一種有機(jī)朗肯-斯特林機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源與動力技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種有機(jī)朗肯-斯特林機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]斯特林發(fā)動機(jī)是倫敦的牧師羅巴特.斯特林(Robert.Stirling)于1816年發(fā)明的，所以命名為“斯特林發(fā)動機(jī)”(Stirling engine)。斯特林發(fā)動機(jī)是獨(dú)特的熱機(jī)，因?yàn)樗麄儗?shí)際上的效率幾乎等于理論最大效率，稱為卡諾循環(huán)效率。斯特林發(fā)動機(jī)是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產(chǎn)生動力的。這是一種外燃發(fā)動機(jī)，使燃料連續(xù)地燃燒，蒸發(fā)的膨脹氫氣(或氦氣)作為動力氣體使活塞運(yùn)動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復(fù)地進(jìn)行這樣的循環(huán)過程。由于外燃機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的震爆做功問題，從而實(shí)現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染和低運(yùn)行成本。
[0003]有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle，簡稱ORC)是以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，主要由余熱鍋爐(或換熱器)、透平、冷凝器和工質(zhì)泵四大部套組成。有機(jī)工質(zhì)在換熱器中從余熱流中吸收熱量，生成具一定壓力和溫度的蒸汽，蒸汽進(jìn)入透平機(jī)械膨脹做功，從而帶動發(fā)電機(jī)或拖動其它動力機(jī)械。從透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷卻水放熱，凝結(jié)成液態(tài)，最后借助工質(zhì)泵重新回到換熱器，如此不斷地循環(huán)下去。
[0004]有機(jī)朗肯循環(huán)是一種被認(rèn)為能有效利用中低溫?zé)崮艿募夹g(shù)。盡管對有機(jī)朗肯循環(huán)的研宄已有很多，但到目前為止，系統(tǒng)整體方面尚未得到全面優(yōu)化，系統(tǒng)整體利用效率較低。例如，做功后排出的乏汽絕大部分能量經(jīng)冷凝器放熱，熱量由冷卻水帶走后散失到空氣中。
[0005]因此如何利用熱力循環(huán)的熱力學(xué)基本定律，借鑒現(xiàn)有復(fù)合循環(huán)的組織思路及創(chuàng)新方法，尋找新的復(fù)合循環(huán)方法及理論，提高中低溫?zé)崮艿睦眯?，具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種有機(jī)朗肯-斯特林機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)及其使用方法，對有機(jī)朗肯循環(huán)加以改進(jìn)，利用斯特林機(jī)回收有機(jī)朗肯循環(huán)中乏汽的部分熱量，從而實(shí)現(xiàn)有效提高整個熱力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的熱效率的目的。
[0007]一種有機(jī)朗肯-斯特林機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其工質(zhì)儲液罐、工質(zhì)泵、工質(zhì)蒸發(fā)器、熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、斯特林機(jī)熱腔換熱器、工質(zhì)冷凝器和工質(zhì)儲液罐順次相連構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)回路；儲水箱、給水泵、斯特林機(jī)冷腔換熱器、工質(zhì)冷凝器、冷卻塔和儲水箱順次相連構(gòu)成冷卻水循環(huán)回路；所述斯特林機(jī)熱腔換熱器和斯特林機(jī)冷腔換熱器分別與斯特林機(jī)相連；所述熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備和斯特林機(jī)分別與其對應(yīng)的發(fā)電機(jī)相連。
[0008]所述熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備為透平機(jī)或膨脹機(jī)等其他形式的熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備。
[0009]所述工質(zhì)蒸發(fā)器設(shè)置一個或多個，多個工質(zhì)蒸發(fā)器之間采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式連接。
[0010]所述工質(zhì)冷凝器設(shè)置一個或多個，多個工質(zhì)冷凝器之間采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式連接。
[0011]所述斯特林機(jī)熱腔換熱器和斯特林機(jī)冷腔換熱器分別采用公知的成熟技術(shù)配套。
