一种光热和余热耦合发电系统

文档序号:482808 发布日期:2022-01-04 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 一种光热和余热耦合发电系统 (Photo-thermal and waste heat coupling power generation system ) 是由 张丹山 钟伟 于 2021-09-01 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种光热和余热耦合发电系统,包括光热预热系统,余热蒸发系统和ORC发电装置;所述ORC发电装置包括依次串联的预热器、蒸发器、透平膨胀机、冷凝器和第一工质泵,所述透平膨胀机用以驱动发电机运行;所述余热蒸发系统通过蒸发器与ORC发电装置内有机工质进行热量交换;所述光热预热系统通过预热器与ORC发电装置内有机工质进行热量交换;所述光热预热系统包括和第二工质泵、光热集热器和储热水箱;所述光热集热器上还设置有尘屑清理装置。本发明能够提高光热和余热的耦合发电效率,经济效益高;设置有尘屑清理装置,对光热集热器的清洁效果好。(The invention discloses a photo-thermal and waste heat coupling power generation system, which comprises a photo-thermal preheating system, a waste heat evaporation system and an ORC power generation device; the ORC power generation device comprises a preheater, an evaporator, a turbo expander, a condenser and a first working medium pump which are sequentially connected in series, wherein the turbo expander is used for driving a generator to operate; the waste heat evaporation system exchanges heat with the organic working medium in the ORC power generation device through the evaporator; the photo-thermal preheating system exchanges heat with an organic working medium in the ORC power generation device through a preheater; the photo-thermal preheating system comprises a second working medium pump, a photo-thermal collector and a heat storage water tank; and the photo-thermal collector is also provided with a dust cleaning device. The invention can improve the coupling power generation efficiency of photo-thermal and waste heat, and has high economic benefit; the dust cleaning device is arranged, so that the cleaning effect on the photo-thermal heat collector is good.)

一种光热和余热耦合发电系统

技术领域

本发明涉及发电技术领域,尤其涉及一种光热和余热耦合发电系统。

背景技术

目前我国每年的能源消耗量约40亿吨标煤,其中30%-60%的能量以余热的形式在不同行业被直接排放。国内温度在300℃以上的余热资源,市场已有成熟的余热锅炉+汽轮机回收技术方案。而温度在300℃以下的中低温余热,还没有市场普遍接受的成熟回收方案,对其实现高效回收利用具有重要节能减排意义。

太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km,从而可计算出,地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2,地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡,相当于有102000TW的能量。

有机朗肯循环发电装置利用有机工质(如R134a、R245fa等)低沸点特性,在低温条件(80-300℃)下可以获得较高的蒸气压力,推动膨胀机做功,驱动发电机发电,从而实现低品位热能到高品位电能的转换。

太阳光伏发电能受气候、昼夜的影响很大,发电极不恒定。因此必须配有储能装置,这不仅增加了技术上的困难,也使造价增加。目前虽然已经制成多种电池储能系统,但造价昂贵,且电池处理带来环境污染问题。

我国工业余热资源丰富,很多余热资源温度低,存在余热热发电效率低,利用困难的问题。

发明内容

发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种光热和余热耦合发电系统,能够提高光热和余热的耦合发电效率,经济效益高,且设置有尘屑清理装置,对光热集热器的清洁效果好。

技术方案:为实现上述目的,本发明的一种光热和余热耦合发电系统,包括光热预热系统,余热蒸发系统和ORC发电装置;所述ORC发电装置包括依次串联的预热器、蒸发器、透平膨胀机、冷凝器和第一工质泵,所述透平膨胀机用以驱动发电机运行;所述余热蒸发系统通过蒸发器与ORC发电装置内有机工质进行热量交换;所述光热预热系统通过预热器与ORC发电装置内有机工质进行热量交换;所述光热预热系统包括和第二工质泵、光热集热器和储热水箱;所述光热集热器的工质出口分别连接储热水箱和预热器的工质进口,所述储热水箱的工质出口也连接预热器的工质进口,所述预热器的工质出口连接第二工质泵的工质进口,所述第二工质泵的工质出口分别连接储热水箱和光热集热器的工质进口;所述光热集热器的工质出口和所述储热水箱的工质进口之间设置有第一调节阀,所述光热集热器的工质出口和所述预热器的工质进口之间设置有第二调节阀,所述储热水箱的工质出口和所述预热器的工质进口之间设置有第三截止阀,所述第二工质泵的工质出口和所述储热水箱的工质进口之间设置有第二截止阀,所述第二工质泵的工质出口和所述光热集热器的工质进口之间设置有第一截止阀;所述光热集热器上还设置有尘屑清理装置。

