一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统及方法与流程

1.本发明涉及余热发电领域，特别是关于一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统及方法。


背景技术：

2.随着全球人口的增长和经济的发展，对能源的需求不断增加，而目前依赖化石燃料的能源供应不能永远满足能源需求，同时，化石燃料使用也会带来环境和气候问题，因此，寻求新的、可再生的能源成为一种必要的、趋势性的选择。许多工业生产过程中，需要对物料进行加热、降温、干燥等操作，同时这些工业生产过程会产生大量的废热，造成能源浪费和环境污染。利用这些工业废热资源可以有助于降低用能成本，提高能源利用效率，减轻环境污染。
3.有机朗肯循环方式是一种利用低温废热发电的方式。相对于传统的蒸汽发电方式，有机朗肯循环方式可以利用更低温度的废热，发电效率更高、成本更低。同时，有机朗肯循环方式也可以在小型化、集成化、智能化等方面做到突破。海上平台等环境复杂，而且能源供应不稳定，需要一种能够适应不同环境和负载变化的发电方式。有机朗肯循环发电方式的低温发电能力和高效性能可以很好地满足海上平台的用电需求。
4.然而，现有海上平台利用工业废热的有机朗肯循环发电方式存在以下缺点：1)化学品环保问题：有机朗肯循环发电方式需要使用一定量的有机化学品，因此需要考虑这些化学品对环境的影响和处理方法。例如广泛采用的有机工质r245fa，全球升温潜能值为1030。2)适用对象有限：有机朗肯循环发电方式的应用对象相对较为有限，只适用于能够提供稳定废热资源的工业生产场所或者海上平台等特定场景。3)效率限制：有机朗肯循环发电方式的效率受制于工作流体的特性和循环参数的优化，因此容易受到外界环境的影响。4)维护难度高：海上平台环境恶劣，设备使用过程中易受波浪、氧化、腐蚀等因素影响，需要经常性的维护保养，增加了运行成本。5)设备大型化：海上平台需要进行大量的能量输出，因此需要具有一定规模的有机朗肯循环发电系统，导致设备大型化。6)投资成本高：有机朗肯循环发电方式需要一定的投资成本，包括设备、人力以及维护等方面，且该方式在商业化程度上相对较低，难以说服投资者进行大规模投资。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统及方法，能够解决化学品不环保、系统效率低、维护难度高、设备大型化和投资成本高的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一方面，提供一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统，包括余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器、工质泵、工质储罐、温度传感器、流量传感器、压力传感器和控制系统；
7.所述余热锅炉用于对来自烟气自燃机的热源与所述回热器的高压液态工质进行
换热，使得高压液态工质被热源加热并蒸发为高温高压的工质蒸气进入所述膨胀发电机；
8.所述膨胀发电机用于对高温高压的工质蒸气进行膨胀做功发电，并得到做完功的工质乏汽进入所述回热器；
9.所述回热器用于将所述工质泵输出的工质与所述膨胀发电机输出的工质乏汽进行换热，升温后的工质进入所述余热锅炉，降温后的工质进入所述冷凝器；
10.所述冷凝器用于将初步降温后的工质被进入的冷源冷凝，形成液态工质进入所述工质泵，温度升高后的冷源从冷源进口流出；
11.所述工质泵用于对来自所述冷凝器的液态工质进行加压，得到高压液态工质进入所述回热器；
12.所述工质储罐用于存储液态工质；
13.所述温度传感器、流量传感器和压力传感器用于采集所述余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器和工质泵各进出口的流体温度、流量和压力；
14.所述控制系统用于根据各所述温度传感器、流量传感器和压力传感器实时采集的数据，控制所述余热锅炉汽包的液位，控制所述余热锅炉、回热器和冷凝器的加热或冷却、进出口阀门的开启或关闭以及控制所述工质泵的运行。
