本发明专利技术提供了具有在线排气装置的低品位余热ORC发电系统，包括用于分别完成膨胀、冷凝、压缩、加热的有机朗肯循环四个过程的膨胀透平机、冷凝器、工质升压泵、预热蒸发器，以及用于将膨胀做功产生的机械能转换成电能的发电机，还包括有机工质排气装置，有机工质排气装置连接到冷凝器顶部，能够将发电系统运行时所产生的不凝结气体及时排出，从而显著降低了膨胀透平机的排气压力和减少了冷却循环水泵的耗电量从而提高了ORC发电系统的发电效率。另外，本发明专利技术的实施例还可以回收液化的有机工质，减少气态的有机工质排放，进一步实现了节能减排。能减排。能减排。
【技术实现步骤摘要】
具有在线排气装置的低品位余热ORC发电系统
[0001]本专利技术涉及发电领域，尤其是涉及一种具有在线排气装置的低品位余热有机工质朗肯循环发电系统(简称“ORC发电系统”)。
技术介绍
[0002]近年来，我国工业领域内的余热资源，特别是高温和中温余热资源利用取得显着效果。随着节能工作的不断深入，低温余热资源的利用日益成为节能工作的一个热点和难点，对于工业中大量存在的200℃，甚至300℃以下的低品位余热，难以使用常规的蒸汽/饱和蒸汽/热水作为工质进行发电利用。这时候，可以考虑采用有机工质朗肯循环发电技术方案。
[0003]有机朗肯循环(ORC)不是用水作工质，而是使用低沸点的有机物为工质来吸收废气余热，汽化，进入汽轮机膨胀做功，带动发电机发电，系统简单紧凑。目前采用的工质有机工质有五氟丙烷、正丁烷、氯乙烷等低温沸点有机物，也有的采用有机工质的混合物。
[0004]在常规的水蒸气汽轮机发电技术中，高压水蒸汽进入汽轮机膨胀做功后，汽轮机的乏气进入冷凝器进行冷却，冷凝成凝结水。在冷凝器的上方有真空连接管，对冷凝器进行抽真空，抽取冷凝器的不凝结气体，保证正常运行的真空度。如若不进行抽真空操作的话，就会破坏机组冷凝器的真空度，降低汽轮机发电效率。
[0005]参见图1，目前ORC发电系统包括膨胀透平机1、联轴器2、发电机3、冷凝器4、工质升压泵5、预热蒸发器6、第一阀门7、有机工质排气装置8、冷却塔9、余热装置10、第一管道11、第二管道12、第三管道13、第四管道14、第五管道15、第六管道16、第七管道17、第八管道18、轴21和冷却水循环泵47。其中，膨胀透平机1通过联轴器2和轴21与发电机3相连，膨胀透平机1通过第五管道15与冷凝器4顶部中间位置相连，冷凝器4顶部通过第十管道20与有机工质排气装置8相连，冷却塔9通过第八管道18、第九管道19与冷凝器4侧面相连，冷凝器4底部通过第四管道14与工质升压泵5进口相连，工质升压泵5出口通过第三管道13与预热蒸发器6工质侧入口相连，预热蒸发器6工质侧出口通过第二管道12与第一阀门7相连，余热装置10通过第六管道16、第七管道17与预热蒸发器6相连，第一阀门7通过第一管道11与膨胀透平机1进口相连。由于ORC发电系统中，高压有机工质蒸汽进入膨胀透平机1膨胀做功后，膨胀透平机1的乏气进入冷凝器4进行冷却，冷凝成液态有机工质。膨胀透平机1的乏气排气压力属于正压，不是负压或者真空状态，没有真空系统。若安装真空系统的话，有机工质的气体会被真空装置抽走，损失大量的有机工质。但是依然存在大量的不凝结气体，不及时排出的话，会增加冷却水循环泵47的耗电量和降低ORC发电系统的发电效率。
[0006]冷凝器4中的不凝结气体来源：第一、ORC发电系统在机组启动前，需要对整个发电系统抽真空。在行业应用中现有的抽真空设备不能达到极限真空度，整个发电系统中会存在近5％的残余空气。第二、ORC发电系统运行的过程中，有机工质不断持续地蒸发，膨胀做功后进行冷凝，会有不凝结气体产生。
[0007]冷凝器4中的不凝结气体的危害，第一、不凝结气体在冷凝器中越积越多，会附着
在冷凝器4中的换热管表面上，增加换热阻力，降低换热效果。为了满足发电系统的冷却效果，需要增加冷却水量，从而增加了冷却水循环泵47的耗电量。第二、冷凝器4壳程的气体是由膨胀透平机1的排气和不凝结气体组成，不凝结气体不断的增加，占比就会增大，分压力就会变大，膨胀透平机1的排气不变的情况下，也会导致膨胀透平机1的排气压力升高，降低发电效率，减少发电量。ORC发电系统中不凝结气体在机组运行时，造成了机组发电量下降，自耗电量增加的影响。
[0008]冷凝器4壳程中不仅存在不凝结气体，而且存在大量有机工质的气体和液体。壳程的气体压力高于大气压力。在ORC发电系统中，通常在0.2MPa左右。常压下的有机工质的沸点很低，一般都低于大气气温20℃。在目前ORC发电行业中经常使用的有机工质是R245fa，常压下的沸点是14℃。冷凝器4壳程直接安装排空阀进行排气的话，不凝结气体被排除的同时，有机工质的气体会直接排至大气中，有机工质的液体会气化，也会排放至大气中。
[0009]另外，现有技术往往需要定时停机进行人工排气操作，这极大地降低了发电系统的工作效率。
技术实现思路
[0010]为解决上述问题，本申请提供了一种具有在线排气装置的低品位余热ORC发电系统，包括用于分别完成膨胀、冷凝、压缩、加热的有机朗肯循环四个过程的膨胀透平机、冷凝器、工质升压泵、预热蒸发器，以及用于将膨胀做功产生的机械能转换成电能的发电机，其特征在于还包括有机工质排气装置，有机工质排气装置通过管道连接到冷凝器上。
[0011]可选地，有机工质排气装置包括分离器，用于将来自冷凝器的不凝结气体和气态有机工质的混合气体进行处理，分离成不凝结气体和液态有机工质，以便将不凝结气体排出和/或将液态有机工质回收至冷凝器中。
