[实用新型]一种基于ORC系统的柴油发电机废热发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及了发动机废热回收利用系统，尤其是有机郎肯循环发动机废热回收利用系统。也即是基于有机郎肯循环发动机废热回收利用的系统装置，利用制冷剂(如R245fa)从发动机的尾气、缸套水及增压空气中吸收热量，通过郎肯循环的四个阶段，对外做功发电，实现从发动机废热回收再利用的一种系统装置。

背景技术

随着能源紧张的加剧，提高能源的利用效率变得越来越重要。节能减排成为当前最重要的课题。而基于有机郎肯循环的ORC系统，对各种工业余热或废热的利用，是一个很好的提升能源利用效率的技术。

发动机的能源利用效率比较低一般为40％左右，还有大量的发动机缸套水，发动机尾气以及为提高发动机功率而采用增压中冷技术的增压空气中都包含了大量的能量，排入大气。这一方面导致环境温度升高；另一方面，为保证发动机正常工作需要排出这些废热，其还需要消耗额外的能量，进一步降低了发动机能源利用效率。

普通的郎肯循环系统用于汽轮机的发电，这种郎肯循环包括了透平、冷凝器、泵、蒸发器等装置。采用的工质一般为水蒸汽。水从蒸发器中吸收热量，变成高温高压蒸汽，驱动透平做功发电，做功后的乏汽回到冷凝器中冷凝变成液体，再由水泵驱动到蒸发器，实现一个系统循环。有机郎肯循环与普通郎肯循环类似，只是工质不同，一般采用有机物作为工质，如采用R134a，R245fa等。

基于有机郎肯循环的发动机废热回收装置，就是利用发动机排出的尾气(废气)的能量，低温液态的制冷剂工质从发动机排出的尾气中吸收热量，蒸发成过热高压蒸汽，驱动膨胀机或透平做功发电，同时低压的制冷剂乏气在冷凝器中放出热量，变成液态制冷剂，通过冷媒泵加压后输送到蒸发器中，完成整个制冷剂工质的循环，从而实现发动机废气能量回收。

基于现有公开技术专利中，有直接利用发动机尾气对ORC冷媒进行加热，但因为发动机尾气温度一般超过500℃，这将导致ORC冷媒在局部高温处裂解失效。现有公开技术中，还有采用导热油作为吸收发动机尾气热量，但增加一个新的油路系统，导致成本和控制的复杂及应用推广受到限制。

发明内容

本实用新型旨在解决目前现有公开技术存在技术问题，同时也更为有效的提高发动机的废热利用效率，尤其是提升柴油发电机的有效净发电量；另一个目的，在基于一种废热回收系统装置正常运行情况下，提高柴油发电机单位油耗的发电量。

为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：一种基于ORC系统的柴油发电机废热发电装置，包括ORC冷媒循环系统、发动机缸套水循环系统、发动机尾气系统、增压空气系统和外部冷却水系统，其特征在于：

在所述的ORC冷媒循环系统中，储液罐中的冷媒工质首先经过冷媒泵增压，接着进入空气冷却器，吸收流经空气冷却器中的增压空气的热量；然后再依次经过预热器和蒸发器，吸收缸套水和尾气的热量，蒸发相变，成为高温高压蒸汽；高温高压的冷媒再流入膨胀发电机内，从而实现对外做功发电；从膨胀机流出的是低压气态冷媒，然后进入冷凝器，在冷凝器中放热，从气态冷凝成液态；液态冷媒再回到储液罐，从而实现整个冷媒的循环流动；

在所述的发动机缸套水循环系统中，发动机缸套水首先经过循环水泵进入发动机内，吸收燃料燃烧释放给发动机气缸壁的热量后，从发动机内流出，然后进入废气换热器，吸收发动机尾气的热量；缸套水从废气换热器流出后，温度显著升高，再依次进入蒸发器和预热器中，把从发动机气缸壁和发动机尾气中吸收的热量全部传递给相应的冷媒；缸套水从预热器中流出后，温度大幅降低，并经过循环水泵进入发动机，完成整个冷却水系统循环，实现热能从发动机气缸壁和发动机尾气向ORC冷媒的转移；

在所述的发动机尾气系统中，从发动机排出的高温尾气进入废气换热器，把热量传递给发动机缸套水；尾气从废气换热器流出后，排入环境；

在所述的增压空气系统中，环境空气经过发动机的涡轮增压器后，变成高温增压空气；增压空气进入空气冷却器中，把热量传递给冷媒，自身温度降低，然后进入发动机；

在所述的外部冷却水系统中，外部冷却水经过冷凝器，吸收气态冷媒的热量，使其成为低温低压的液态冷媒。