15.进一步地，所述余热锅炉的进气口连接烟气自燃机，所述余热锅炉的出气口连接烟囱，所述余热锅炉的工质进口连接所述回热器的第一工质出口，所述余热锅炉的工质出口分别连接所述膨胀发电机的工质进口和所述冷凝器的第一工质进口；
16.所述膨胀发电机的工质出口连接所述回热器的第一工质进口；所述回热器的第二工质进口连接所述工质泵的工质出口，所述回热器的第二工质出口连接所述冷凝器的等热侧进口；
17.所述冷凝器的第二工质进口连接所述工质储罐的出口，所述工质储罐的入口连接氮气自系统，所述冷凝器的工质出口连接所述工质泵的进口，所述冷凝器的循环水进口连接冷源出口，所述冷凝器的循环水出口连接冷源进口；
18.所述余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器和工质泵的各进出口均设置有温度传感器、流量传感器和压力传感器，所述控制系统分别连接每一所述温度传感器、流量传感器和压力传感器。
19.进一步地，所述工质采用二甲基亚砜、二甲基环戊烷、乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二氯乙烷、苯、甲苯、六甲基二硅氧烷、正戊烷、正丁烷、异丁烷、环戊烷、r141b、环己烷、丙酮、3-氯丙烯的有机工质中的任一种或任意混合物。
20.进一步地，所述控制系统包括液位控制器、温度控制器、流量控制器、压力控制器和上位机；
21.所述上位机分别连接所述液位控制器、温度控制器、流量控制器和压力控制器，所述液位控制器分别连接所述余热锅炉出口处和所述工质泵出口处的流量传感器，所述温度控制器分别连接每一所述温度传感器，所述流量控制器分别连接每一所述流量传感器，所述压力控制器分别连接每一所述压力传感器；
22.所述上位机用于根据所述余热锅炉出口处和所述工质泵出口处流量传感器实时采集的流量，通过所述液位控制器控制所述余热锅炉汽包的液位；根据各所述温度传感器实时采集的温度和预先设定的温度范围，通过所述温度控制器控制对应所述余热锅炉、回
热器和冷凝器的加热或冷却；根据各所述流量传感器实时采集的流量和预先设定的流量范围，通过所述流量控制器控制对应所述余热锅炉、回热器和冷凝器进出口阀门的开启或关闭；根据各所述压力传感器实时采集的压力和预先设定的压力范围，通过所述压力控制器控制对应所述余热锅炉、回热器和冷凝器进出口阀门的开启或关闭以及所述工质泵的运行。
23.进一步地，所述控制系统还用于采用人工智能算法，根据采集的历史数据和实时数据，对所述余热锅炉、回热器和冷凝器进行优化控制。
24.进一步地，所述回热器和冷凝器采用喷淋式、管壳式、翅片式和螺旋式中的任一种或组合。
25.进一步地，所述回热器和冷凝器的材料采用钨铜合金、镍合金、不锈钢、钛合金、铝、铜和碳纤维中的任一种或组合。
26.另一方面，提供一种直接蒸发的有机朗肯循环发电方法，包括：
27.工质储罐存储的液态工质通过冷凝器进入工质泵，工质泵对液态工质进行加压，得到高压液态工质，通过回热器进入余热锅炉；
28.余热锅炉对来自烟气自燃机的热源与回热器的高压液态工质进行换热，使得高压液态工质被热源加热并蒸发为高温高压的工质蒸气，进入膨胀发电机；
29.膨胀发电机对高温高压的工质蒸气进行膨胀做功发电，并得到做完功的工质乏汽，进入回热器；
30.回热器将工质泵输出的工质与膨胀发电机输出的工质乏汽进行换热，升温后的工质进入余热锅炉，降温后的工质进入冷凝器；
31.冷凝器将初步降温后的工质被进入的冷源冷凝，形成液态工质进入工质泵，温度升高后的冷源从冷源进口流出冷凝器；
32.整个过程中，余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器和工质泵的各进出口设置的各温度传感器实时采集对应位置流体的温度，各流量传感器实时采集对应位置流体的流量，各压力传感器实时采集对应位置流体的压力；
33.控制系统根据各温度传感器、流量传感器和压力传感器实时采集的数据，控制余热锅炉汽包的液位，控制余热锅炉、回热器和冷凝器的加热或冷却、进出口阀门的开启或关闭以及控制工质泵的运行。
34.进一步地，所述控制系统根据各温度传感器、流量传感器和压力传感器实时采集的数据，控制余热锅炉汽包的液位，控制余热锅炉、回热器和冷凝器的加热或冷却、进出口阀门的开启或关闭以及控制工质泵的运行，包括：
