一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统，本系统包括第一级发电系统及第二级发电系统；所述第一级发电系统包括第一膨胀机、蒸发器、中低压蒸汽循环管路、第一发电机及减速机；所述第二发电系统包括所述蒸发器、第二膨胀机、冷凝器、工质泵、有机朗肯工质循环管路及第二发电机；所述中低压蒸汽循环管路与所述有机朗肯工质循环管路通过所述蒸发器进行热交换。本系统既充分利用了中低压蒸汽的压差能量，又回收利用了乏蒸汽的放散的大量潜热，使系统的发电量大大增加。
【专利说明】一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中低压蒸汽发电的【技术领域】，尤其涉及一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国正处于工业化、城镇化快速发展阶段，社会发展对能源需求和环境保护的矛盾日益突出；因此，现阶段，国家政策加大了对节能、环保的支持力度，节能、环保的重大意义已得到社会的广泛认可。在我国，余热发电技术是一门新兴技术，利用工业余热回收的中低压蒸汽发电正处于起步阶段，我国工矿企业有很多的余热锅炉，每年产生大量的低品质饱和蒸汽和湿蒸汽，除少量的生活用汽和冬季采暖用外，大部份没有充分利用。目前，中低压蒸汽发电系统存在余热利用不充分、发电效率低、经济性不佳、系统不完善等问题；因此，未能广泛应用于工业余热利用系统。如何提高中低压蒸汽发电系统的稳定性，提高发电效率，降低单位发电的投资和成本，使中低压蒸汽发电成熟应用于工业余热利用系统，成为中低压蒸汽发电向企业推广的难题。
[0003]世界各国汽轮发电机组的平均绝对电效率为30-35%，先进的大功率机组的绝对电效率也只达40%以上。这主要是因为整个热力循环中存在着很大的冷源损失，即被燃料加热的蒸汽，它的很大一部分热量在凝汽器中被循环水带出热力循环之外而未被利用，这部分热量约占系统的44%左右。对于中低压过热或饱和蒸汽，目前采用凝汽式汽轮机或螺杆膨胀机进行一次发电，则这部分冷源损失占蒸汽带入热量的比例更大，电效率更低。
[0004]提高热源的利用率，充分利用蒸汽的每个阶梯能量，同时降低未被系统利用的冷源损失，是提高发电机绝对电效率的有效手段。有鉴于此，本发明人经过大量的实践和长期的探索，研究和设计了一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统及方法，本案由此产生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统及方法，以解决目前中低压蒸汽发电余热利用不充分、冷源损失占热源的比例大及发电效率低等问题。
[0006]本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是:
[0007]—种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统，本系统包括第一级发电系统及第二级发电系统；所述第一级发电系统包括第一膨胀机、蒸发器、中低压蒸汽循环管路、第一发电机及减速机，所述第一膨胀机及所述蒸发器依次设置在所述中低压蒸汽循环管路上，所述第一发电机通过所述减速机连接所述第一膨胀机；所述第二发电系统包括所述蒸发器、第二膨胀机、冷凝器、工质泵、有机朗肯工质循环管路及第二发电机，所述蒸发器、所述第二膨胀机、所述冷凝器及所述工质泵依次设置在所述有机朗肯工质循环管路上，所述第二发电机与所述第二膨胀机连接；所述中低压蒸汽循环管路与所述有机朗肯工质循环管路通过所述蒸发器进行热交换。
[0008]作为实施例的优选方式，本系统还包括冷凝系统，所述冷凝系统包括依次连接在冷凝水循环管路上的所述冷凝器、冷凝塔及循环水泵，所述有机朗肯工质循环管路与所述冷凝水循环管路通过所述冷凝器进行热交换。
[0009]作为实施例的优选方式，所述第一膨胀机为全流背压螺杆膨胀机。
[0010]作为实施例的优选方式，本系统还包括设置在所述中低压蒸汽循环管路上的第一手动阀、第一快切阀、第一调节阀及第二手动阀，所述第一手动阀、所述第一快切阀及所述第一调节阀依次设置在所述第一膨胀机之前；所述第二手动阀设置在所述第一膨胀机及所述蒸发器之间。
