專利名稱：中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)領(lǐng)域熱水能回收發(fā)電的裝置。
背景技術(shù)：
能源是人類賴以生存和發(fā)展所不可或缺的資源，特別是由于電的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)利用，大大推動(dòng)著人類文明的進(jìn)步，人類的生產(chǎn)和生活從此已越來越離不開電，而且缺電和電力緊張?jiān)诠I(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)隨時(shí)出現(xiàn)。除了煤炭、石油、天然氣等不可再生高級(jí)資源可以發(fā)電外，如何充分開發(fā)利用可回收利用的低級(jí)能源發(fā)電便成了當(dāng)今世界各國研究的重要課題之
ο但是，現(xiàn)有的中央空調(diào)、鋼鐵、水泥、石煉化等工業(yè)領(lǐng)域的企業(yè)通常有大量向外排放的高于60°C的中低溫?zé)煔猓瑥U蒸汽、廢熱水等廢熱資源。例如鋼鐵企業(yè)一般就有如下四個(gè)廢熱資源煉鐵燒結(jié)機(jī)的帶冷機(jī)上的廢氣余熱、煉鋼轉(zhuǎn)爐頂端的排煙罩產(chǎn)生的蒸汽、軋鋼加熱爐的廢氣余熱和高爐沖渣水熱能。還有地?zé)豳Y源的熱水溫度也在200°C以下，更多的是 60°C左右的低溫?zé)崴?。這些廢熱資源攜帶的能量屬于中、低溫余熱，目前普遍利用不高，有些為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，還必須采用鼓風(fēng)機(jī)或者水噴淋冷卻，不僅白白浪費(fèi)了能源，還必須額外浪費(fèi)一定的電能和水資源。由于這些廢熱資源一般屬于長時(shí)間排放或者產(chǎn)生型，累積起來其實(shí)是一筆非常客觀的能源，非常有必要對(duì)其進(jìn)行回收利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種可以利用廢棄的中低溫?zé)崮馨l(fā)電，具有能源轉(zhuǎn)換率高、適用性好、輸出穩(wěn)定的的中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)采用的技術(shù)方案為一種中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，它包括換熱器、汽輪發(fā)電機(jī)、冷凝器和制冷劑泵，所述換熱器設(shè)有熱源出口、熱源入口、 制冷劑出口和制冷劑入口，所述制冷劑出口與汽輪發(fā)電機(jī)相連，所述汽輪發(fā)電機(jī)、冷凝器和制冷劑泵依次相連，所述制冷劑泵的出口與制冷劑入口相連，所述換熱器通過從熱源入口流過的熱源的熱量將液態(tài)的制冷劑汽化推動(dòng)所述汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，所述冷凝器將推動(dòng)
葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)后的制冷劑冷凝并輸出至制冷劑泵，所述制冷劑泵將冷凝的制冷劑送回至熱源入□。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)所述汽輪發(fā)電機(jī)包括汽輪機(jī)和由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，所述汽輪機(jī)與制冷劑出口相連，所述制冷劑出口輸出的汽化制冷劑推動(dòng)汽輪機(jī)，通過汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電；它還包括設(shè)于制冷劑出口與汽輪機(jī)之間閥門，所述閥門前側(cè)設(shè)有用于檢測輸出制冷劑壓強(qiáng)的壓力傳感器，且閥門受控制器控制，所述壓力傳感器檢測管道內(nèi)的氣態(tài)的制冷劑的壓強(qiáng)并輸出至控制器，所述控制器在氣態(tài)的制冷劑的壓強(qiáng)超過設(shè)定壓強(qiáng)時(shí)打開閥門；所述汽輪機(jī)為超高速汽輪機(jī)，且所述汽輪機(jī)通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)；
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所述發(fā)電機(jī)為雙饋型異步發(fā)電機(jī)；
所述換熱器為直管式換熱器所述制冷劑泵為屏蔽泵。本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過換熱器、汽輪發(fā)電機(jī)、冷凝器和制冷劑泵對(duì)制冷劑進(jìn)行循環(huán)反復(fù)利用，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)中低溫?zé)崮艿膹U棄熱源的利用，可由有效利用現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)的廢液熱源，能源轉(zhuǎn)換率高；汽輪機(jī)為超高速汽輪機(jī)，汽輪機(jī)通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，可以提高對(duì)廢液熱源的適應(yīng)性，即使在廢液熱源不穩(wěn)定的情況下，依然可以達(dá)到較穩(wěn)定的輸出性能；發(fā)電機(jī)為雙饋型異步發(fā)電機(jī)，對(duì)不同流量的介質(zhì)可以產(chǎn)生恒定頻率的電能、輸出電能穩(wěn)定性好、與電網(wǎng)并網(wǎng)簡單；壓力控制單元可以控制汽輪發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)下限，可以提高在低廢棄熱源供應(yīng)時(shí)的發(fā)電效率；直管式換熱器的熱轉(zhuǎn)換效率性能好，可以提高整個(gè)裝置的熱轉(zhuǎn)換效率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例發(fā)電機(jī)的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例的中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置包括換熱器1、汽輪發(fā)電機(jī)2、冷凝器3和制冷劑泵4，換熱器1設(shè)有熱源出口 