35.上位机根据余热锅炉出口处和所述工质泵出口处流量传感器实时采集的流量，通过液位控制器控制所述余热锅炉汽包的液位；
36.上位机根据各温度传感器实时采集的温度和预先设定的温度范围通过温度控制器tc控制对应余热锅炉、回热器和冷凝器的加热或冷却；
37.上位机根据各流量传感器实时采集的流量和预先设定的流量范围通过流量控制器fc控制对应余热锅炉、回热器和冷凝器进出口阀门的开启或关闭；
38.上位机根据各压力传感器实时采集的压力和预先设定的压力范围，通过压力控制器pc控制对应余热锅炉、回热器和冷凝器进出口阀门的开启或关闭以及工质泵的运行。
39.进一步地，控制系统还采用人工智能算法，根据采集的历史数据和实时数据，对余热锅炉、回热器和冷凝器进行优化控制。
40.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
41.1、本发明的温度范围更广：直接蒸发可以在更低的温度下蒸发，因此可以在更广的温度范围内使用。
42.2、本发明的能量利用效率更高：优选有机工质，避免间接加热的热量损失，因此能量利用效率更高。
43.3、本发明的系统占地面积更小：采用直接蒸发，设备数量少。
44.4、本发明采用智能的控制系统，系统操作控制简单：控制系统可以实时监测系统各部件的运行状态和性能，根据实际情况进行调整和优化，从而提高系统的效率和稳定性。
45.5、本发明通过设置的传感器、控制器和上位机内的人工智能算法，构建智能化的系统，提高系统的运行效率和可靠性。
46.综上所述，本发明可以广泛应用于利用工业废热的有机朗肯循环发电技术领域中。
附图说明
47.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
48.图1是本发明一实施例提供的系统结构示意图。
具体实施方式
49.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
50.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
51.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
52.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
53.本发明实施例提供的直接蒸发的有机朗肯循环发电系统及方法，热源与液态工质在余热锅炉内换热，高压液态工质被热源加热并蒸发为高温高压的工质蒸气。高温高压的工质蒸气进入膨胀发电机膨胀做功，并带动膨胀发电机发电。做完功的工质乏汽进入到冷凝器中被冷源冷凝下来，形成液态工质。液态工质重新进入工质泵，升压后进入余热锅炉，形成工质循环回路。冷源进入冷凝器等冷侧，将工质乏汽冷凝下来后，温度升高流出冷凝器，能够解决化学品不环保、系统效率低、维护难度高、设备大型化、投资成本高的技术问题。
54.实施例1
55.如图1所示，本实施例提供一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统，包括余热锅炉1、回热器2、膨胀发电机3、冷凝器4、工质泵5、工质储罐6、温度传感器、流量传感器、压力传感器、液位控制器lc、温度控制器tc、流量控制器fc、压力控制器pc和上位机，其中，图1中的箭头101～106为工质流动，箭头201～202为烟气流动，箭头301～302为循环水流动。
56.余热锅炉1的进气口连接烟气自燃机，余热锅炉1的出气口连接烟囱，余热锅炉1的工质进口连接回热器2的第一工质出口，余热锅炉1的工质出口分别连接膨胀发电机3的工质进口和冷凝器4的第一工质进口，余热锅炉1用于对烟气自燃机的热源与回热器2的高压液态工质进行换热，使得高压液态工质被热源加热并蒸发为高温高压的工质蒸气进入膨胀发电机3，换热后的热源通过烟囱排至大气。
57.膨胀发电机3的工质出口连接回热器2的第一工质进口，膨胀发电机3用于对高温高压的工质蒸气进行膨胀做功发电，并得到做完功的工质乏汽进入回热器2。