[0011]作为实施例的优选方式，本系统还包括设置在所述有机朗肯工质循环管路上的第二快切阀、第三手动阀、第四手动阀、第五手动阀及第六手动阀，所述第二快切阀及所述第三手动阀设置在所述蒸发器及所述第二膨胀机之间，所述第四手动阀设置在所述第二膨胀机及所述冷凝器之间，所述第五手动阀及所述第六手动阀分别设置在所述工质泵两侧。
[0012]作为实施例的优选方式，本系统还包括设置在所述冷凝水循环管路上的第七手动阀及第八手动阀，所述第七手动阀及所述第八手动阀分别设置在所述循环水泵的两侧。
[0013]一种利用中低压蒸汽进行二级发电的方法，饱和蒸汽由所述中低压蒸汽循环管路的入口管道进入，在所述第一膨胀机做功，所述第一膨胀机通过所述减速机带动所述第一发电机进行发电，过热或饱和蒸汽出第一膨胀机后变为低压湿蒸汽，进入所述蒸发器，所述低压湿蒸汽在所述蒸发器内与所述有机朗肯工质循环管路的有机工质进行热交换，转变为冷凝水排出，低沸点的有机工质吸收热量后，由液态转变为气态，气体有机工质在所述第二膨胀机做功，所述第二膨胀机带动所述第二发电机发电，气体有机工质出第二膨胀机后，温度及压力降低，在所述冷凝器中与所述冷凝水循环管路上的冷凝水进行热交换，转变为液态，再经所述工质泵打回至所述蒸发器，进入下一个工作循环。
[0014]作为实施例的优选方式，1.0-1.5Mpa的饱和蒸汽由所述中低压蒸汽循环管路的入口管道进入，在所述第一膨胀机做功，所述第一膨胀机通过所述减速机带动所述第一发电机进行发电，过热或饱和蒸汽出第一膨胀机后变为0.1-0.3Mpa的低压湿蒸汽，进入所述蒸发器，所述低压湿蒸汽在所述蒸发器内与所述有机朗肯工质循环管路的有机工质进行热交换，转变为<80°C冷凝水排出，低沸点的有机工质吸收热量后，由液态转变为气态，200-2800C，4MPa的气体有机工质在所述第二膨胀机做功，所述第二膨胀机带动所述第二发电机发电，气体有机工质出第二膨胀机后，温度及压力降低，在所述冷凝器中与所述冷凝水循环管路上的冷凝水进行热交换，转变为30-40°C的液态流体，再经所述工质泵打回至所述蒸发器，进入下一个工作循环。
[0015]采用上述结构后，本发明根据蒸汽的不同品质，把蒸汽压力合理分成二级，并用于二级串联发电，第一级发电有效利用了蒸汽的热能转换成蒸汽高速流动的动能，第二级发电通过乏蒸汽与低沸点工质换热，有效利用了蒸汽的潜热，降低了发电机组系统的冷源损失，提高了发电量。本发明起到了为企业降本增效和节能减排的双重社会效应。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】[0017]如图1所示，本发明揭示了一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统，本系统包括第一级发电系统I及第二级发电系统2 ;所述第一级发电系统I包括第一膨胀机11、蒸发器12、中低压蒸汽循环管路13、第一发电机14及减速机15，所述第一膨胀机11及所述蒸发器12依次设置在所述中低压蒸汽循环管路13上，所述第一发电机14通过所述减速机15连接所述第一膨胀机11 ;所述第二发电系统2包括所述蒸发器21、第二膨胀机22、冷凝器23、工质泵24、有机朗肯工质循环管路25及第二发电机26，所述蒸发器21、所述第二膨胀机22、所述冷凝器23及所述工质泵24依次设置在所述有机朗肯工质循环管路25上，所述第二发电机22与所述第二膨胀机22连接；所述中低压蒸汽循环管路13与所述有机朗肯工质循环管路25通过所述蒸发器12 (21)进行热交换。
[0018]作为实施例的优选方式，本系统还包括冷凝系统3，所述冷凝系统3包括依次连接在冷凝水循环管路30上的所述冷凝器31、冷凝塔32及循环水泵33，所述有机朗肯工质循环管路25与所述冷凝水循环管路30通过所述冷凝器23 (31)进行热交换。
