專利名稱：一種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫?zé)煔庥酂崂眉夹g(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煙氣余熱作為ー種燃料燃燒后剩下的熱源，廣泛存在于水泥、鋼鐵、化工、電カ等行業(yè)。其中對(duì)于高中溫?zé)煔庥酂岬睦靡驯粡V泛研究，但是由于溫度在300°C以下的煙氣的能源品位較低，因而開發(fā)難度較大。目前針對(duì)低溫?zé)煔庥酂崂玫难芯恐饾u展開，其中有機(jī)朗肯循環(huán)使用有機(jī)物作為エ質(zhì)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，可回收不同溫度范圍的低溫?zé)崮芏粡V泛的使用。目前提出的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的余熱發(fā)電系統(tǒng)，基本上都是通過(guò)連接發(fā)電機(jī)與膨 脹機(jī)，由膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，但是由于電網(wǎng)以及各種用電設(shè)備對(duì)電源的品質(zhì)有著嚴(yán)格的要求，因此對(duì)于煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，需要調(diào)節(jié)發(fā)電質(zhì)量，以保證發(fā)電頻率在50Hz附近，符合電網(wǎng)的要求。而在目前針對(duì)基于有機(jī)朗肯循環(huán)的煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的研究中，對(duì)發(fā)電頻率的調(diào)節(jié)研究還未深入。對(duì)于大型同步發(fā)電廠，例如火電廠、水電廠，一般采用負(fù)荷頻率控制，以火電廠為例，由于通過(guò)増加或減少燃料量很容易控制發(fā)電機(jī)組的輸出功率，因此可以保持功率與負(fù)荷的平衡，使頻率穩(wěn)定。但是對(duì)于余熱發(fā)電系統(tǒng)，由于煙氣余熱資源一般是某個(gè)エ業(yè)過(guò)程的副產(chǎn)品，其溫度與流量會(huì)隨著工業(yè)過(guò)程的變化而不斷改變，因此為了深度利用煙氣余熱，難以通過(guò)主動(dòng)控制余熱能源，調(diào)整煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，這導(dǎo)致傳統(tǒng)電廠的負(fù)荷一頻率控制方式無(wú)法有效應(yīng)用于煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)對(duì)余熱資源的利用，當(dāng)煙氣入口溫度與流量處于某ー穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)有機(jī)エ質(zhì)的蒸發(fā)壓カ和出口溫度會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)煙氣余熱利用的效率，因此蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)壓カ和出ロ溫度是體現(xiàn)余熱利用效率的關(guān)鍵參數(shù)，需要控制在合適的范圍。在現(xiàn)有的方案中，蒸發(fā)器出口管道與膨脹機(jī)入口直接相連，若膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，僅通過(guò)增壓泵無(wú)法同時(shí)控制蒸發(fā)壓カ與出口溫度的大小，因此在蒸發(fā)器和膨脹機(jī)之間設(shè)置了調(diào)壓閥，結(jié)合增壓泵調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中蒸發(fā)器出口溫度與蒸發(fā)壓力。然而，膨脹機(jī)前的閥門會(huì)引起節(jié)流損失，導(dǎo)致余熱發(fā)電系統(tǒng)效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中提到現(xiàn)有煙氣余熱利用系統(tǒng)發(fā)電效率低、存在節(jié)流損失和發(fā)電頻率不易調(diào)節(jié)等不足，本發(fā)明提出了一種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)利用鍋爐煙氣的熱量發(fā)電，其特征是該系統(tǒng)包括儲(chǔ)液器I、增壓泵2、蒸發(fā)器3、膨脹機(jī)4、冷凝器5、風(fēng)機(jī)6、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7和煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8 ；所述蒸發(fā)器3的煙氣側(cè)管道入口接入鍋爐煙氣；煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8和蒸發(fā)器3并聯(lián)接入鍋爐煙氣；蒸發(fā)器3的エ質(zhì)側(cè)管道出口和膨脹機(jī)4的入口連接；膨脹機(jī)4的軸和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7的傳動(dòng)軸連接；膨脹機(jī)4的出口和冷凝器5的入口連接；冷凝器5的外部和風(fēng)機(jī)6連接；冷凝器5的出口和儲(chǔ)液器I入口連接；儲(chǔ)液器I的出口和增壓泵2的入口連接；增壓泵2的出口和蒸發(fā)器3的エ質(zhì)側(cè)管道入口連接；所述儲(chǔ)液器I用于儲(chǔ)存有機(jī)エ質(zhì)；所述增壓泵2用于控制進(jìn)入蒸發(fā)器3的有機(jī)エ質(zhì)的流量；所述蒸發(fā)器3用于有機(jī)エ質(zhì)與煙氣相互間的換熱；所述膨脹機(jī)4用于有機(jī)エ質(zhì)膨脹做功，使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；所述冷凝器5用于對(duì)有機(jī)エ質(zhì)的降溫與凝結(jié)； 所述風(fēng)機(jī)6用于產(chǎn)生使エ質(zhì)冷卻的空氣；所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7用于將膨脹機(jī)4的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并控制膨脹機(jī)4的轉(zhuǎn)速以及調(diào)節(jié)發(fā)電頻率；所述煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8用于在煙氣流量超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)值時(shí)排出多余的煙氣；所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7包括雙饋異步發(fā)電機(jī)9、轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10、直流鏈電容器