58.回热器2的第二工质进口连接工质泵5的工质出口，回热器2的第二工质出口连接冷凝器4的等热侧进口，由于膨胀发电机3输出的工质仍具有较高温度，因此，回热器2用于将工质泵5输出的工质与膨胀发电机3输出的工质乏汽进行换热，升温后的工质进入余热锅炉1，降温后的工质进入冷凝器4，即可减少对余热锅炉1内烟气热量的需求，也可减少冷凝器4的负荷，增加系统效率。
59.冷凝器4的第二工质进口连接工质储罐6的出口，工质储罐6的入口连接氮气自系统，冷凝器4的工质出口连接工质泵5的工质进口，冷凝器4的循环水进口连接冷源出口，冷凝器4的循环水出口连接冷源进口。冷凝器4用于将初步降温后的工质被进入的冷源(例如海水)冷凝，形成液态工质进入工质泵5，温度升高后的冷源从冷源进口流出冷凝器4。工质泵5用于对来自冷凝器4的液态工质进行加压，得到高压液态工质。工质储罐6用于存储液态工质，借助氮气自系统的氮气压力加注，以减少工质加注泵。
60.余热锅炉1、回热器2、膨胀发电机3、冷凝器4和工质泵5的各进出口均设置有温度传感器、流量传感器和压力传感器，温度传感器用于采集对应位置流体的温度，流量传感器用于采集对应位置流体的流量，压力传感器用于采集对应位置流体的压力。
61.上位机分别连接液位控制器lc、温度控制器tc、流量控制器fc和压力控制器pc，液位控制器lc分别连接余热锅炉1出口处(即图1中的101)和工质泵5出口处(即图1中的105)
的流量传感器，流量控制器fc分别连接每一流量传感器，温度控制器tc分别连接每一温度传感器，压力控制器pc分别连接每一压力传感器，上位机用于根据余热锅炉1出口处和工质泵5出口处流量传感器实时采集的流量，通过液位控制器lc控制余热锅炉1汽包的液位稳定；根据各温度传感器实时采集的温度和预先设定的温度范围通过温度控制器tc控制对应余热锅炉1、回热器2和冷凝器4的加热或冷却，以达到稳定的温度控制；根据各流量传感器实时采集的流量和预先设定的流量范围通过流量控制器fc控制对应余热锅炉1、回热器2和冷凝器4进出口阀门的开启或关闭，以达到稳定的流量控制；根据各压力传感器实时采集的压力和预先设定的压力范围，通过压力控制器pc控制对应余热锅炉1、回热器2和冷凝器4进出口阀门的开启或关闭以及工质泵5的运行，以达到稳定的压力控制；以及采用人工智能算法，根据采集的历史数据和实时数据，对余热锅炉1、回热器2和冷凝器4进行优化控制。
62.在一个优选的实施例中，工质采用具有较高蒸汽压、具有较高热导率、具有较低黏度且具有较高热容和热膨胀系数的有机工质，即采用二甲基亚砜、二甲基环戊烷、乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二氯乙烷、苯、甲苯、六甲基二硅氧烷、正戊烷、正丁烷、异丁烷、环戊烷、r141b、环己烷、丙酮、3-氯丙烯等有机工质中的任一种或任意混合物。通过选择合适的有机工质，可以提高有机朗肯循环发电系统的效率，进而提高系统的性能和可靠性。
63.具体地，具有较高蒸汽压的有机工质：有机工质的蒸汽压越高，其在低温下就能够达到较高的饱和蒸汽压，从而能够更好地利用低温热源进行发电，因此，选择具有较高蒸汽压的有机工质可以提高系统的效率。
64.具体地，具有较高热导率的有机工质：有机工质的热导率越高，其在换热器中传递热量的效率就越高，因此，选择具有较高热导率的有机工质可以提高系统的效率。
65.具体地，具有较低黏度的有机工质：有机工质的黏度越低，其在系统中的流动阻力就越小，从而能够减小系统的能量损失，因此，选择具有较低黏度的有机工质可以提高系统的效率。
66.具体地，具有较高热容和热膨胀系数的有机工质：有机工质的热容和热膨胀系数越高，其在系统中的热量储存和传递能力就越强，从而能够更好地适应不同的工作条件，因此，选择具有较高热容和热膨胀系数的有机工质可以提高系统的效率。
67.在一个优选的实施例中，回热器2和冷凝器4均可以采用喷淋式、管壳式、翅片式和螺旋式中的任一种或组合，回热器2和冷凝器4的材料均可以采用钨铜合金、镍合金、不锈钢、钛合金、铝、铜和碳纤维中的任一种或组合。
