[发明专利]一种高效低温低压蒸汽余热利用联合发电系统及其控制方法

说明书

本发明涉及蒸汽机装置领域，具体涉及一种高效低温低压蒸汽余热利用联合发电系统及其控制方法，包括余热蒸气通入汽轮机中驱动双伸轴发电机发电；汽轮机排出的蒸气进入蒸发器中加热工质；工质膨胀驱动双伸轴发电机发电；工质冷却后循环流回蒸发器中；提升双伸轴发电机转速至额定转速；双伸轴发电机并网柜合闸；提升双伸轴发电机的输出功率至额定功率运行。从而可以分级对余热中的能量进行使用，提高工作效率。

技术领域

本发明涉及蒸汽机装置领域，尤其涉及一种高效低温低压蒸汽余热利用联合发电系统及其控制方法。

背景技术

我国工业能耗占能源消耗总量的70％左右，而工业能耗的60％～65％都转化为载体不同、温度不同的余热。其中，钢铁、玻璃、化工等行业存在大量低温余热蒸汽资源，回收和利用工业生产过程中的各种低温余热蒸汽资源，既有助于解决我国的能源问题，又能有效减少工业生产过程中的环境污染，具有十分重要的现实意义。

凝汽式蒸汽轮机系统是低温余热蒸汽能量回收的常用手段，但对于流量较小的低过热度或饱和低温余热蒸汽资源，采用传统凝汽式汽轮机系统进行余热回收时，受水蒸汽自身特性(如图1所示，属于湿流体)、汽轮机叶片高度、部分进汽度以及排汽含水率等技术条件的限制，汽轮机无法实现高效运行，低温余热蒸汽能量无法充分回收利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效低温低压蒸汽余热利用联合发电系统及其控制方法，旨在提高余热发电的效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种高效低温低压蒸汽余热利用联合发电系统及其控制方法，包括汽轮机、蒸发器、有机工质透平、双伸轴发电机和工质循环机构，所述蒸发器与所述汽轮机连接，所述有机工质透平与所述蒸发器连接，所述双伸轴发电机的两端分别与所述汽轮机和所述有机工质透平连接，所述工质循环机构设置在所述有机工质透平和所述蒸发器之间。

其中，所述双伸轴发电机包括电机本体、蒸气减速器和工质减速器，所述电机本体的两端分别与所述蒸汽减速器和所述工质减速器连接，所述蒸汽减速器与所述汽轮机连接，所述工质减速器与所述有机工质透平连接。

其中，所述双伸轴发电机包括电机本体、蒸气减速器、工质减速器和超越离合器，所述电机本体的两端分别与所述蒸汽减速器和所述工质减速器连接，所述蒸汽减速器与所述汽轮机连接，所述超越离合器与所述工质减速器连接，所述有机工质透平与所述超越离合器连接。

其中，所述工质循环机构包括冷凝器和循环泵，所述冷凝器与所述有机工质透平连接，所述循环泵的一端与所述冷凝器连接，所述循环泵的另一端与所述蒸发器连接。

其中，所述蒸发器包括蒸发器本体、工质进口阀和工质旁通阀，所述工质进口阀和所述工质旁通阀连通，并与所述蒸发器本体连通。

其中，所述蒸发器包括蒸发器本体、工质进口阀和工质旁通阀，所述工质进口阀和所述工质旁通阀连通，并与所述蒸发器本体连通，所述有机工质透平与所述工质进口阀连接，工质循环机构与所述工质旁通阀连接。

第二方面，本发明还提供一种高效低温低压蒸汽余热利用联合发电系统的控制方法，包括：余热蒸气通入汽轮机中驱动双伸轴发电机发电；汽轮机排出的蒸气进入蒸发器中加热工质；工质膨胀驱动双伸轴发电机发电；工质冷却后循环流回蒸发器中；提升双伸轴发电机转速至额定转速；双伸轴发电机并网柜合闸；提升双伸轴发电机的输出功率至额定功率运行。

本发明的一种高效低温低压蒸汽余热利用联合发电系统及其控制方法，有机工质透平为有机工质膨胀机，余热蒸汽中品位较高的能量先通过背压式汽轮机做功，其排出的低品位蒸汽作为ORC系统的热源在蒸发器中加热有机工质，有机工质再通过有机工质膨胀机膨胀做功。汽轮机和有机工质膨胀机所做的功通过双伸轴发电机输出，实现余热蒸汽能量的梯级利用，提高能量的利用率。常规汽轮机为追求效率，排气压力较低，导致含水率较高，叶片寿命短。本发明采用背压式设计，故排气含水率低，减小了汽轮机的设计难度，提高也叶片的使用寿命，进而保证了系统的使用寿命。