一种低品位热能发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种低品位热能发电系统，属于循环发电技术领域。


背景技术：

2.传统能源资源的大规模利用带来良好的经济效益的同时，也给生态环境带来了严重负担。传统能源存量日益缩减，不仅要求我们提高能源的利用率，更要寻找更多元的、清洁的能源供应，低品位的低温热能也逐渐被人们发现利用，包括地热能、工业余热、太阳能等。有机朗肯循环发电技术在将低品位热能转换为高品位电能方面具有一定优势。
3.现有的有机朗肯循环发电系统在进行发电工作时，对于工作过程中的热能利用效率不高，容易造成资源的浪费，影响装置的工作效果。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种低品位热能发电系统，解决有机朗肯循环发电系统在进行发电工作时，对于工作过程中的热能利用效率不高，容易造成资源的浪费的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
6.本实用新型提供了一种低品位热能发电系统，包括热源、蒸发器、透平发电机组、冷凝器、储液罐、工质泵和第一预热器；
7.所述热源与所述蒸发器连接，所述蒸发器与所述透平发电机组连接，所述透平发电机组通过工质管道与所述第一预热器连接，所述第一预热器与所述透平发电机组之间连接有电机冷却工质管道，所述第一预热器与所述冷凝器连接，所述冷凝器与所述储液罐连接，所述储液罐与所述工质泵连接，所述工质泵与所述第一预热器连接，所述第一预热器与所述蒸发器连接。
8.进一步的，所述第一预热器通过第二预热器与所述蒸发器连接，所述热源通过所述蒸发器后与所述第二预热器连接。
9.进一步的，所述透平发电机组包括透平发电一体机和与所述透平发电一体机相连的变流器。
10.进一步的，所述透平发电一体机为磁悬浮透平发电一体机或高速透平发电机。
11.进一步的，所述蒸发器通过调节阀与所述透平发电机组连接。
12.进一步的，所述电机冷却工质管道上连接有压力传感器和温度传感器。
13.进一步的，所述工质泵的出口通过回流管道与所述冷凝器连接，所述回流管道上设有回流阀。
14.进一步的，所述蒸发器上设有流量计。
15.进一步的，所述蒸发器通过所述工质管道与所述透平发电机组连接，所述第一预热器通过所述工质管道与所述冷凝器连接，所述冷凝器通过所述工质管道与所述储液罐连接，所述储液罐通过所述工质管道与所述工质泵连接，所述工质泵通过所述工质管道与所
述第一预热器连接，所述第一预热器通过所述工质管道与所述第二预热器连接，所述第二预热器通过所述工质管道与所述蒸发器连接。
16.进一步的，所述工质管道内的流动介质为低沸点有机物。
17.与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：
18.1、该一种低品位热能发电系统，通过第一预热器吸收透平发电机组流出的高温低压气态有机工质的热量，从而加热工质泵流出的高压液态有机工质，从而实现预热，减少热量流失，增加热源利用率，使得装置对于工作过程中的热能利用效率较好，从而提高有机朗肯循环发电技术的发电效率，避免造成资源的浪费，保证了装置的工作效果；
19.2、本实用新型通过回流阀和流量计配合，确保蒸发器内液位稳定，保护系统稳定运行，防止蒸发器液位过高，液态工质通过工质管道进入透平发电机组，对其造成损害，保证了装置工作时的稳定性；
20.3、本实用新型根据压力传感器和温度传感器反馈参数可帮助实时在线监测电机高速转子的运行状态是否正常，可根据反馈参数及时做出应对，同时可实时监测冷却介质的状态参数，可辅助判断高速转子的温升情况，便于进一步采取措施，保护转子和电机。
附图说明
21.图1是根据本实用新型实施例提供的一种低品位热能发电系统的系统流程示意图；
22.图2是根据本实用新型实施例提供的透平发电机组的系统示意图。
23.图中：1、热源；2、蒸发器；3、透平发电机组；31、透平发电一体机；32、变流器；4、冷凝器；5、储液罐；6、工质泵；7、第一预热器；8、第二预热器；9、工质管道；10、电机冷却工质管道；11、压力传感器；12、温度传感器；13、调节阀；14、回流阀；15、流量计；16、回流管道。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、