68.具体地，在有机朗肯循环发电系统中，换热器是一个非常重要的组成部分，其作用是将高温有机工质中的热量传递至工作介质，从而产生蒸汽驱动膨胀发电机3发电。为优化换热器的性能，可以采用以下方式：1)优化换热器的结构：可以通过改变换热器的结构，例如增加管道数量、改变管道的布局方式等来提高换热效率；2)优化工质流量和温度：可以通过调整有机工质的流量和温度来控制换热器的工作状态，从而实现最佳的换热效果；3)采用高效的换热器材料：可以选择高效的换热器材料，以提高换热效率和耐腐蚀性；4)采用智能控制系统：可以采用智能控制系统对换热器的工作状态进行实时监测和调整，以实现最佳的换热效果。需要注意的是，换热器的优化需要综合考虑多个因素，例如工作介质的性质、工质流量和温度、换热器材料等，以达到最佳的性能和效果。
69.在一个优选的实施例中，本发明的有机朗肯循环发电系统可以采用人工智能算法
进行优化控制，包括神经网络算法、遗传算法和模糊控制算法中的任一种或组合，人工智能算法可以通过学习历史数据来预测未来的系统状态，并根据预测结果进行控制决策，以优化系统的运行效率和性能，由于采用人工智能算法进行优化控制为现有技术公开的技术方案，具体过程在此不做多做赘述。
70.具体地，本发明的有机朗肯循环发电系统学习的历史数据包括海水温度、海上平台用电负荷、燃机发电负荷、燃机烟气温度和燃机烟气流量中的任一种或组合。
71.在一个优选的实施例中，本发明需要根据设备的大小、形状和运行要求进行合理布局，以便于设备的维护和维修。
72.在一个优选的实施例中，本发明需要根据设备的运行要求和热力系统的特点进行合理布局，以提高系统的效率和稳定性。
73.在一个优选的实施例中，本发明的有机朗肯循环发电系统的占地面积主要取决于设备的大小和数量，需要根据设备的布局和运行要求进行合理规划，以避免占地面积过大或过小，影响系统的运行效率和经济性。
74.在一个优选的实施例中，在本发明的有机朗肯循环发电系统的布局和占地规划过程中，需要考虑环境保护的因素，例如降低噪音、减少废气排放等，以保护周围环境和居民的健康。
75.在一个优选的实施例中，膨胀发电机3可以采用轴流式膨胀机，膨胀发电机3可以采用与其他机械设备例如燃气轮机(本发明的烟气来自燃气轮机)共用油站等方式减小占地面积。
76.实施例2
77.本实施例提供一种直接蒸发的有机朗肯循环发电方法，包括以下步骤：
78.1)工质储罐6存储的液态工质通过冷凝器4进入工质泵5，工质泵5对液态工质进行加压，得到高压液态工质，通过回热器2进入余热锅炉1。
79.2)余热锅炉1对来自烟气自燃机的热源与回热器2的高压液态工质进行换热，使得高压液态工质被热源加热并蒸发为高温高压的工质蒸气，进入膨胀发电机3。
80.3)膨胀发电机3对高温高压的工质蒸气进行膨胀做功发电，并得到做完功的工质乏汽，进入回热器2。
81.4)回热器2将工质泵5输出的工质与膨胀发电机3输出的工质乏汽进行换热，升温后的工质进入余热锅炉1，降温后的工质进入冷凝器4。
82.5)冷凝器4将初步降温后的工质被进入的冷源冷凝，形成液态工质进入工质泵5，温度升高后的冷源从冷源进口流出冷凝器4。
83.6)整个过程中，余热锅炉1、回热器2、膨胀发电机3、冷凝器4和工质泵5的各进出口设置的各温度传感器实时采集对应位置流体的温度，各流量传感器实时采集对应位置流体的流量，各压力传感器实时采集对应位置流体的压力。
84.7)上位机根据余热锅炉1出口处和工质泵5出口处流量传感器实时采集的流量，通过液位控制器lc控制余热锅炉1汽包的液位稳定；根据各温度传感器实时采集的温度和预先设定的温度范围通过温度控制器tc控制对应余热锅炉1、回热器2和冷凝器4的加热或冷却，以达到稳定的温度控制；根据各流量传感器实时采集的流量和预先设定的流量范围通过流量控制器fc控制对应余热锅炉1、回热器2和冷凝器4进出口阀门的开启或关闭，以达到
稳定的流量控制；根据各压力传感器实时采集的压力和预先设定的压力范围，通过压力控制器pc控制对应余热锅炉1、回热器2和冷凝器4进出口阀门的开启或关闭以及工质泵5的运行，以达到稳定的压力控制；以及采用人工智能算法，根据采集的历史数据和实时数据，对余热锅炉1、回热器2和冷凝器4进行优化控制。
85.上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

技术特征：