11、網(wǎng)側(cè)PWM變換器12和變壓器13 ；雙饋異步發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)軸與膨脹機(jī)4的軸連接,雙饋異步發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)子繞組與轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10連接，定子繞組通過(guò)變壓器13與電網(wǎng)連接；轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10與直流鏈電容器11連接；直流鏈電容器11與網(wǎng)側(cè)PWM變換器12連接；網(wǎng)側(cè)PWM變換器12與變壓器13連接；變壓器13與電網(wǎng)連接；所述雙饋異步發(fā)電機(jī)9用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；所述轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10用于提供發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與發(fā)電頻率；所述直流鏈電容器11用于中間貯能；所述網(wǎng)側(cè)P麗變換器12用于控制變頻電源的輸入特性和確保直流母線電壓穩(wěn)定;所述變壓器13用于改變電壓。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(I)煙氣余熱利用發(fā)電系統(tǒng)可通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，改變發(fā)電機(jī)以及與其相連接的膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入膨脹機(jī)的エ質(zhì)流量，從而代替調(diào)節(jié)閥控制蒸發(fā)器出ロ的エ質(zhì)流量或壓カ，減少了因閥門存在而導(dǎo)致的節(jié)流損失。(2)煙氣余熱利用發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)交流變頻技術(shù)可以對(duì)系統(tǒng)發(fā)電頻率的進(jìn)行調(diào)節(jié)，使余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電頻率恒定，符合電網(wǎng)的要求，并實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)調(diào)整或并網(wǎng)無(wú)功功率控制。


圖I是基于變頻調(diào)速技術(shù)和有機(jī)朗肯循環(huán)的鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
本系統(tǒng)通過(guò)將電機(jī)的交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于煙氣余熱利用領(lǐng)域，通過(guò)雙PWM變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制，即通過(guò)改變雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流對(duì)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，從而改變發(fā)電機(jī)以及與其相連的膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變進(jìn)入膨脹機(jī)的エ質(zhì)流量，從而代替調(diào)節(jié)閥控制蒸發(fā)器出口的エ質(zhì)流量或蒸發(fā)壓力，減少閥門帶來(lái)的節(jié)流損失，同時(shí)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的情況下使余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電頻率恒定，符合電網(wǎng)的要求。其エ藝流程為在系統(tǒng)工作中，全部煙氣從鍋爐尾部煙道進(jìn)入到蒸發(fā)器3的煙氣側(cè)管道入口，在蒸發(fā)器3中與有機(jī)エ質(zhì)進(jìn)行換熱，然后從蒸發(fā)器3的煙氣側(cè)管道的出口流出；有機(jī)エ質(zhì)經(jīng)過(guò)增壓泵2的加壓，進(jìn)入蒸發(fā)器3エ質(zhì)側(cè)管道中，被煙氣加熱，經(jīng)歷了過(guò)冷、飽和、過(guò)熱三個(gè)階段后成為過(guò)熱蒸氣；之后有機(jī)エ質(zhì)過(guò)熱蒸氣進(jìn)入膨脹機(jī)4膨脹做功，使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，做功后的低壓乏氣進(jìn)入冷凝器5中經(jīng)風(fēng)機(jī)6散熱冷卻重新冷凝成液體后進(jìn)入儲(chǔ)液器1，再由增壓泵2加壓送入蒸發(fā)器3中，進(jìn)入下一輪循環(huán)；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7與膨脹 機(jī)4相連接，在工作中把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并對(duì)輸出的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換向電網(wǎng)輸出功率；煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8通過(guò)管道和蒸發(fā)器3并聯(lián)接入鍋爐煙氣。