111、熱源入口 112、制冷劑出口 12和制冷劑入口 13，制冷劑出口 12與汽輪發(fā)電機(jī)2相連，汽輪發(fā)電機(jī)2、冷凝器3和制冷劑泵4依次相連，制冷劑泵4的出口與制冷劑入口 13相連，換熱器1通過從熱源入口 112流過的熱源的熱量將液態(tài)的制冷劑汽化推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)2進(jìn)行發(fā)電，冷凝器3將推動(dòng)葉輪21轉(zhuǎn)動(dòng)后的制冷劑冷凝并輸出至制冷劑泵4，制冷劑泵4將冷凝的制冷劑送回至熱源入口 112。本實(shí)施例制冷劑采用R123制冷劑，沸點(diǎn)為30°C。汽輪發(fā)電機(jī)2包括汽輪機(jī)21和由汽輪機(jī)21驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)22，汽輪機(jī)21與制冷劑出口 12相連，制冷劑出口 12輸出的汽化制冷劑推動(dòng)汽輪機(jī)21，通過汽輪機(jī)21驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)22進(jìn)行發(fā)電。它還包括設(shè)于制冷劑出口 12與汽輪機(jī)21之間閥門51，閥門51前側(cè)設(shè)有用于檢測輸出制冷劑壓強(qiáng)的壓力傳感器52， 且閥門51受控制器53控制，壓力傳感器52檢測管道內(nèi)的氣態(tài)的制冷劑的壓強(qiáng)并輸出至控制器53，控制器53在氣態(tài)的制冷劑的壓強(qiáng)超過設(shè)定壓強(qiáng)時(shí)打開閥門51。換熱器1為直管式換熱器。汽輪機(jī)21為超高速汽輪機(jī)，超高速汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在 20000r/min以上，其能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到60%以上。減速機(jī)23采用NGGS系列高速齒輪箱，中心距為350mm，最大傳遞功率750千瓦，最大輸出轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，最大切線速度176轉(zhuǎn)/ 分，其能量轉(zhuǎn)換效率約為98%。冷凝器3采用晨光食品機(jī)械生產(chǎn)的STZ-670蒸發(fā)式冷凝器， 蒸發(fā)式冷凝器基本上是利用水的汽化以帶走氣態(tài)制冷劑冷凝過程放出的凝結(jié)潛熱，所消耗的冷卻水只是補(bǔ)給散失的水量，這比水冷式冷凝器的冷卻水用量要少得多。制冷劑泵4為屏蔽泵。發(fā)電機(jī)22為雙饋型異步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)22為雙饋型異步發(fā)電機(jī)，采用EG-850-4 型雙饋型異步發(fā)電機(jī)。雙饋型異步發(fā)電機(jī)機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性高，可更多地吸收無功功率，改善目前由于晚間負(fù)荷下降、電網(wǎng)電壓過高的不利局面。利用矢量變換控制技術(shù)，綜合改變雙饋型異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的相位和幅值，可以實(shí)現(xiàn)雙饋型異步發(fā)電機(jī)輸出有功功率和無功功率的解耦控制，因此，在功率調(diào)節(jié)上雙饋型異步發(fā)電機(jī)較同步發(fā)電機(jī)有更多的優(yōu)越性。如圖2所示，發(fā)電機(jī)22為雙饋型異步發(fā)電機(jī)，f\、f2分別為雙饋型異步發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電流的頻率，Ii1為定子磁場的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速，n2為轉(zhuǎn)子磁場相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，為雙饋型異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電轉(zhuǎn)速。由電機(jī)學(xué)的知識(shí)可知，雙饋型異步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相對(duì)靜止，即Ii1 = n2+nr,由于= V60、f2 = n2/60可知，= f2+nr/60o從上式可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率保持定子輸出電能頻率恒定， 這是變速恒頻運(yùn)行的原理。