[0012]本發(fā)明中未說明的設(shè)備、管道、儀表、閥門、保溫裝置等分別采用公知的成熟技術(shù)進(jìn)行配套。
[0013]一種有機(jī)朗肯-斯特林機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的使用方法，包括如下步驟:
[0014]有機(jī)朗肯循環(huán):儲存于工質(zhì)儲液罐中的液態(tài)有機(jī)工質(zhì)，經(jīng)過工質(zhì)泵送入蒸發(fā)器后吸收熱量，產(chǎn)生的有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，從熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備排出的乏汽與斯特林機(jī)熱腔換熱器進(jìn)行換熱，加熱斯特林機(jī)熱腔內(nèi)的氣體，再進(jìn)入工質(zhì)冷凝器冷卻形成液態(tài)有機(jī)工質(zhì)回到工質(zhì)儲液中，從而形成有機(jī)朗肯循環(huán)回路；
[0015]冷卻水循環(huán):儲水箱中的水經(jīng)過給水泵送入斯特林機(jī)冷腔換熱器進(jìn)行換熱，冷卻斯特林機(jī)冷腔內(nèi)的氣體，再進(jìn)入工質(zhì)冷凝器冷卻工質(zhì)，最后經(jīng)過冷卻塔釋放熱量后回到儲水箱中，從而形成冷卻水循環(huán)回路；
[0016]斯特林機(jī)循環(huán):斯特林機(jī)熱腔內(nèi)的氣體通過斯特林機(jī)熱腔換熱器吸收熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備排出的乏汽的熱量，變成高溫氣體，對外做功后進(jìn)入斯特林機(jī)冷腔內(nèi)，通過斯特林機(jī)冷腔換熱器進(jìn)行冷卻，變成低溫氣體，再回到斯特林機(jī)熱腔內(nèi)，從而形成斯特林機(jī)循環(huán)；在此循環(huán)過程中，通過連接于斯特林機(jī)冷熱腔體的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0017]所述的斯特林機(jī)連接有機(jī)朗肯循環(huán)回路及冷卻水循環(huán)回路，斯特林機(jī)熱腔吸收有機(jī)朗肯循環(huán)回路的熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備排出的乏汽的熱量，斯特林機(jī)冷腔向冷卻水釋放熱量。
[0018]在有機(jī)朗肯循環(huán)中采用單一組分的有機(jī)工質(zhì)或有機(jī)工質(zhì)的混合物作為循環(huán)介質(zhì)。
[0019]所述斯特林機(jī)采用空氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、氮?dú)夂脱鯕庵械囊环N以上作為斯特林機(jī)循環(huán)介質(zhì)。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:
[0021]本發(fā)明充分結(jié)合當(dāng)今現(xiàn)有的有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)及斯特林機(jī)，將熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備出口的乏汽通過斯特林機(jī)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)電能，提高整體系統(tǒng)的熱效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明有機(jī)朗肯-斯特林機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖中標(biāo)號:1_工質(zhì)儲液罐、2-工質(zhì)泵、3-工質(zhì)蒸發(fā)器、4-熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、5，11-發(fā)電機(jī)、6-斯特林機(jī)、6-1-斯特林機(jī)熱腔換熱器、6-2-斯特林機(jī)冷腔換熱器、7-工質(zhì)冷凝器、8-冷卻塔、9-儲水箱、10-給水泵。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明提供了一種有機(jī)朗肯-斯特林機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)及其使用方法，下面接和附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0025]如圖1所示，一種有機(jī)朗肯-斯特林機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其工質(zhì)儲液罐1、工質(zhì)泵2、工質(zhì)蒸發(fā)器3、熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備4、斯特林機(jī)熱腔換熱器6-1、工質(zhì)冷凝器7和工質(zhì)儲液罐I順次相連構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)回路；儲水箱9、給水泵10、斯特林機(jī)冷腔換熱器6-2、工質(zhì)冷凝器7、冷卻塔8和儲水箱9順次相連構(gòu)成冷卻水循環(huán)回路；所述斯特林機(jī)熱腔換熱器6-1和斯特林機(jī)冷腔換熱器6-2分別與斯特林機(jī)6