一種復(fù)疊式有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)疊式有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，屬于能源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]人口的迅速增長(zhǎng)和工業(yè)化的快速發(fā)展導(dǎo)致能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)。解決能源短缺問(wèn)題已成為一個(gè)世界性的難題。目前，能源主要來(lái)自煤、石油、天然氣等，這些能源正在瀕臨枯竭，同時(shí)也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。眾所周知，燃燒化石然料排放的二氧化硫是造成酸雨的主要原因，排放的二氧化碳是導(dǎo)致全球變暖的主要原因。因此找到一種廉價(jià)、可再生且不造成環(huán)境污染的能源是人類(lèi)必然面臨的唯一選擇。
[0003]生物質(zhì)作為一種“零排放”、可再生、分布廣泛、使用形式多樣、資源豐富的可再生能源，在當(dāng)今能源領(lǐng)域占有十分重要的地位。我國(guó)是人口眾多的農(nóng)業(yè)國(guó)家，生物質(zhì)資源在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)重要的地位，其主要包括農(nóng)業(yè)及林產(chǎn)業(yè)廢棄物、畜牧養(yǎng)殖業(yè)糞便及城市含有可燃成分的固體廢物，據(jù)估計(jì)我國(guó)農(nóng)村僅稻草丟棄量便達(dá)到7億噸(熱值約為10.2 X 115KJ),林產(chǎn)業(yè)廢棄物近2億噸(熱值約為3.1X1i5KJ),尚有大量的稻草、秸桿等農(nóng)業(yè)廢棄物。若這些廢棄物不合理加以回收利用，便會(huì)成為污染環(huán)境的有害物質(zhì)。農(nóng)業(yè)及林產(chǎn)業(yè)生物質(zhì)在生長(zhǎng)過(guò)程中需吸收CO2進(jìn)行光合作用，這類(lèi)生物質(zhì)的能源利用與轉(zhuǎn)化系統(tǒng)不會(huì)造成地球大氣中CO2總量的增加，因此較好利用生物質(zhì)能是節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的有利途徑。
[0004]與水/水蒸汽朗肯循環(huán)相比，ORC技術(shù)具有效率高、裝機(jī)容量范圍廣、運(yùn)行成本低及運(yùn)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)；鏈條爐具有制造成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，燃燒穩(wěn)定，運(yùn)行安全可靠、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明燃燒設(shè)備采用生物質(zhì)成型顆粒燃料鏈條爐作為動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源。有機(jī)朗肯循環(huán)由于采用了低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，其在熱能回收性能上與傳統(tǒng)水/水蒸汽有機(jī)朗肯循環(huán)相比具有更高的熱效率，設(shè)備也更為簡(jiǎn)單，有效地處理生物質(zhì)廢棄物，同時(shí)將其所具有的能量有效利用起來(lái)，有望成為解決對(duì)一些不宜集中供電或電力供應(yīng)不足地區(qū)提供電力，如山區(qū)、牧區(qū)、零星島嶼、散居農(nóng)家、偏遠(yuǎn)地質(zhì)公園、對(duì)供電安全要求極高的軍事基地等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題及不足，本發(fā)明提供一種復(fù)疊式有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將生物質(zhì)燃料所具有的能量有效地利用起來(lái)，同時(shí)該系統(tǒng)采用雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)，在實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用的同時(shí)提高效率，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0006]—種復(fù)疊式有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燃燒和導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)、高溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、低溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；