它具有下述優(yōu)點(diǎn)1、適用于原動(dòng)機(jī)變速運(yùn)行場合中，實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)發(fā)電；在很多發(fā)電場合中，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是時(shí)刻變化的，如潮汐電站中，水頭是變化的，使水輪機(jī)轉(zhuǎn)速也變化；發(fā)電中，隨風(fēng)速的變化機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)變化；船舶與航空發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟著推進(jìn)器的速度而變化。以往的發(fā)電方式中，由于受電網(wǎng)頻率和同步發(fā)電機(jī)特性的限制，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不能變，迫使原動(dòng)機(jī)在不同水頭、不同等情況下維持一個(gè)轉(zhuǎn)速，使得機(jī)組運(yùn)行效率降低，原動(dòng)機(jī)磨損增大，發(fā)電質(zhì)量下降或被迫降低出力，甚至停機(jī)。雙饋型異步發(fā)電機(jī)可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值、頻率與相位，在原動(dòng)機(jī)速度變化時(shí)也可保證發(fā)出恒定頻率的電能，從而提高了機(jī)組的運(yùn)行效率，降低了機(jī)組的磨損，延長了機(jī)組的使用壽命。2、能參與電力系統(tǒng)的無功功率調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是單機(jī)容量越來越大，送電距離日益增長，輸電線電壓等級(jí)逐漸提高。此外，電網(wǎng)負(fù)荷變化率也隨社會(huì)需求越來越大，經(jīng)常出現(xiàn)輸電線傳輸有功功率高于其自然功率的工況。這時(shí)線路出現(xiàn)過剩無功功率，引起持續(xù)工頻過電壓，這會(huì)危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行和增加損耗。目前解決的辦法是在線路上加裝靜止電抗器、調(diào)相機(jī)或靜止無功補(bǔ)償器，或要求發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行， 這些措施提高了運(yùn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本。由于雙饋型異步發(fā)電機(jī)可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的相位，達(dá)到改變功率角使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的目的，所以可通過交流勵(lì)磁使發(fā)電機(jī)吸收更多無功功率，參與電網(wǎng)的無功功率調(diào)節(jié)，解決電網(wǎng)電壓升高的弊病，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行效率、電能質(zhì)量與穩(wěn)定性。3、可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)安全、便捷的并網(wǎng)；采用同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)時(shí)，并網(wǎng)控制較為復(fù)雜，往往需要精確的轉(zhuǎn)速控制和整步、準(zhǔn)同步操作。而采用雙饋型異步發(fā)電機(jī)時(shí)，通過對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)施交流勵(lì)磁，精確地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子輸出電壓，使其滿足并網(wǎng)要求，實(shí)現(xiàn)安全而快速的“柔性”并網(wǎng)操作。本實(shí)施例中，廢熱為70°C左右的煉鐵高爐沖渣水，高爐容量1500立方米，每爐產(chǎn)鐵250噸，冶煉周期為1. 6小時(shí)，沖渣時(shí)間40分鐘，非沖渣間隔時(shí)間40分鐘，沖渣時(shí)水溫80°C，非沖渣時(shí)水溫60°C，熱水流量1500噸/小時(shí)，平均熱水溫度70-75°C (關(guān)閉冷卻塔)，熱水系統(tǒng)運(yùn)行周期8000小時(shí)/年。熱源入口 111的熱水溫度為70°C，焓值hi =293KJ/Kg，熱源出口 112的熱水溫度為60°C，焓值251KJ/Kg，因此可回收熱量為42kj/ kgX 1000X 1500m3/h = 63000000kj = 17500kw/h。熱回收系統(tǒng)綜合效率為60%，實(shí)際可回收熱能量為17500X60%= 10500kw/h，發(fā)電系統(tǒng)凈效率10%，發(fā)電功率為1050kw/h，由于高爐是間歇性沖渣，為此將汽輪發(fā)電機(jī)功率降低到70%，以滿足發(fā)電系統(tǒng)總的熱平衡。采用低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置以后，現(xiàn)有的冷卻塔可以停止運(yùn)行，由此節(jié)電110萬kw/h每年，汽輪發(fā)電機(jī)平均功率650kw/h，年發(fā)電量650*8000 = 520萬kw/h，設(shè)備自耗80kw/h，年耗電 80*8000 = 64 萬 kw/h，年綜合節(jié)約電能110+520-64 = 566 萬 kw/h，折合金額566 X0. 55元/kw. h = 311. 3 萬元 / 年。本實(shí)施例的工作過程如下煉鐵高爐沖渣水從熱源入口 111進(jìn)入換熱器1，經(jīng)過熱交換后從熱源出口 112流出。