[发明专利]一种无泵式有机朗肯发电循环方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于有机朗肯循环发电领域，尤其是涉及一种无泵式有机朗肯发电循环方法以及实现该方法的装置。

背景技术

目前我国能源形势严峻，能效利用率低，温度低于350℃的低温余热约占余热总量的60％。例如在钢铁工业中，钢铁冶金余热总量达15000万tce/a，而目前回收水平仅为30％。在水泥工业中，随着新型干法水泥熟料技术在全国范围内的推广普及，水泥生产过程中存在大量350～400℃以下的余热不能充分利用。这些排出、不加利用的热量不仅增加了企业的生产成本，造成能源的浪费，而且会对环境造成严重污染。有机朗肯循环系统可将低品位热能转化为电能，提高了能源的总利用率，因此受到越来越多的关注。

常规的朗肯循环系统以水-水蒸汽作为工质，工质在热力设备中不断进行等压加热、绝热膨胀、等压放热和绝热压缩4个过程，将高温高压水蒸汽的热能转化为机械能进而转化为电能。有机朗肯循环与常规的蒸汽朗肯循环类似，只是采用的是低沸点有机物作为工质。该循环系统由锅炉、膨胀机、冷凝器、工质泵、发电机组成。工质在锅炉中从低温热源中吸收热量产生有机蒸气，进而推动膨胀机旋转，带动发电机发电，在膨胀机中做完功的乏气进入冷凝器中重新冷却为液体，由工质泵输入到锅炉，完成一个循环。

不同于火力发电站中的大型汽轮机，有机朗肯循环中的膨胀机效率相对较低。现有低品位热驱动朗肯发电装置常需要依靠工质泵将工作流体从冷凝器输送到锅炉，膨胀机发出的电能有很大部分被工质泵所消耗。同时，由于有机朗肯循环的热源温度较低，特别是对于中小型的有机朗肯循环发电系统，由于工质循环的量较小，输送工质的工质泵与系统不易匹配，泵的效率低、耗电多，系统输出的净功低下。

为提高低品位热驱动朗肯发电装置的净输出效率，公告号为CN101943036A的专利文献公开了一种微泵功低品位热驱动朗肯发电装置，包括流体输运单元和膨胀做功单元，流体输运单元包括冷凝器、流体泵、储液装置、锅炉；膨胀做功单元包括汽轮机和发电机，储液装置包括储液罐以及储液罐出入口处的流体截止装置，各单元通过管路相连，储液装置内的流体流入锅炉内被低品位热加热产生蒸气，蒸气进入汽轮机膨胀做功，带动发电机发电。该装置仅需克服流体在管道内流动的阻力，泵功消耗减少，发电装置的净发电效率得到提高。

上述系统中为满足下一循环储液时的压力，当储液罐完成为液体工质输送后，其中的残余的高温高压工质蒸气未经利用进入到冷凝器冷凝成低压液体，高温高压工质蒸气的能量未得到充分利用，降低了系统的发电效率；而且高温高压工质蒸气对冷凝压力造成影响。

另外上述系统中的泵仍需要消耗一定电能，而且由于其为运动部件，一定程度上会降低系统运行的稳定性，约束了有机朗肯循环发电装置的适用范围，同时增大初期投资。

发明内容

本发明提供一种无泵式有机朗肯发电循环方法，锅炉产生的高温高压工质蒸气对液体工质进行加压并完成输送后，对下一循环要输送的液体工质进行预加压，充分利用高温高压工质蒸气的能量，提高了系统的发电效率。

本发明同时提供无泵式有机朗肯发电循环装置，该装置实现系统的无泵循环，运动部件减少，运行性能更稳定可靠；系统能量利用更加经济、合理，发电装置的净发电效率得到很大的提高。

一种无泵式有机朗肯发电循环方法，包括循环进行的以下步骤：

液体工质在锅炉中加热后得到高温高压的气体，之后进入膨胀机内膨胀做功，带动发电机发电，做完功的气体经膨胀机的出口流入冷凝器中冷凝放热得到冷凝液，冷凝液作为液体工质靠重力进入锅炉；

液体工质靠重力进入锅炉时通过至少两个并联的相匹配的储液罐交替进行，相匹配的储液罐之间以及与锅炉之间经过阀门控制可相连通或隔离，储液罐内的液体工质在经锅炉产生的气体加压至满足锅炉进液的压力要求前，先经相匹配的另一储液罐中给锅炉输液后残余的工质蒸气预加压。

本发明方法利用锅炉产生的高温高压工质蒸气对液体工质进行加压，液体工质靠重力进入锅炉，实现了从低压的冷凝器向高压的锅炉输送流体；之后储液罐内残余的高温高压工质蒸气，对下一循环要输送的液体工质进行预加压，高温高压制工质蒸气的能量得到充分利用。

其中，液体工质在锅炉中加热后生成的气体，其温度、压力由发电系统要求的锅炉温度决定，无过热现象时，即为发生温度下工质的饱和温度和压力。一般无过热现象，可以通过锅炉内部结构的具体设计控制工质蒸气不过热。

所述相匹配的储液罐中，每个储液罐均循环进行储液、预加压、加压、输液和排气、冷却降压；

储液时，储液罐接收液体工质；