[发明专利]一种两级透平气悬浮ORC发电系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种两级透平气悬浮ORC发电系统及控制方法，包括循环连接的蒸发器、膨胀发电机组、冷凝器、工质泵与蒸发器；膨胀发电机组包括高压级透平、气悬浮轴承发电机以及低压级透平；高压级透平出口与低压级透平入口连通；蒸发器为组合式满液蒸发器；蒸发器的预热段出口与膨胀发电机组的发电机之间通过供液冷却管路与其旁路相连；蒸发器的蒸发段出口与膨胀发电机组之间通过进气管路及其旁路相连。本发明中采用的膨胀机为两级透平气悬浮膨胀机，实现无油运行结构简单，发电效率高；膨胀机配有旁通管路和控制阀门，有效保护膨胀机并且两级透平对称布置其结构受力平衡且两级透平串联设计适用于ORC高膨胀压比工况，系统发电效率更高。

技术领域

本发明涉及工业余热回收和清洁能源技术领域，具体涉及一种两级透平气悬浮ORC发电系统及控制方法。

背景技术

有机朗肯循环(ORC)是采用低沸点有机工质(如制冷剂)，利用较低温度的热源完成有机工质相变，实现朗肯循环发电的技术。液态有机工质在蒸发器(有时称为余热换热器) 中被低温余热加热，产生高温高压气体，经过膨胀机膨胀驱动发电机产生电能，经过膨胀机 后的低温低压气态工质在冷凝器中冷却成液体，经冷媒泵加压送回到蒸发器，完成一个 循环。ORC余热发电技术面临的问题是循环效率低，发电量少，运行维护成本高、投资回报期长。其中膨胀发电机是制约ORC机组性能的关键设备，膨胀发电机主要有两个类型，螺杆机和向心透平膨胀机。螺杆机可以低速运行，直接驱动工频发电机发电，而向心透平高速旋转经齿轮箱减速后驱动工频电机发电。

现有技术，申请号为2019108354914，发明名称为基于静压气浮轴承的ORC循环系统的发明公开了一种径向膨胀发电机组，该膨胀发电机组中采用两级向心透平，对称布置在电机两侧，一侧为高压级透平，另一侧为低压级透平；该膨胀发电机组的发电机转轴的支撑采用静压气浮轴承，静压气浮轴承的润滑液采用系统中的制冷剂，无润滑油污染，降低了轴承损失；气悬浮轴承技术是指，通过一定压力的流体在轴承滑动副表面形成流体膜，达到支撑负荷和润滑、冷却效果的轴承技术。该膨胀发电机组的冷却制冷剂从电机底部进入，从排放口后排入到冷凝器中。上述的现有技术中存在以下问题 ：（1）当热源的流量与压力变化很大的情况时，通过冷却泵或/储液器直接进入电机的冷却系统的冷却剂压力也会有较大波动，使得气悬浮轴承无法正常稳定工作；（2）需要通过冷媒泵将冷却剂输入电机的冷却回路，结构比较冗繁，不利于推广利用。因此需要一种能够根据系统的运行参数 ，切换进入发电状态或者关机状态，切换进入设置稳压泵的供液冷却管路，有效的防止事故的发生，提高能量的转换效率。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

本发明的目的在于提供一种两级透平气悬浮ORC发电系统，其中的膨胀发电机组采用静压气浮轴承，摩擦损失更低，发电效率高；通过采用两级的透平结构，实用高膨胀比工况，系统效率更高；进气结构的采用旁通回路实现对膨胀机的保护；供液冷却管路设置带旁路的稳压泵，通过电磁阀控制通断，保证气悬浮轴承供压稳定。

2、 技术方案：

一种两级透平气悬浮ORC发电系统，包括循环连接的蒸发器、膨胀发电机组、冷凝器、工质泵以及蒸发器；其特征在于：所述膨胀发电机组包括高压级透平、气悬浮轴承发电机以及低压级透平；所述高压级透平的出口与低压级透平的入口连通。

所述蒸发器为组合式满液蒸发器；组合式满液蒸发器内腔中设有带有均液孔的内部隔板将蒸发器分隔成连通的上下两部分，上部为满液式蒸发段，下部为工质预热段。