圖I是本發(fā)明基于變頻調(diào)速技術(shù)和有機(jī)朗肯循環(huán)的鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示，該系統(tǒng)的主要部件包括儲(chǔ)液器I、增壓泵2、蒸發(fā)器3、膨脹機(jī)4、冷凝器5、風(fēng)機(jī)6、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7及煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8。蒸發(fā)器3煙氣側(cè)管道的一端連接鍋爐煙氣入ロ，另一端連接尾部煙道；煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8通過(guò)管道和鍋爐煙氣入口連接，另一端通過(guò)管道連接尾部煙道；蒸發(fā)器3エ質(zhì)側(cè)管道入口和出口分別與增壓泵2出ロ和膨脹機(jī)4入口連接；膨脹機(jī)4出口和冷凝器5連接；冷凝器5外部與風(fēng)機(jī)6連接，冷凝器5管道出口和儲(chǔ)液器I入口連接；儲(chǔ)液器I的出口和增壓泵2的入口連接；增壓泵2的出口和蒸發(fā)器3エ質(zhì)側(cè)管道入口連接；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7的轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)軸與膨脹機(jī)4的軸連接，另ー側(cè)與電網(wǎng)連接。儲(chǔ)液器I用于儲(chǔ)存有機(jī)エ質(zhì)。增壓泵2用于控制進(jìn)入蒸發(fā)器的有機(jī)エ質(zhì)的流量。蒸發(fā)器3用于有機(jī)エ質(zhì)與煙氣相互間的換熱。膨脹機(jī)4用于有機(jī)エ質(zhì)膨脹做功使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。冷凝器5用于對(duì)有機(jī)エ質(zhì)的降溫與凝結(jié)。風(fēng)機(jī)6用于產(chǎn)生使エ質(zhì)冷卻的空氣流動(dòng)。煙氣旁路調(diào)節(jié)閥8用于在煙氣流量超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)值時(shí)排出多余的煙氣。該發(fā)電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)包括雙饋異步發(fā)電機(jī)9、轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10、直流鏈電容器11、網(wǎng)側(cè)PWM變換器12、變壓器13。雙饋異步發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)軸與膨脹機(jī)4的軸連接，轉(zhuǎn)子繞組與轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10連接，定子繞組通過(guò)變壓器13與電網(wǎng)連接；轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10與直流鏈電容器11連接；直流鏈電容器11與網(wǎng)側(cè)PWM變換器12連接；網(wǎng)側(cè)PWM變換器12與變壓器13連接；變壓器13與電網(wǎng)連接。雙饋異步發(fā)電機(jī)9用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10用于提供發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與發(fā)電頻率。直流鏈電容器11用于中間貯能環(huán)節(jié)。網(wǎng)側(cè)PWM變換器12用于控制變頻電源的輸入特性和確保直流母線電壓穩(wěn)定。變壓器13用于改變電壓，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與雙饋異步發(fā)電機(jī)9的定子繞組和網(wǎng)側(cè)PWM變換器12的連接。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7用于將膨脹機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并輸入電網(wǎng)，控制膨脹機(jī)4轉(zhuǎn)速以及調(diào)節(jié)發(fā)電頻率。即通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10和網(wǎng)側(cè)PWM變換器12實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)7與電網(wǎng)連接。網(wǎng)側(cè)PWM變換器12提供穩(wěn)定的直流母線電壓，轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器10提供雙饋異步發(fā)電機(jī)9轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流,通過(guò)對(duì)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，對(duì)雙饋異步發(fā)電機(jī)9的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，從而改變雙饋異步發(fā)電機(jī)9以及與其相連的膨脹機(jī)4的轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)控制勵(lì)磁電流的頻率，在雙饋異步發(fā)電機(jī)9轉(zhuǎn)速變化的情況下使余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電頻率恒定，符合電網(wǎng)的要求。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.