进一步地,所述光热集热器包括槽式镜面和吸热管,所述尘屑清理装置包括扇形板、导向杆和螺杆;所述导向杆通过支架跨设在所述槽式镜面上方,所述扇形板与所述导向杆水平滑动配合,所述扇形板上设置有与所述螺杆螺纹配合的螺孔,所述螺杆由第一电机驱动转动,以带动所述扇形板沿所述槽式镜面横移,所述扇形板的下方设置有清理所述槽式镜面的第一毛刷。

进一步地,所述吸热管的管壁上设置有若干吸热柱,所述吸热柱的下端穿过吸热管的管壁并进入吸热管的内部。

进一步地,所述吸热柱的截面为菱形。

进一步地,若干所述吸热柱沿所述吸热管的轴向均匀分布,沿所述吸热管的周向等角度分布;所述扇形板上设置有横向贯通的转动腔,第二电机驱动中空滚筒在所述转动腔内转动,所述中空滚筒对应套设在所述吸热管外侧;所述中空滚筒的内壁上设置有清理吸热管的第二毛刷;所述中空滚筒的内部设置有若干空间螺旋状的螺旋槽,所述螺旋槽内设置有清理吸热柱的第三毛刷;所述螺旋槽的螺距与吸热柱沿吸热管轴向分布的间距相同,所述螺旋槽的个数与吸热柱沿吸热管的周向分布的个数相同。

进一步地,所述扇形板的下方设置有弧形槽,所述弧形槽内水平滑动设置有弧形运动块;所述扇形板的一侧设置有驱动凸轮转动的第三电机;所述弧形运动块的一侧通过弹簧件与所述弧形槽的内壁弹性顶压,所述弧形运动块的另一侧与所述凸轮相抵;所述第一毛刷设置在所述弧形运动块的下弧面。

进一步地,所述扇形板的一侧设置有清洁水箱、环形管和弧形管;所述环形管对应套设在所述吸热管的外侧,所述环形管的内环侧设置有环向排列的若干第一喷水孔;所述弧形管的下方设置弧形排列的若干第二喷水孔;所述环形管和所述弧形管均与输水管的出水端连通,所述输水管的进水端依次连接水泵和所述清洁水箱。

进一步地,所述扇形板的一侧下边缘设置有刮板。

进一步地,所述蒸发器的工质出口和所述透平膨胀机的工质进口之间设置有透平阀门,所述蒸发器的工质出口和所述透平膨胀机的工质出口之间设置有透平旁通阀门。

进一步地,所述ORC发电装置中还设置有回热器,所述ORC发电装置中的工质依次经过回热器、冷凝器和第一工质泵,再返回所述回热器并进入预热器。

有益效果:本发明的一种光热和余热耦合发电系统,其有益效果如下:

1)光热预热系统和ORC发电装置内的预热器进行热量交换,余热蒸发系统和ORC发电装置内的蒸发器进行热量交换,从而实现光热和余热的耦合发电,经济效益高;

2)光热预热系统的储热水箱能够使光热集热器收集的热量持续加热预热器,使系统发电稳定,有效避免了光热发电的间断性;

3)光热预热系统内设置有光热集热器,光热集热器包括槽式镜面和吸热管,吸热管上设置有吸热柱,可以提升吸热管的吸热效果,光热集热器上还设置有尘屑清理装置,尘屑清理装置可以同时对槽式镜面和吸热管上的尘屑进行清理,使光热集热器保持良好地工作状态。

附图说明

附图1为本发明的系统连线图;

