一種氣液混合回收的低品質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)低品質(zhì)余熱回收領(lǐng)域，尤其涉及一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)低品質(zhì)廢氣、廢水聯(lián)合，有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]朗肯循環(huán)是指一種理想的簡(jiǎn)單的水蒸氣動(dòng)力循環(huán)，有鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器和水栗組成。其簡(jiǎn)要工作原理如下:水在鍋爐和過(guò)熱器中吸熱，由飽和水變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽；過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹，對(duì)外做功；在汽輪機(jī)出口，過(guò)熱蒸汽變?yōu)榈蛪簼裾羝?，進(jìn)入冷凝器對(duì)冷卻水放熱冷凝至飽和水；水栗消耗外功，將凝結(jié)水升壓送回鍋爐，完成動(dòng)力循環(huán)。有機(jī)朗肯循環(huán)在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上，使用低沸點(diǎn)制冷劑作為循環(huán)工質(zhì)完成動(dòng)力循環(huán)。
[0003]有機(jī)朗肯循環(huán)雖然在工業(yè)余熱回收領(lǐng)域有廣泛運(yùn)用，但是發(fā)明人在發(fā)明此系統(tǒng)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在以下問(wèn)題:
[0004]1.沒(méi)有采用環(huán)保工質(zhì)，不能滿足環(huán)保要求。
[0005]2.余熱回收功能單一，未能針對(duì)廢氣、廢水聯(lián)合回收。
[0006]3.系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，針對(duì)某一類(lèi)型熱源，未能使用先進(jìn)計(jì)算和校驗(yàn)方法。
[0007]4.自動(dòng)化程度不高，系統(tǒng)對(duì)熱源變化，冷源變化適應(yīng)性不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種氣液混合回收的低品質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)及控制方法，解決現(xiàn)有有機(jī)朗肯循環(huán)的余熱回收功能單一、計(jì)算和校驗(yàn)方法落后、對(duì)熱源變化，冷源變化適應(yīng)性不強(qiáng)的問(wèn)題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種氣液混合回收的低品質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括控制器、熱源循環(huán)回路、工質(zhì)循環(huán)回路和冷源循環(huán)回路，所述熱源循環(huán)回路和工質(zhì)循環(huán)回路通過(guò)蒸發(fā)器進(jìn)行熱量交換，所述工質(zhì)循環(huán)回路和冷卻液循環(huán)回路通過(guò)冷凝器進(jìn)行熱量交換；所述控制器用于控制各個(gè)循環(huán)回路中閥門(mén)和栗的工作；所述熱源循環(huán)回路包括廢氣制熱循環(huán)回路和廢水制熱循環(huán)回路，所述廢氣制熱循環(huán)回路包括壓力水箱、熱水循環(huán)栗和煙氣換熱器，加壓水在壓力水箱的作用下被熱水循環(huán)栗打入煙氣換熱器與熱源尾氣發(fā)生熱交換，提高溫度并作為高溫?zé)嵩催M(jìn)入蒸發(fā)器的高溫?zé)嵩垂艿溃鰪U水制熱循環(huán)回路中熱源廢水作為低溫?zé)嵩粗苯舆M(jìn)入蒸發(fā)器的低溫?zé)嵩垂艿?；工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)先與低溫?zé)嵩催M(jìn)行熱交換，再與高溫?zé)嵩催M(jìn)行熱交換，所述蒸發(fā)器的工質(zhì)出口連接膨脹機(jī)的工質(zhì)進(jìn)口，所述膨脹機(jī)對(duì)外做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從所述膨脹機(jī)流出的工質(zhì)經(jīng)過(guò)冷凝器進(jìn)入工質(zhì)栗，從所述工質(zhì)栗流出的工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器工質(zhì)進(jìn)口。
[0010]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，還包括電動(dòng)球閥，所述電動(dòng)球閥設(shè)置于蒸發(fā)器與膨脹機(jī)之間的工質(zhì)回路中，用于控制膨脹機(jī)進(jìn)氣。