ー種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)利用鍋爐煙氣的熱量發(fā)電，其特征是該系統(tǒng)包括儲(chǔ)液器(I)、增壓泵(2)、蒸發(fā)器(3)、膨脹機(jī)(4)、冷凝器(5)、風(fēng)機(jī)(6)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(7)和煙氣旁路調(diào)節(jié)閥(8); 所述蒸發(fā)器(3)的煙氣側(cè)管道入口接入鍋爐煙氣；煙氣旁路調(diào)節(jié)閥(8)和蒸發(fā)器(3)并聯(lián)接入鍋爐煙氣；蒸發(fā)器(3)的エ質(zhì)側(cè)管道出口和膨脹機(jī)(4)的入口連接；膨脹機(jī)(4)的軸和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(7)的傳動(dòng)軸連接；膨脹機(jī)(4)的出口和冷凝器(5)的入口連接；冷凝器(5)的外部和風(fēng)機(jī)(6 )連接；冷凝器(5 )的出口和儲(chǔ)液器(I)入口連接；儲(chǔ)液器(I)的出口和增壓泵(2)的入口連接；增壓泵(2)的出口和蒸發(fā)器(3)的エ質(zhì)側(cè)管道入口連接； 所述儲(chǔ)液器(I)用于儲(chǔ)存有機(jī)エ質(zhì)； 所述增壓泵(2)用于控制進(jìn)入蒸發(fā)器(3)的有機(jī)エ質(zhì)的流量； 所述蒸發(fā)器(3)用于有機(jī)エ質(zhì)與煙氣相互間的換熱； 所述膨脹機(jī)(4)用于有機(jī)エ質(zhì)膨脹做功，使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能； 所述冷凝器(5)用于對(duì)有機(jī)エ質(zhì)的降溫與凝結(jié)； 所述風(fēng)機(jī)(6)用于產(chǎn)生使エ質(zhì)冷卻的空氣； 所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(7)用于將膨脹機(jī)(4)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并控制膨脹機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速以及調(diào)節(jié)發(fā)電頻率； 所述煙氣旁路調(diào)節(jié)閥(8 )用于在煙氣流量超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)值時(shí)排出多余的煙氣； 所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(7)包括雙饋異步發(fā)電機(jī)(9)、轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器(10)、直流鏈電容器(11)、網(wǎng)側(cè)PWM變換器(12)和變壓器(13)； 雙饋異步發(fā)電機(jī)(9)的轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)軸與膨脹機(jī)(4)的軸連接,雙饋異步發(fā)電機(jī)(9)的轉(zhuǎn)子繞組與轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器(10)連接，定子繞組通過(guò)變壓器(13)與電網(wǎng)連接；轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器(10)與直流鏈電容器(11)連接；直流鏈電容器(11)與網(wǎng)側(cè)PWM變換器(12 )連接；網(wǎng)側(cè)PWM變換器(12)與變壓器(13)連接；變壓器(13)與電網(wǎng)連接； 所述雙饋異步發(fā)電機(jī)(9)用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能； 所述轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器(10)用于提供發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與發(fā)電頻率； 所述直流鏈電容器(11)用于中間貯能； 所述網(wǎng)側(cè)PWM變換器(12)用于控制變頻電源的輸入特性和確保直流母線電壓穩(wěn)定； 所述變壓器(13 )用于改變電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了低溫?zé)煔庥酂崂眉夹g(shù)領(lǐng)域中的一種鍋爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明包括儲(chǔ)液器、增壓泵、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器、風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、煙氣旁路調(diào)節(jié)閥；其中發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括雙饋異步發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器、直流鏈電容器、網(wǎng)側(cè)PWM變換器和變壓器。本系統(tǒng)將電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于煙氣余熱發(fā)電領(lǐng)域，通過(guò)雙PWM變換器調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，改變發(fā)電機(jī)以及與其相連接的膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入膨脹機(jī)的工質(zhì)流量，從而代替調(diào)節(jié)閥控制蒸發(fā)器出口的工質(zhì)流量或壓力，減少了因閥門存在而導(dǎo)致的節(jié)流損失，并通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率的控制，對(duì)發(fā)出的電能頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其符合電網(wǎng)的要求。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102769305SQ20121024165
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者侯國(guó)蓮, 周業(yè)里, 張建華, 徐進(jìn)良, 房方 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)