附图2为带有回热器的系统连线图;

附图3为尘屑清理装置的整体结构示意图一;

附图4为尘屑清理装置的整体结构示意图二;

附图5为中空滚筒的结构示意图;

附图6为弧形运动块和弧形槽的结构示意图;

附图7为环形管、弧形管、水泵和清洁水箱的连接示意图;

附图8为吸热柱的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至8所述的一种光热和余热耦合发电系统,包括光热预热系统,余热蒸发系统和ORC发电装置。

所述ORC发电装置包括依次串联的预热器1、蒸发器2、透平膨胀机3、冷凝器5和第一工质泵6,所述透平膨胀机3用以驱动发电机4运行。

所述余热蒸发系统通过蒸发器2与ORC发电装置内有机工质进行热量交换,余热蒸发系统包括余热热源输入7和余热热源输出8,所述的余热蒸发系统的余热热源输入7出来的热源进入蒸发器2,对ORC发电装置的循环工质进行加热蒸发,然后通过余热热源返回8返回余热生产装置完成一个循环。余热热源可以是热水、蒸汽、工艺过程流体介质等。

所述光热预热系统通过预热器1与ORC发电装置内有机工质进行热量交换。

光热预热系统内的工质管路如附图1和2中所示,所述光热预热系统包括和第二工质泵9、光热集热器10和储热水箱11;所述光热集热器10的工质出口分别连接储热水箱11和预热器1的工质进口,所述储热水箱11的工质出口也连接预热器1的工质进口,所述预热器1的工质出口连接第二工质泵9的工质进口,所述第二工质泵9的工质出口分别连接储热水箱11和光热集热器10的工质进口,这里预热器1中的工质进出口均指代与光热预热系统内的工质管路相连通的工质进出口。

所述光热集热器10的工质出口和所述储热水箱11的工质进口之间设置有第一调节阀16,所述光热集热器10的工质出口和所述预热器1的工质进口之间设置有第二调节阀17,所述储热水箱11的工质出口和所述预热器1的工质进口之间设置有第三截止阀18,所述第二工质泵9的工质出口和所述储热水箱11的工质进口之间设置有第二截止阀15,所述第二工质泵9的工质出口和所述光热集热器10的工质进口之间设置有第一截止阀14。

所述的光热预热系统的循环工质为水。当储热水箱11进行热量储积时,打开第一截止阀14,第三截止阀18,关闭第二截止阀15,介质循环水在光热集热器10处吸收热量后,分别通过第一调节阀16和第二调节阀17进入预热器1和储热水箱11,再通过第二工质泵9,完成一个循环。当储热水箱11放热时,关闭第一截止阀14、第一调节阀16和第二调节阀17,打开第二截止阀15和第三截止阀18,循环水吸收储热水箱11释放的热量,将热量带到预热器1后进入泵9,完成一个循环。

所述光热集热器10上还设置有尘屑清理装置。

如附图3和4中所示,光热集热器10为槽式集热器,所述光热集热器10包括槽式镜面20和吸热管21,吸热管21跨设在槽式镜面20上方,循环水从吸热管21中通过并吸收槽式镜面20反射的光热。所述尘屑清理装置包括扇形板22、导向杆23和螺杆24,槽式镜面20的两侧设置有支架25,所述导向杆23通过支架25跨设在所述槽式镜面20上方,且导向杆23位于吸热管21的上方,避免遮挡从槽式镜面20反射至吸热管21的光线。所述扇形板22与所述导向杆23水平滑动配合,所述扇形板22上设置有与所述螺杆24螺纹配合的螺孔26,所述螺杆24由第一电机27驱动转动,螺杆24设置在导向杆23和吸热管21之间。当螺杆24转动时可以带动所述扇形板22沿所述槽式镜面20横移,所述扇形板22的下方设置有清理所述槽式镜面20的第一毛刷,从而对槽式镜面20表面的尘屑进行清理。

所述吸热管21的管壁上设置有若干吸热柱29,所述吸热柱29的下端穿过吸热管21的管壁并进入吸热管21的内部,吸热柱29的设置可以提高吸热管21的吸热面积,从而使吸热管21更好地吸收槽式镜面20反射的光热。