[0011 ] 在本發(fā)明的再一種優(yōu)選實(shí)施方式中，還包括電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥所在的工質(zhì)旁路使進(jìn)入膨脹機(jī)的工質(zhì)分流，所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工質(zhì)入口與電動(dòng)球閥的工質(zhì)入口并聯(lián)，所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工質(zhì)出口與膨脹機(jī)的工質(zhì)出口并聯(lián)。
[0012]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，還包括潤(rùn)滑油循環(huán)回路，所述潤(rùn)滑油循環(huán)回路包括油箱、油栗、溫度傳感器、三通恒溫閥、油冷器、油分配、過(guò)濾器和油氣分離器；所述油箱的出油口與油栗的進(jìn)油口相連，油栗的出油口與三通恒溫閥的進(jìn)油口相連，三通恒溫閥的第一出油口與油分配器的入口相連，三通恒溫閥的第二出油口與油冷器的進(jìn)油口相連，油冷器的出油口與油分配器的入口相連，所述油分配器的出油口與膨脹機(jī)軸承、軸封和平衡活塞的進(jìn)油口相連，所述膨脹機(jī)軸承、軸封和平衡活塞的出油口與油箱的進(jìn)口相連；所述膨脹機(jī)的工質(zhì)蒸汽出口經(jīng)電磁閥與油箱內(nèi)的加熱管路相連；所述溫度傳感器檢測(cè)油溫并傳輸給控制器，所述控制器根據(jù)溫度傳感的信號(hào)控制三通恒溫閥和電磁閥的工作；所述潤(rùn)滑油從油箱里出來(lái)，經(jīng)油栗升壓到三通恒溫閥，溫度傳感器檢測(cè)油溫，當(dāng)溫度正常，則控制器控制三通恒溫閥的第一出油口打開(kāi)第二出油口關(guān)閉，潤(rùn)滑油進(jìn)入油分配器；當(dāng)溫度過(guò)高，則控制器控制三通恒溫閥的第一出油口關(guān)閉第二出油口打開(kāi)，潤(rùn)滑油經(jīng)油冷器冷卻后進(jìn)入油分配器，所述油分配器分配一定油量進(jìn)入膨脹機(jī)軸承、軸封和平衡活塞，潤(rùn)滑后回到油箱；如果潤(rùn)滑油油溫過(guò)低，則控制器控制電磁閥打開(kāi)，從膨脹機(jī)出來(lái)的有機(jī)工質(zhì)蒸汽經(jīng)電磁閥進(jìn)入油箱加熱，經(jīng)油氣分離器回到工質(zhì)主循環(huán)系統(tǒng)，分離出來(lái)的油經(jīng)單向閥回到油箱。
[0013]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述工質(zhì)栗為變頻工質(zhì)栗，通過(guò)變頻工質(zhì)栗調(diào)節(jié)循環(huán)工質(zhì)流量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0014]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種氣液混合回收的低品質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，啟動(dòng)過(guò)程包括如下步驟:
[0015]S1，控制器啟動(dòng)余熱發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)A秒啟動(dòng)循環(huán)水栗，經(jīng)過(guò)B秒啟動(dòng)有機(jī)工質(zhì)栗，經(jīng)過(guò)C秒啟動(dòng)冷卻水栗，經(jīng)過(guò)D秒啟動(dòng)油栗，所述A、B、C、D為正數(shù)；
[0016]S2，壓力檢測(cè)傳感器檢測(cè)膨脹機(jī)進(jìn)口壓力數(shù)值，溫度傳感器檢測(cè)膨脹機(jī)進(jìn)口溫度數(shù)值，當(dāng)壓力值、溫度值滿足設(shè)定范圍時(shí)，關(guān)閉電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，逐漸打開(kāi)電動(dòng)球閥，在打開(kāi)電動(dòng)球閥過(guò)程中始終保持工質(zhì)壓力值、溫度值在設(shè)定范圍內(nèi)；
[0017]S3，膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，當(dāng)發(fā)電機(jī)指標(biāo)達(dá)標(biāo)后發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電；
[0018]S4，電流傳感器檢測(cè)發(fā)電機(jī)電流大小并傳輸給控制器，當(dāng)發(fā)電過(guò)程中發(fā)電機(jī)電流變小則有機(jī)工質(zhì)栗變頻器頻率減少，控制器增加進(jìn)入蒸發(fā)器的工質(zhì)量，并滿足工質(zhì)壓力值、工質(zhì)溫度值在設(shè)定范圍內(nèi)；當(dāng)不能調(diào)節(jié)時(shí)，發(fā)出報(bào)警；當(dāng)電流為負(fù)時(shí)，發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)；停機(jī)。