[0019]作为实施例的优选方式，所述第一膨胀机11为全流背压螺杆膨胀机；所述全流背压螺杆膨胀机能够适应低品质的蒸汽，在汽、液两相介质同时存在时，正常发电；因其构件之间间隙小，内流速也较低，因而可获得较高的内效率，比同类型同功率汽轮机的效率高10 — 15%。因为余热回收蒸汽的最大特点就是工况不稳定，因此，螺杆膨胀机能够很好地适应各种工况；目前，余热发电采用螺杆膨胀机发电的均为一级发电，出口乏蒸汽直接排掉，造成能源利用不充分，同时，也造成冷凝水的资源浪费。
[0020]作为实施例的优选方式，本系统还包括设置在所述中低压蒸汽循环管路13上的第一手动阀16、第一快切阀17、第一调节阀18及第二手动阀19，所述第一手动阀16、所述第一快切阀17及所述第一调节阀19依次设置在所述第一膨胀机11之前；所述第二手动阀19设置在所述第一膨胀机11及所述蒸发器12 (21)之间。
[0021]作为实施例的优选方式，本系统还包括设置在所述有机朗肯工质循环管路25上的第二快切阀26、第三手动阀27、第四手动阀28、第五手动阀291及第六手动阀292，所述第二快切阀26及所述第三手动阀27设置在所述蒸发器12 (21)及所述第二膨胀机22之间，所述第四手动阀28设置在所述第二膨胀机22及所述冷凝器23 (31)之间，所述第五手动阀291及所述第六手动阀292分别设置在所述工质泵24两侧。
[0022]作为实施例的优选方式，本系统还包括设置在所述冷凝水循环管路30上的第七手动阀34及第八手动阀35，所述第七手动阀34及所述第八手动阀35分别设置在所述循环水泵的两侧。
[0023]所述的手动阀及快切阀作为检修及更换管路设备时所用；所述的调节阀用于调节压力时所用，压力过高时，进行调低。
[0024]一种利用中低压蒸汽进行二级发电的方法，饱和蒸汽由所述中低压蒸汽循环管路的入口管道进入，在所述第一膨胀机做功，所述第一膨胀机通过所述减速机带动所述第一发电机进行发电，过热或饱和蒸汽出第一膨胀机后变为低压湿蒸汽，进入所述蒸发器，所述低压湿蒸汽在所述蒸发器内与所述有机朗肯工质循环管路的有机工质进行热交换，转变为冷凝水排出，低沸点的有机工质吸收热量后，由液态转变为气态，气体有机工质在所述第二膨胀机做功，所述第二膨胀机带动所述第二发电机发电，气体有机工质出第二膨胀机后，温度及压力降低，在所述冷凝器中与所述冷凝水循环管路上的冷凝水进行热交换，转变为液态，再经所述工质泵打回至所述蒸发器，进入下一个工作循环；所述冷凝水循环管路上的冷凝水还可以回收循环使用，节约水资源，降低企业水处理的费用。
[0025]作为实施例的优选方式，1.3Mpa的饱和蒸汽由所述中低压蒸汽循环管路的入口管道进入，在所述第一膨胀机做功，所述第一膨胀机通过所述减速机带动所述第一发电机进行发电，过热或饱和蒸汽出第一膨胀机后变为0.2Mpa的低压湿蒸汽，进入所述蒸发器，所述低压湿蒸汽在所述蒸发器内与所述有机朗肯工质循环管路的有机工质进行热交换，转变为〈801:冷凝水排出，低沸点的有机工质吸收热量后，由液态转变为气态，200-280 V，4MPa的气体有机工质在所述第二膨胀机做功，所述第二膨胀机带动所述第二发电机发电，气体有机工质出第二膨胀机后，温度及压力降低，在所述冷凝器中与所述冷凝水循环管路上的冷凝水进行热交换，转变为35°C的液态流体，再经所述工质泵打回至所述蒸发器，进入下一个工作循环。
[0026]在某发生炉煤气厂，余热回收的蒸汽为1.3MPa的饱和蒸汽，采用一级全流螺杆机发电的方案，净发电量为300KW ;采用一级低沸点工质发电的方案，净发电量为450KW ;而采用本发明的二级串联发电的方案，净发电量为500KW，并且二级串联发电的投资比一级低沸点工质发电低1000元/KW，净发电量并入本厂的供电系统供本厂使用，每年可为企业发电增效约230万元。因此，本发明通过发电机二级串联发电，既充分利用了中低压蒸汽的压差能量，又回收利用了乏蒸汽的放散的大量潜热，使系统的发电量大大增加。本发明具有系统发电效率高，系统运行稳定，工程投资省，投资回报期短，投资风险小等优点。
[0027]上述仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
【权利要求】