[0012]可选地，有机工质排气装置还包括：集气联箱、冷水装置、压缩气体集箱、第一压力测量装置、第二压力测量装置、第三压力测量装置、温度测量装置、液位测量装置、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门以及冷却换热管组，其中：
[0013]第二阀门与冷凝器相连，第一压力测量装置与冷凝器相连，用于测量冷凝器的壳程压力；温度测量装置与冷凝器相连，用于测量冷凝器的有机工质的液体温度；第二阀门与分离器相连，液位测量装置设置在分离器中，用于测量分离器中液态有机工质的液位；分离器与第三阀门相连，第二压力测量装置与分离器相连，用于测量分离器的压力；分离器内部连接冷却换热管组，冷却换热管组与冷水装置相连，第三阀门与集气联箱相连，集气联箱与第四阀门相连，第三压力测量装置与集气联箱相连，用于测量集气联箱的压力。
[0014]可选地，温度测量装置的测量值小于冷凝器的壳程压力对应的有机工质饱和温度时，有机工质排气装置启动排气操作，直至温度测量装置的测量值等于冷凝器的壳程压力对应的有机工质饱和温度，停止排气操作。
[0015]可选地，启动排气操作包括：确认第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门处于关闭状态；冷水装置处于正常运行状态；保证冷却换热管组正常通流状态；
[0016]打开第二阀门，当第二压力测量装置的测量值等于第一压力测量装置的测量值时，关闭第二阀门，当第二压力测量装置的测量值小于第一压力测量装置的测量值时，再次打开第二阀门，等待第二压力测量装置的测量值等于第一压力测量装置的测量值时，再次
关闭第二阀门；当液位测量装置的液位测量值达到第一预定值时，关闭第二阀门，打开第三阀门；当第二压力测量装置的测量值等于第三压力测量装置的测量值时，关闭第三阀门；打开第四阀门，反复打开、关闭第二阀门和第三阀门，等待第二压力测量装置的测量值和第三压力测量装置的测量值均为0时，关闭第二阀门和第三阀门，实现ORC发电系统不凝结气体的排放。
[0017]另外，有机工质排气装置进一步包括压缩气体集箱,其通过第五阀门与分离器相连。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有在线排气装置的低品位余热ORC发电系统，包括用于分别完成膨胀、冷凝、压缩、加热的有机朗肯循环四个过程的膨胀透平机(1)、冷凝器(4)、工质升压泵(5)、预热蒸发器(6)，以及用于将膨胀做功产生的机械能转换成电能的发电机(3)，其特征在于，所述具有在线排气装置的低品位余热ORC发电系统还包括有机工质排气装置(8)，所述有机工质排气装置(8)通过管道(20)连接到所述冷凝器(4)上。2.如权利要求1所述的具有在线排气装置的低品位余热ORC发电系统，其特征在于，所述有机工质排气装置(8)包括分离器(22)，用于将来自所述冷凝器(4)的不凝结气体和气态有机工质的混合气体进行处理，以分离成不凝结气体和液态有机工质，以便将不凝结气体排出和/或将液态有机工质回流至所述冷凝器(4)中。3.如权利要求2所述的具有在线排气装置的低品位余热ORC发电系统，其特征在于，所述有机工质排气装置(8)还包括：集气联箱(23)、冷水装置(24)、第一压力测量装置(26)、第二压力测量装置(27)、第三压力测量装置(28)、温度测量装置(29)、液位测量装置(30)、第二阀门(31)、第三阀门(32)、第四阀门(33)以及冷却换热管组(36)，其中：所述第二阀门(31)与所述冷凝器(4)和所述分离器(22)相连；所述第一压力测量装置(26)与所述冷凝器(4)相连，用于测量所述冷凝器(4)的壳程压力；所述温度测量装置(29)与所述冷凝器(4)相连，用于测量所述冷凝器(4)的有机工质的液体温度；所述分离器(22)中设置有所述液位测量装置(30)，用于测量所述分离器(22)中液态有机工质的液位；所述第三阀门(32)与所述分离器(22)和所述集气联箱(23)相连，所述第二压力测量装置(27)与所述分离器(22)相连，用于测量所述分离器(22)的压力；所述分离器(22)内部连接所述冷却换热管组(36)，所述冷却换热管组(36)与所述冷水装置(24)相连；所述集气联箱(23)与所述第四阀门(33)相连，所述第三压力测量装置(28)与所述集气联箱(23)相连，用于测量所述集气联箱(23)的压力。4.如权利要求3所述的具有在线排气装置的低品位余热ORC发电系统，其特征在于，所述温度测量装置(29)的测量值小于所述冷凝器(4)的壳程压力对应的有机工质饱和温度时，所述有机工质排气装置(8)启动排气操作，直至所述温度测量装置(29)的测量值等于所述冷凝器(4)的壳程压力对应的有机工质饱和温度，停止排气操作。5.如权利要求4的所述的具有在线排气装置的低品位余热ORC发电系统，其特征在于，所述启动排气操作包括：确认第二阀门(31)、第三阀门(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞亚虎，殷文杰，王永民，王师，王如坤，
申请(专利权)人：北京华晟智擎新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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