[0019]停止過(guò)程包括如下步驟:
[0020]S11，控制器停止余熱發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)，停勵(lì)磁；
[0021]S12，打開(kāi)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉電動(dòng)球閥，關(guān)閉循環(huán)水栗，；
[0022]S13，當(dāng)工質(zhì)出口溫度為X°C時(shí)，關(guān)閉工質(zhì)栗，F(xiàn)秒后冷卻水栗停止，所述X、F為；
[0023]S14，當(dāng)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速為0時(shí)，關(guān)閉油栗。
[0024]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0025]1.實(shí)現(xiàn)了廢氣、廢水的聯(lián)合利用，采用加壓水對(duì)煙氣(廢氣)換熱，不僅比傳統(tǒng)煙氣利用中使用的導(dǎo)熱油經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，還解決了水因?yàn)槌悍悬c(diǎn)低不能產(chǎn)生高品質(zhì)熱源的難題。系統(tǒng)蒸發(fā)器采用定制的六接頭板式換熱器，對(duì)缸套水(廢水)和加壓水聯(lián)合利用，蒸發(fā)環(huán)保有機(jī)工質(zhì)。
[0026]2.具有更高的環(huán)保性能，采用環(huán)保工質(zhì)R245fa，即使意外泄漏也不會(huì)對(duì)臭氧層進(jìn)行破壞，不會(huì)使工作人員中毒。
[0027]3.為熱源工況和冷卻環(huán)境變化對(duì)系統(tǒng)的影響開(kāi)發(fā)專門(mén)控制程序，比于傳統(tǒng)計(jì)算方法有數(shù)十倍的效率提升。
[0028]4.系統(tǒng)在控制中，采用了多類(lèi)傳感器，能夠在一定熱源波動(dòng)范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)有機(jī)工質(zhì)的流量，自動(dòng)適配熱力平衡，能夠克服因?yàn)榕蛎洐C(jī)發(fā)熱帶來(lái)的油溫不穩(wěn)，自動(dòng)調(diào)節(jié)潤(rùn)滑油溫度。
[0029]5.安全性高，系統(tǒng)中膨脹機(jī)前設(shè)有電動(dòng)球閥，當(dāng)用戶所用負(fù)荷減小，發(fā)電機(jī)超速時(shí)，可緊急關(guān)閉膨脹機(jī)進(jìn)氣，打開(kāi)旁路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，保護(hù)膨脹機(jī)和管路安全。
[0030]6.穩(wěn)定性好，由于系統(tǒng)變頻電動(dòng)機(jī)的選擇，當(dāng)熱源發(fā)生波動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)可依據(jù)蒸發(fā)器工質(zhì)出口過(guò)熱度對(duì)工質(zhì)循環(huán)量進(jìn)行增減，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0031]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0032]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0033]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；
[0034]圖2是本發(fā)明的開(kāi)機(jī)及自動(dòng)維持穩(wěn)定的流程圖；
[0035]圖3是本發(fā)明的故障和正常停機(jī)流程圖。
[0036]附圖標(biāo)記:
[0037]1.截止閥；2.循環(huán)水栗；3.煙氣換熱器；4.壓力水箱；5.管道過(guò)濾器；
[0038]6.六接口蒸發(fā)器；7.三通閥；8.電動(dòng)球閥；9.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；10.安全閥；
[0039]11.膨脹機(jī)；12.聯(lián)軸器；13.異步發(fā)電機(jī)；14.油分配座；15.油箱；
[0040]16.截止閥；17.油粗過(guò)濾器；18.油栗；19.三通恒溫閥；20.截止閥；
[0041]21.油冷卻器；22.截止閥；23.管道過(guò)濾器；24.截止閥；25.截止閥；
[0042]26.單向閥；27.油氣分離器；28.管殼式冷凝器；29.截止閥；
[0043]30.管道過(guò)濾器；31.工質(zhì)栗；32.單向閥；33.電磁閥；34.冷卻水栗；
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