口、一号冷却泵（18）的出口和二号冷却泵（15）的出口分别接通至二号三通阀（17）的三个接口；所述冷却塔（19）的出口与一号冷却泵（18）的进口接通；所述蓄冷罐（16）的出口与二号冷却泵（15）的进口接通；

所述高温蓄热罐（1）、中温蓄热罐（2）、低温蓄热罐（3）和蓄冷罐（16）均与多能互补型分布式能源系统连接。

2.根据权利要求1所述的实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：该有机朗肯循环发电系统还设置有一条旁路，所述旁路上安装有旁路隔离阀（22），旁路的一端连接至主调节阀（23）和膨胀机（24）之间的连接管路上，旁路的另一端连接至膨胀机（24）和冷凝器（21）之间的连接管路上。

3.根据权利要求1所述的实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述高温余热系统用于收集多能互补型分布式能源系统中100-200℃的高温余热并储存在高温蓄热罐（1）中。

4.根据权利要求1所述的实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述中温余热系统用于收集多能互补型分布式能源系统中70-100℃的中温余热并储存在中温蓄热罐（2）中。

5.根据权利要求1所述的实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述低温余热系统用于收集多能互补型分布式能源系统中40-70℃的低温余热并储存在低温蓄热罐（3）中。

6.根据权利要求1所述的实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述工质储存罐（14）中储存的工质采用最佳工作温度为160-200℃的有机工质，选用R600、R245fa和R245ca中的一种。

7.根据权利要求1所述的实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述一号三通阀（20）和二号三通阀（17）均是采用智能控制阀。

8.根据权利要求1所述的实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述膨胀机（24）选用高速径向透平膨胀机，发电机（25）选用永磁高速直驱电机。

9.根据权利要求1所述的实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述蓄冷罐（16）用于收集多能互补型分布式能源系统中的溴化锂制冷机组、冰蓄冷系统或电制冷机组产生的富余冷冻水。

10.一种实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的方法，采用权利要求1-9任一项权利要求所述的有机朗肯循环发电系统进行实施，其特征在于：步骤如下：

步骤一：高温储热罐（1）、中温储热罐（2）和低温储热罐（3）分别通过各种形式的余热回收装置从多能互补型分布式能源系统中收集100-200℃、70-100℃和40-70℃的余热资源；

步骤二：冷却水系统通过蓄冷罐（16）收集多能互补型分布式能源系统中的溴化锂制冷机组、冰蓄冷系统或电制冷机组产生的富余冷冻水；

步骤三：通过一号三通阀（20）、二号三通阀（17）控制蓄冷罐（16）和冷却塔（19）的冷却水流量分配；

步骤四：工质储存罐（14）中的有机工质经工质循环泵（13）加压后，依次通过预热器（12）、蒸发器（11）和过热器（10）完成三级加热，其加热热源分别来自低温储热罐（3）、中温储热罐（2）和高温储热罐（1）中的余热；

步骤五：当过热器（10）的出口温度、压力符合膨胀机（24）的允许工作参数时，主调节阀（23）开启，膨胀机（24）开始冲转并逐渐升至额定负荷，从而带动发电机（25）旋转产生电能；

步骤六：有机工质经膨胀机（24）做功后变成的乏汽排向冷凝器（21），经冷却水系统冷却后从气态变成液态并储存在工质储存罐（14）中；工质储存罐（14）的出口与工质循环泵（13）的入口相连，通过工质循环泵（13）加压后继续完成下一个循环。