1.一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统，其特征在于:本系统包括第一级发电系统及第二级发电系统；所述第一级发电系统包括第一膨胀机、蒸发器、中低压蒸汽循环管路、第一发电机及减速机，所述第一膨胀机及所述蒸发器依次设置在所述中低压蒸汽循环管路上，所述第一发电机通过所述减速机连接所述第一膨胀机；所述第二发电系统包括所述蒸发器、第二膨胀机、冷凝器、工质泵、有机朗肯工质循环管路及第二发电机，所述蒸发器、所述第二膨胀机、所述冷凝器及所述工质泵依次设置在所述有机朗肯工质循环管路上，所述第二发电机与所述第二膨胀机连接；所述中低压蒸汽循环管路与所述有机朗肯工质循环管路通过所述蒸发器进行热交换。
2.如权利要求1所述的一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统，其特征在于:本系统还包括冷凝系统，所述冷凝系统包括依次连接在冷凝水循环管路上的所述冷凝器、冷凝塔及循环水泵，所述有机朗肯工质循环管路与所述冷凝水循环管路通过所述冷凝器进行热交换。
3.如权利要求1所述的一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统，其特征在于:所述第一膨胀机为全流背压螺杆膨胀机。
4.如权利要求1所述的一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统，其特征在于:本系统还包括设置在所述中低压蒸汽循环管路上的第一手动阀、第一快切阀、第一调节阀及第二手动阀，所述第一手动阀、所述第一快切阀及所述第一调节阀依次设置在所述第一膨胀机之前；所述第二手动阀设置在所述第一膨胀机及所述蒸发器之间。
5.如权利要求1所述的一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统，其特征在于:本系统还包括设置在所述有机朗肯工质循环管路上的第二快切阀、第三手动阀、第四手动阀、第五手动阀及第六手动阀，所述第二快切阀及所述第三手动阀设置在所述蒸发器及所述第二膨胀机之间，所述第四手动阀设置在所述第二膨胀机及所述冷凝器之间，所述第五手动阀及所述第六手动阀分别设置在所述工质泵两侧。
6.如权利要求2所述的一种利用中低压蒸汽进行二级发电的系统，其特征在于:本系统还包括设置在所述冷凝水循环管路上的第七手动阀及第八手动阀，所述第七手动阀及所述第八手动阀分别设置在所述循环水泵的两侧。
7.一种采用如权利要求1所述系统利用中低压蒸汽进行二级发电的方法，其特征在于:饱和蒸汽由所述中低压蒸汽循环管路的入口管道进入，在所述第一膨胀机做功，所述第一膨胀机通过所述减速机带动所述第一发电机进行发电，过热或饱和蒸汽出第一膨胀机后变为低压湿蒸汽，进入所述蒸发器，所述低压湿蒸汽在所述蒸发器内与所述有机朗肯工质循环管路的有机工质进行热交换，转变为冷凝水排出，低沸点的有机工质吸收热量后，由液态转变为气态，气体有机工质在所述第二膨胀机做功，所述第二膨胀机带动所述第二发电机发电，气体有机工质出第二膨胀机后，温度及压力降低，在所述冷凝器中与所述冷凝水循环管路上的冷凝水进行热交换，转变为液态，再经所述工质泵打回至所述蒸发器，进入下一个工作循环。
8.如权利要求7所述的一种利用中低压蒸汽进行二级发电的方法，其特征在于:1.0-1.5Mpa的饱和蒸汽由所述中低压蒸汽循环管路的入口管道进入，在所述第一膨胀机做功，所述第一膨胀机通过所述减速机带动所述第一发电机进行发电，过热或饱和蒸汽出第一膨胀机后变为0.1-0.3Mpa的低压湿蒸汽，进入所述蒸发器，所述低压湿蒸汽在所述蒸发器内与所述有机朗肯工质循环管路的有机工质进行热交换，转变为<80°C冷凝水排出，低沸点的有机工质吸收热量后，由液态转变为气态，200-280°C，4MPa的气体有机工质在所述第二膨胀机做功，所述第二膨胀机带动所述第二发电机发电，气体有机工质出第二膨胀机后，温度及压力降低，在所述 冷凝器中与所述冷凝水循环管路上的冷凝水进行热交换，转变为30-40°C的液态流体，再经所述工质泵打回至所述蒸发器，进入下一个工作循环。
【文档编号】F01K23/04GK103925022SQ201410108979
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】常海青, 孙素英 申请人:成信绿集成股份有限公司