所述燃燒和導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)包括排煙風(fēng)機(jī)1、煙囪2、送風(fēng)機(jī)3、空氣預(yù)熱器4、生物質(zhì)導(dǎo)熱油鏈條爐5、導(dǎo)熱油預(yù)熱器6和連接管道，送風(fēng)機(jī)3中的燃燒空氣出口依次連接空氣預(yù)熱器4、導(dǎo)熱油鏈條爐5，導(dǎo)熱油鏈條爐5連接導(dǎo)熱油預(yù)熱器6進(jìn)油口，導(dǎo)熱油鏈條爐5煙氣出口依次連接導(dǎo)熱油預(yù)熱器6、空氣預(yù)熱器4、排煙風(fēng)機(jī)I和煙囪2 ;
所述高溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括蒸發(fā)器7、預(yù)熱器8、高溫級(jí)透平9、發(fā)電機(jī)I 10、高溫級(jí)回?zé)崞?1、冷凝蒸發(fā)器19、高溫級(jí)工質(zhì)加壓栗20和連接管道，導(dǎo)熱油鏈條爐5中的導(dǎo)熱油出口連接蒸發(fā)器7，蒸發(fā)器7經(jīng)放熱的導(dǎo)熱油出口連接預(yù)熱器8后通過(guò)導(dǎo)熱油循環(huán)栗21返回到導(dǎo)熱油預(yù)熱器6中，蒸發(fā)器7中的蒸汽工質(zhì)連接高溫級(jí)透平9，高溫級(jí)透平9連接發(fā)電機(jī)I 10，高溫級(jí)透平9乏氣出口連接高溫級(jí)回?zé)崞?1、冷凝蒸發(fā)器19，高溫級(jí)透平9部分做功連接高溫級(jí)工質(zhì)加壓栗20，冷凝蒸發(fā)器19中的液體工質(zhì)出口通過(guò)高溫級(jí)工質(zhì)加壓栗20依次連接預(yù)熱器8和蒸發(fā)器7 ;
所述低溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括低溫級(jí)透平12、發(fā)電機(jī)II 13、凝結(jié)器16、低溫級(jí)工質(zhì)加壓栗17和低溫級(jí)回?zé)崞?8，冷凝蒸發(fā)器19的低溫蒸汽工質(zhì)出口依次連接低溫級(jí)透平12、發(fā)電機(jī)II 13，低溫級(jí)透平12部分功連接低溫級(jí)工質(zhì)加壓栗17，低溫級(jí)透平12乏汽出口依次連接低溫級(jí)回?zé)崞?8、凝結(jié)器16，凝結(jié)器16低溫液體工質(zhì)通過(guò)低溫級(jí)工質(zhì)加壓栗17依次連接低溫級(jí)回?zé)崞?8和冷凝蒸發(fā)器19 ;
所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)包括冷卻塔14、冷卻水栗15和連接管道，冷卻塔14冷卻水出口通過(guò)冷卻水栗15連接凝結(jié)器16。
[0007]所述高溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)工質(zhì)采用六甲基二硅氧烷、八甲基環(huán)三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基戊硅氧烷、十四甲基六硅氧烷、苯、甲苯、乙苯、正丙苯、丁苯、環(huán)己烷中一種純工質(zhì)或其中任意兩種及以上工質(zhì)組成的混合溶液。
[0008]所述低溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中采用五氟丙烷(R245 f a )、氟利昂(R12 3 )、丙烷(R290)、四氟乙烷(R134a)、R143a、丁烷中一種純工質(zhì)或其中兩種任意比例及以上工質(zhì)組成的混合溶液，且加入CU-A1203混合納米粒子形成納米循環(huán)工質(zhì)。
[0009]所述空氣預(yù)熱器4、導(dǎo)熱油預(yù)熱器6、蒸發(fā)器7、預(yù)熱器8、高溫級(jí)回?zé)崞?1、凝結(jié)器16、低溫級(jí)回?zé)崞?6和冷凝蒸發(fā)器19均采用板式換熱器。
[0010]該系統(tǒng)的工作原理為:
1、燃燒和導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng):燃燒空氣在送風(fēng)機(jī)3里被加壓后，經(jīng)空氣預(yù)熱器4預(yù)熱，送入生物質(zhì)導(dǎo)熱油鏈條爐5，導(dǎo)熱油預(yù)熱器6中的導(dǎo)熱油進(jìn)入到生物質(zhì)導(dǎo)熱油鏈條爐5中吸收生物質(zhì)燃料燃燒釋放的熱量然后依次進(jìn)入到蒸發(fā)器7中加熱有機(jī)工質(zhì)形成蒸汽、預(yù)熱器8中預(yù)熱有機(jī)工質(zhì)，降溫后的導(dǎo)熱油通過(guò)導(dǎo)熱油循環(huán)栗21重新回到導(dǎo)熱油預(yù)熱器6中完成循環(huán)，同時(shí)生物質(zhì)導(dǎo)熱油鏈條爐5產(chǎn)生的煙氣預(yù)熱導(dǎo)熱油預(yù)熱器6中的導(dǎo)熱油后通過(guò)排煙風(fēng)機(jī)I排出；
2、高溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng):蒸發(fā)器7中加熱有機(jī)工質(zhì)形成蒸汽后流入高溫級(jí)透平9中膨脹做功，高溫級(jí)透平9輸出軸功，一部分帶動(dòng)發(fā)電機(jī)I 10轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，另一部分帶動(dòng)高溫級(jí)工質(zhì)加壓栗20加壓高溫級(jí)有機(jī)工質(zhì)，從高溫級(jí)透平9出來(lái)后的乏汽進(jìn)入高溫級(jí)回?zé)崞?1釋放熱量預(yù)熱從高溫級(jí)工質(zhì)加壓栗20出來(lái)的有機(jī)工質(zhì)，然后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器19冷凝成液體，接著從冷凝蒸發(fā)器19出來(lái)后經(jīng)過(guò)高溫級(jí)工質(zhì)加壓栗20加壓后進(jìn)入高溫級(jí)回?zé)崞?1吸收乏汽的熱量升溫后進(jìn)入預(yù)熱器8吸收導(dǎo)熱油的熱量后，進(jìn)入蒸發(fā)器7使有機(jī)工質(zhì)成為可以做功的蒸汽，完成高溫級(jí)循環(huán)；
3、低溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng):冷凝蒸發(fā)器19中吸收了高溫級(jí)有機(jī)工質(zhì)的熱量的低溫級(jí)有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入低溫級(jí)透平12膨脹做功，低溫級(jí)透平12輸出軸功，一部分帶動(dòng)發(fā)電機(jī)II 13轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，另一部分帶動(dòng)低溫級(jí)工質(zhì)加壓栗17加壓低溫級(jí)有機(jī)工質(zhì)，從低溫級(jí)透平12出來(lái)后的乏汽進(jìn)入低溫級(jí)回?zé)崞?8釋放熱量預(yù)熱從低溫級(jí)工質(zhì)加壓栗17出來(lái)的有機(jī)工質(zhì)，然后進(jìn)入凝結(jié)器16冷凝成為液體，接著從凝結(jié)器16出來(lái)后經(jīng)過(guò)低溫級(jí)工質(zhì)加壓栗17加壓后進(jìn)入低溫級(jí)回?zé)崞?1吸收乏汽的熱量升溫后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器19吸收高溫級(jí)乏汽的熱量使有機(jī)工質(zhì)成為可以做功的蒸汽，完成低溫級(jí)循環(huán)；
4、冷卻水循環(huán)系統(tǒng):從冷卻塔14出來(lái)的冷卻水經(jīng)冷卻水栗15輸送至凝結(jié)器16對(duì)低溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)回路中的工質(zhì)進(jìn)行冷凝，之后返回冷卻塔14的布水管，經(jīng)過(guò)冷卻后進(jìn)入塔底集水盤(pán)，完成一個(gè)循環(huán)。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
(1)采用的燃燒工質(zhì)為生物質(zhì)燃料，降低了有害物質(zhì)C0X、SOx的產(chǎn)生與排放；
(2)采用了復(fù)疊式有機(jī)朗肯循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)燃料的梯級(jí)利