1.一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，包括余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器、工质泵、工质储罐、温度传感器、流量传感器、压力传感器和控制系统；所述余热锅炉用于对来自烟气自燃机的热源与所述回热器的高压液态工质进行换热，使得高压液态工质被热源加热并蒸发为高温高压的工质蒸气进入所述膨胀发电机；所述膨胀发电机用于对高温高压的工质蒸气进行膨胀做功发电，并得到做完功的工质乏汽进入所述回热器；所述回热器用于将所述工质泵输出的工质与所述膨胀发电机输出的工质乏汽进行换热，升温后的工质进入所述余热锅炉，降温后的工质进入所述冷凝器；所述冷凝器用于将初步降温后的工质被进入的冷源冷凝，形成液态工质进入所述工质泵，温度升高后的冷源从冷源进口流出；所述工质泵用于对来自所述冷凝器的液态工质进行加压，得到高压液态工质进入所述回热器；所述工质储罐用于存储液态工质；所述温度传感器、流量传感器和压力传感器用于采集所述余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器和工质泵各进出口的流体温度、流量和压力；所述控制系统用于根据各所述温度传感器、流量传感器和压力传感器实时采集的数据，控制所述余热锅炉汽包的液位，控制所述余热锅炉、回热器和冷凝器的加热或冷却、进出口阀门的开启或关闭以及控制所述工质泵的运行。2.如权利要求1所述的一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述余热锅炉的进气口连接烟气自燃机，所述余热锅炉的出气口连接烟囱，所述余热锅炉的工质进口连接所述回热器的第一工质出口，所述余热锅炉的工质出口分别连接所述膨胀发电机的工质进口和所述冷凝器的第一工质进口；所述膨胀发电机的工质出口连接所述回热器的第一工质进口；所述回热器的第二工质进口连接所述工质泵的工质出口，所述回热器的第二工质出口连接所述冷凝器的等热侧进口；所述冷凝器的第二工质进口连接所述工质储罐的出口，所述工质储罐的入口连接氮气自系统，所述冷凝器的工质出口连接所述工质泵的进口，所述冷凝器的循环水进口连接冷源出口，所述冷凝器的循环水出口连接冷源进口；所述余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器和工质泵的各进出口均设置有温度传感器、流量传感器和压力传感器，所述控制系统分别连接每一所述温度传感器、流量传感器和压力传感器。3.如权利要求1所述的一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述工质采用二甲基亚砜、二甲基环戊烷、乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二氯乙烷、苯、甲苯、六甲基二硅氧烷、正戊烷、正丁烷、异丁烷、环戊烷、r141b、环己烷、丙酮、3-氯丙烯的有机工质中的任一种或任意混合物。4.如权利要求1所述的一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述控制系统包括液位控制器、温度控制器、流量控制器、压力控制器和上位机；所述上位机分别连接所述液位控制器、温度控制器、流量控制器和压力控制器，所述液位控制器分别连接所述余热锅炉出口处和所述工质泵出口处的流量传感器，所述温度控制
器分别连接每一所述温度传感器，所述流量控制器分别连接每一所述流量传感器，所述压力控制器分别连接每一所述压力传感器；所述上位机用于根据所述余热锅炉出口处和所述工质泵出口处流量传感器实时采集的流量，通过所述液位控制器控制所述余热锅炉汽包的液位；根据各所述温度传感器实时采集的温度和预先设定的温度范围，通过所述温度控制器控制对应所述余热锅炉、回热器和冷凝器的加热或冷却；根据各所述流量传感器实时采集的流量和预先设定的流量范围，通过所述流量控制器控制对应所述余热锅炉、回热器和冷凝器进出口阀门的开启或关闭；根据各所述压力传感器实时采集的压力和预先设定的压力范围，通过所述压力控制器控制对应所述余热锅炉、回热器和冷凝器进出口阀门的开启或关闭以及所述工质泵的运行。5.