液態(tài)的制冷劑通過換熱器1時(shí)，經(jīng)熱交換吸熱變成70°C左右的氣態(tài)，當(dāng)壓力傳感器52檢測的壓強(qiáng)達(dá)到0. 時(shí)，壓力傳感器52向控制器53發(fā)出信號(hào)， 控制器53打開閥門51。氣態(tài)的制冷劑推動(dòng)汽輪機(jī)21，汽輪機(jī)21通過減速機(jī)23帶動(dòng)發(fā)電機(jī)22發(fā)電，氣態(tài)的制冷劑推動(dòng)汽輪機(jī)21做功時(shí)，氣態(tài)的制冷劑會(huì)有部分凝結(jié)呈液態(tài)，然后經(jīng)過冷凝器3的進(jìn)一步冷凝全部轉(zhuǎn)換為液態(tài)，再由制冷劑泵4將液態(tài)的制冷劑從制冷劑入口 13送入換熱器1，從而實(shí)現(xiàn)制冷劑的循環(huán)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于上述實(shí)施方式，凡是屬于本發(fā)明原理的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下進(jìn)行的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，其特征在于它包括換熱器(1)、汽輪發(fā)電機(jī)O)、冷凝器(3)和制冷劑泵(4)，所述換熱器(1)設(shè)有熱源出口(111)、熱源入口(112)、制冷劑出口(12)和制冷劑入口(13)，所述制冷劑出口(12)與汽輪發(fā)電機(jī)(2)相連，所述汽輪發(fā)電機(jī) O)、冷凝器(3)和制冷劑泵⑷依次相連，所述制冷劑泵⑷的出口與制冷劑入口(13)相連，所述換熱器(1)通過從熱源入口(11 流過的熱源的熱量將液態(tài)的制冷劑汽化推動(dòng)所述汽輪發(fā)電機(jī)( 進(jìn)行發(fā)電，所述冷凝器C3)將推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)后的制冷劑冷凝并輸出至制冷劑泵G)，所述制冷劑泵(4)將冷凝的制冷劑送回至熱源入口(112)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，其特征在于所述汽輪發(fā)電機(jī)(2) 包括汽輪機(jī)和由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)(22)，所述汽輪機(jī)與制冷劑出口(12) 相連，所述制冷劑出口(1 輸出的汽化制冷劑推動(dòng)汽輪機(jī)(21)，通過汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)02)進(jìn)行發(fā)電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，其特征在于它還包括設(shè)于制冷劑出口(12)與汽輪機(jī)之間閥門(51)，所述閥門(51)前側(cè)設(shè)有用于檢測輸出制冷劑壓強(qiáng)的壓力傳感器(52)，且閥門(51)受控制器(5 控制，所述壓力傳感器(5 檢測管道內(nèi)的氣態(tài)的制冷劑的壓強(qiáng)并輸出至控制器(53)，所述控制器(5 在氣態(tài)的制冷劑的壓強(qiáng)超過設(shè)定壓強(qiáng)時(shí)打開閥門(51)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，其特征在于所述汽輪機(jī)為超高速汽輪機(jī)，且所述汽輪機(jī)通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)02)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，其特征在于所述發(fā)電機(jī)02)為雙饋型異步發(fā)電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，其特征在于所述換熱器(1)為直管式換熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，其特征在于所述制冷劑泵(4)為屏蔽泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，其特征在于所述制冷劑泵(4) 為屏蔽泵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中低溫?zé)崮芑厥瞻l(fā)電裝置，它包括換熱器、汽輪發(fā)電機(jī)、冷凝器和制冷劑泵，所述換熱器設(shè)有熱源出口、熱源入口、制冷劑出口和制冷劑入口，所述制冷劑出口與汽輪發(fā)電機(jī)相連，所述汽輪發(fā)電機(jī)、冷凝器和制冷劑泵依次相連，所述制冷劑泵的出口與制冷劑入口相連，所述換熱器通過從熱源入口流過的熱源的熱量將液態(tài)的制冷劑汽化推動(dòng)所述汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，所述冷凝器將推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)后的制冷劑冷凝并輸出至制冷劑泵，所述制冷劑泵將冷凝的制冷劑送回至熱源入口。本發(fā)明可以利用廢棄的中低溫?zé)崮馨l(fā)電，具有能源轉(zhuǎn)換率高、適用性好、輸出穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01K27/00GK102373973SQ20101025106
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者王石柱 申請(qǐng)人:上海尚實(shí)能源科技有限公司