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底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.如图1-2所示，本实用新型提供了一种低品位热能发电系统，包括热源1、蒸发器2、透平发电机组3、冷凝器4、储液罐5、工质泵6和第一预热器7；所述热源1与所述蒸发器2连接，所述蒸发器2与所述透平发电机组3连接，所述透平发电机组3通过工质管道9与所述第一预热器7连接，所述第一预热器7与所述透平发电机组3之间连接有电机冷却工质管道10，所述第一预热器7与所述冷凝器4连接，所述冷凝器4与所述储液罐5连接，所述储液罐5与所述工质泵6连接，所述工质泵6与所述第一预热器7连接，所述第一预热器7与所述蒸发器2连接，所述蒸发器2通过所述工质管道9与所述透平发电机组3连接，所述第一预热器7通过所述工质管道9与所述冷凝器4连接，所述冷凝器4通过所述工质管道9与所述储液罐5连接，所述储液罐5通过所述工质管道9与所述工质泵6连接，所述工质泵6通过所述工质管道9与所述第一预热器7连接，所述第一预热器7通过所述工质管道9与所述第二预热器8连接，所述第二预热器8通过所述工质管道9与所述蒸发器2连接，所述工质管道9内的流动介质为低沸点有机物。
28.具体地，工作时，热源1开始工作，蒸发器2吸收来自热源1内的热量，将流入其内部的液态有机工质加热成高压蒸汽，有机工质高压蒸汽经过工质管道9后进入透平发电机组3中并驱动其进行做功发电，经做功后的有机工质高温高压蒸汽变为高温低压蒸汽经工质管道9流入第一预热器7中进行一级放热，用于对透平发电机组3进行冷却用的有机工质经电机冷却工质管道10流入第一预热器7中进行二次放热并排出，经过放热后的有机工质变为低温液态有机工质，再流入所述冷凝器4进一步放热，变为低温低压液态有机工质，流入所述储液罐5中稳压，所述工质泵6将储液罐5内的液态有机工质加压后送入第一预热器7中进行两级吸热，对于液态有机工质进行预热工作，而后进入所述蒸发器2形成循环；可选的，所述第一预热器7为双热源预热器，其热量分别来源于与透平发电机组3流出的工质管道9和电机冷却工质管道10；可选的，冷凝器4的冷源为循环冷却水，所述热源1为蒸汽、热水或热油。
29.本实用新型通过在工质泵6与蒸发器2之间设置第一预热器7，通过第一预热器7吸收透平发电机组3流出的高温低压气态有机工质的热量，从而加热工质泵6流出的高压液态有机工质，从而实现预热，减少热量流失，增加热源1利用率，使得装置对于工作过程中的热能利用效率较好，从而提高有机朗肯循环发电技术的发电效率，避免造成资源的浪费，保证了装置的工作效果。
30.一种实施例，所述第一预热器7通过第二预热器8与所述蒸发器2连接，所述热源1通过所述蒸发器2后与所述第二预热器8连接。
31.具体地，工作时，热源1经过蒸发器2后进入第二预热器8中，对于热源1剩余的热量进行吸收，当工质泵6输出的液态有机工质经过第一预热器7后完成第一次预热，而后经过第二预热器8中完成第二次预热，最后再经过蒸发器2中进行循环，在通过第一预热器7吸收透平发电机组3流出的高温低压气态有机工质的热量的基础上，通过第二预热器8对于已被所述蒸发器2利用过的热源1热量进行吸收，用于对有机工质进行二次预热，进一步保证了装置对于热源1的利用率，保证了装置的使用效果；其中，蒸发器2与第二预热器8的热量均来源于所述热源1，且供热工质优先进入蒸发器2，再进入第二预热器8，避免影响装置的正常工作。
32.一种实施例，所述透平发电机组3包括透平发电一体机31和与所述透平发电一体
机31相连的变流器32，所述透平发电一体机31为磁悬浮透平发电一体机或高速透平发电机。
33.具体地，磁悬浮透平发电一体机采用有机工质进行电机冷却，高速透平发电一体采用轴承气冷却电机，变流器32用于调整透平发电一体机31发出的电流特性，实现并网发电；采用高速透平发电机时，有机工质高压蒸汽流入高速透平发电机，并驱动其做功发电，经做功后的有机工质高温高压蒸汽变为高温低压蒸汽经工质管道9流入第一预热器7中进行一级放热，高速透平发电机轴承气流经电机吸热，经电机冷却工质管道10流入第一预热器7中进行二级放热并排出；采用磁悬浮透平发电一体机时，有机工质高压蒸汽流入磁悬浮透平发电一体机，并驱动其做功发电，经做功后的有机工质高温高压蒸汽变为高温低压蒸汽，经工质管道9流入第一预热器7中进行一级放热，流入电机的有机工质蒸汽吸热，给电机降温，经电机冷却工质管道10流入第一预热器7中进行二级放热；可选的，透平发电机组3可采用磁悬浮透平发电一体机或高速透平发电机，此类发电机组转速可超过8000转/分钟，透平与发电机组同轴一体，大大降低了机组体积和设备成本，同时一体模式减少了外壳泄露的问题，发电效率显著提高，利用变流器32调整高转速发电电能特性，保证并网发电正常、稳定；可选的，第一预热器7冷源温度低于40℃，透平排汽温度为55℃，即工质管道9内的温度为55℃，高速转子最高温度为70-80℃，即电机冷却工质管道10内的温度为70-80℃，工质管道9及电机冷却工质管道10内部的温度均高于第一预热器7的冷源温度，第一预热器7可对于两者的温度进行吸收，转子冷却工质也能够满足用作第一预热器7热量来源的条件，从而间接降低冷源损失。