如权利要求1所述的一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述控制系统还用于采用人工智能算法，根据采集的历史数据和实时数据，对所述余热锅炉、回热器和冷凝器进行优化控制。6.如权利要求1所述的一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述回热器和冷凝器采用喷淋式、管壳式、翅片式和螺旋式中的任一种或组合。7.如权利要求1所述的一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述回热器和冷凝器的材料采用钨铜合金、镍合金、不锈钢、钛合金、铝、铜和碳纤维中的任一种或组合。8.一种直接蒸发的有机朗肯循环发电方法，其特征在于，包括：工质储罐存储的液态工质通过冷凝器进入工质泵，工质泵对液态工质进行加压，得到高压液态工质，通过回热器进入余热锅炉；余热锅炉对来自烟气自燃机的热源与回热器的高压液态工质进行换热，使得高压液态工质被热源加热并蒸发为高温高压的工质蒸气，进入膨胀发电机；膨胀发电机对高温高压的工质蒸气进行膨胀做功发电，并得到做完功的工质乏汽，进入回热器；回热器将工质泵输出的工质与膨胀发电机输出的工质乏汽进行换热，升温后的工质进入余热锅炉，降温后的工质进入冷凝器；冷凝器将初步降温后的工质被进入的冷源冷凝，形成液态工质进入工质泵，温度升高后的冷源从冷源进口流出冷凝器；整个过程中，余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器和工质泵的各进出口设置的各温度传感器实时采集对应位置流体的温度，各流量传感器实时采集对应位置流体的流量，各压力传感器实时采集对应位置流体的压力；控制系统根据各温度传感器、流量传感器和压力传感器实时采集的数据，控制余热锅炉汽包的液位，控制余热锅炉、回热器和冷凝器的加热或冷却、进出口阀门的开启或关闭以及控制工质泵的运行。9.如权利要求8所述的一种直接蒸发的有机朗肯循环发电方法，其特征在于，所述控制系统根据各温度传感器、流量传感器和压力传感器实时采集的数据，控制余热锅炉汽包的液位，控制余热锅炉、回热器和冷凝器的加热或冷却、进出口阀门的开启或关闭以及控制工质泵的运行，包括：上位机根据余热锅炉出口处和所述工质泵出口处流量传感器实时采集的流量，通过液
位控制器控制所述余热锅炉汽包的液位；上位机根据各温度传感器实时采集的温度和预先设定的温度范围通过温度控制器tc控制对应余热锅炉、回热器和冷凝器的加热或冷却；上位机根据各流量传感器实时采集的流量和预先设定的流量范围通过流量控制器fc控制对应余热锅炉、回热器和冷凝器进出口阀门的开启或关闭；上位机根据各压力传感器实时采集的压力和预先设定的压力范围，通过压力控制器pc控制对应余热锅炉、回热器和冷凝器进出口阀门的开启或关闭以及工质泵的运行。10.如权利要求8所述的一种直接蒸发的有机朗肯循环发电方法，其特征在于，控制系统还采用人工智能算法，根据采集的历史数据和实时数据，对余热锅炉、回热器和冷凝器进行优化控制。

技术总结
本发明涉及一种直接蒸发的有机朗肯循环发电系统及方法，包括余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器、工质泵、工质储罐和控制系统；余热锅炉用于对热源与回热器的高压液态工质进行换热；膨胀发电机用于对高温高压的工质蒸气进行膨胀做功发电；回热器用于将工质泵输出的工质与膨胀发电机输出的工质乏汽进行换热；工质储罐用于存储液态工质，冷凝器用于将初步降温后的工质冷凝，形成液态工质，工质泵用于对液态工质进行加压得到高压液态工质；余热锅炉、回热器、膨胀发电机、冷凝器和工质泵的各进出口均设置有温度传感器、流量传感器和压力传感器，控制系统分别连接每一温度传感器、流量传感器和压力传感器，本发明可广泛用于余热发电领域中。电领域中。电领域中。


技术研发人员：秦小刚 徐海波 刘向东 张明 吴尧增 朱海山 王文祥 安维峥 燕夏婧 吕东 郝蕴 马晨波
受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司北京研究中心
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/11