所述吸热柱29的截面为菱形,进一步地增大吸热面积,提高吸热柱29的吸热效果。

如附图8中所示,若干所述吸热柱29沿所述吸热管21的轴向均匀分布,沿所述吸热管21的周向等角度分布。所述扇形板22上设置有横向贯通的转动腔30,第二电机31驱动中空滚筒32在所述转动腔30内转动,所述中空滚筒32对应套设在所述吸热管21外侧。所述中空滚筒32的内壁上设置有清理吸热管21的第二毛刷。所述中空滚筒32的内部设置有若干空间螺旋状的螺旋槽34,所述螺旋槽34内设置有清理吸热柱29的第三毛刷。所述螺旋槽34的螺距与吸热柱29沿吸热管21轴向分布的间距相同,所述螺旋槽34的个数与吸热柱29沿吸热管21的周向分布的个数相同,使螺旋槽34内的第三毛刷可以对吸热柱29进行清理。

当扇形板22在螺杆24的带动下沿所述槽式镜面20横移时,第二电机31也驱动中空滚筒32转动,从而使第一毛刷对槽式镜面20进行清理,第二毛刷对吸热管21的外管壁进行清理,第三毛刷对吸热柱29进行清理。

如附图6中所示,所述扇形板22的下方设置有弧形槽36,所述弧形槽36内水平滑动设置有弧形运动块37。所述扇形板22的一侧设置有驱动凸轮38转动的第三电机39。所述弧形运动块37的一侧通过弹簧件40与所述弧形槽36的内壁弹性顶压,所述弧形运动块37的另一侧与所述凸轮38相抵。所述第一毛刷设置在所述弧形运动块37的下弧面。当扇形板22横移时,弧形运动块37在凸轮38和弹簧件40的带动下水平往复运动,从而使第一毛刷在槽式镜面20横向往复运动,提高清洁效果。

如附图7中所示,所述扇形板22的一侧设置有清洁水箱41、环形管42和弧形管43。所述环形管42对应套设在所述吸热管21的外侧,所述环形管42的内环侧设置有环向排列的若干第一喷水孔44。所述弧形管43的下方设置弧形排列的若干第二喷水孔45;所述环形管42和所述弧形管43均与输水管46的出水端连通,所述输水管46的进水端依次连接水泵47和所述清洁水箱41。水泵47将清洁水箱41内的水从第一喷水孔44和第二喷水孔45喷至吸热管21和槽式镜面20上,提高清洁效果。

所述扇形板22的一侧下边缘设置有刮板48,刮板48将槽式镜面20上聚集的水滴从槽式镜面20的一侧刮出,避免水滴残留在槽式镜面20上,提高清洁效果。

所述蒸发器2的工质出口和所述透平膨胀机3的工质进口之间设置有透平阀门12,所述蒸发器2的工质出口和所述透平膨胀机3的工质出口之间设置有透平旁通阀门13。

所述ORC发电装置中还设置有回热器19,所述ORC发电装置中的工质依次经过回热器19、冷凝器5和第一工质泵6,再返回所述回热器19并进入预热器1,回热器19进一步提高了光热和余热耦合发电系统的发电效率。

所述的ORC发电装置中的透平阀门12和透平旁通阀门13的启闭能够实现有机朗肯循环发电装置的透平旁通和发电模式的转换。ORC发电装置的工质从预热器1和蒸发器2吸收光热和余热的热量,通过透平阀门12,进入透平膨胀机3,透平膨胀机3带动发电机完成发电模式。工质依次进入回热器19、冷凝器5和工质泵6,再通过回热器19后重新进入预热器1,完成ORC发电装置的发电模式的工质循环。ORC发电装置的工质从预热器1和蒸发器2吸收光热和余热的热量,通过透平旁通阀门13,经过节流膨胀,工质依次进入回热器19、冷凝器5和工质泵6,在通过回热器19后重新进入预热器1,完成ORC发电装置的透平旁通模式的工质循环。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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