34.一种实施例，所述蒸发器2通过调节阀13与所述透平发电机组3连接，根据电量负荷pid调节，精确调节工质进汽量，同时在透平发电机组3出现故障时可快速关断，做进一步保护。
35.一种实施例，所述电机冷却工质管道10上连接有压力传感器11和温度传感器12，根据压力传感器11和温度传感器12反馈参数可帮助实时在线监测电机高速转子的运行状态是否正常，如出口温度数值显著提高，可根据反馈参数及时做出应对，同时可实时监测冷却介质的状态参数，可辅助判断高速转子的温升情况，便于进一步采取措施，保护转子和电机。
36.一种实施例，所述工质泵6的出口通过回流管道16与所述冷凝器4连接，所述回流管道16上设有回流阀14，所述蒸发器2上设有流量计15，通过流量计15显示数据控制回流阀14开度进行pid调节，当蒸发器2液位上升，气动回流阀14打开，部分工质通过回流管道16回流至冷凝器4，流回储液罐5，反之蒸发器2液位下降，可优先调节回流阀14关闭，确保蒸发器2内液位稳定，保护系统稳定运行，防止蒸发器2液位过高，液态工质通过工质管道9进入透平发电机组3，对其造成损害，保证了装置工作时的稳定性；可选的，所述调节阀13与所述回流阀14均为气动调节阀。
37.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种低品位热能发电系统，其特征在于，包括热源（1）、蒸发器（2）、透平发电机组（3）、冷凝器（4）、储液罐（5）、工质泵（6）和第一预热器（7）；所述热源（1）与所述蒸发器（2）连接，所述蒸发器（2）与所述透平发电机组（3）连接，所述透平发电机组（3）通过工质管道（9）与所述第一预热器（7）连接，所述第一预热器（7）与所述透平发电机组（3）之间连接有电机冷却工质管道（10），所述第一预热器（7）与所述冷凝器（4）连接，所述冷凝器（4）与所述储液罐（5）连接，所述储液罐（5）与所述工质泵（6）连接，所述工质泵（6）与所述第一预热器（7）连接，所述第一预热器（7）与所述蒸发器（2）连接。2.根据权利要求1所述的一种低品位热能发电系统，其特征在于，所述第一预热器（7）通过第二预热器（8）与所述蒸发器（2）连接，所述热源（1）通过所述蒸发器（2）后与所述第二预热器（8）连接。3.根据权利要求1所述的一种低品位热能发电系统，其特征在于，所述透平发电机组（3）包括透平发电一体机（31）和与所述透平发电一体机（31）相连的变流器（32）。4.根据权利要求3所述的一种低品位热能发电系统，其特征在于，所述透平发电一体机（31）为磁悬浮透平发电一体机或高速透平发电机。5.根据权利要求1所述的一种低品位热能发电系统，其特征在于，所述蒸发器（2）通过调节阀（13）与所述透平发电机组（3）连接。6.根据权利要求1所述的一种低品位热能发电系统，其特征在于，所述电机冷却工质管道（10）上连接有压力传感器（11）和温度传感器（12）。7.根据权利要求1所述的一种低品位热能发电系统，其特征在于，所述工质泵（6）的出口通过回流管道（16）与所述冷凝器（4）连接，所述回流管道（16）上设有回流阀（14）。8.根据权利要求1所述的一种低品位热能发电系统，其特征在于，所述蒸发器（2）上设有流量计（15）。9.根据权利要求2所述的一种低品位热能发电系统，其特征在于，所述蒸发器（2）通过所述工质管道（9）与所述透平发电机组（3）连接，所述第一预热器（7）通过所述工质管道（9）与所述冷凝器（4）连接，所述冷凝器（4）通过所述工质管道（9）与所述储液罐（5）连接，所述储液罐（5）通过所述工质管道（9）与所述工质泵（6）连接，所述工质泵（6）通过所述工质管道（9）与所述第一预热器（7）连接，所述第一预热器（7）通过所述工质管道（9）与所述第二预热器（8）连接，所述第二预热器（8）通过所述工质管道（9）与所述蒸发器（2）连接。10.根据权利要求9所述的一种低品位热能发电系统，其特征在于，所述工质管道（9）内的流动介质为低沸点有机物。

技术总结
本实用新型公开了一种循环发电技术领域的低品位热能发电系统，旨在解决现有技术中发电系统在进行发电时，对于热能利用效率不高，容易造成资源浪费的问题。其包括热源、蒸发器、冷凝器和储液罐；热源与蒸发器连接，蒸发器与透平发电机组连接，透平发电机组与第一预热器连接，第一预热器与透平发电机组之间连接有电机冷却工质管道，第一预热器与冷凝器连接，冷凝器与储液罐连接，储液罐与工质泵连接，工质泵通过第一预热器与蒸发器连接；本实用新型适用于热能发电系统，通过第一预热器吸收透平发电机组流出的有机工质的热量，从而加热工质泵流出的有机工质，从而实现预热，减少热量流失，增加热源利用率，保证了装置的工作效果。保证了装置的工作效果。保证了装置的工作效果。


技术研发人员：王俊 郭盛 徐凌锋
受保护的技术使用者：北京清云能源集团有限公司
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/6/9