一种循环多级发电系统的制作方法
【专利摘要】一种循环多级发电系统，一种利用载热流体作为热源工质，进入一种循环多级发电系统发电，把低位热能转换为低价高位电能的一种发电系统；一种只要有热源的地方，无论是太阳能光热还是地热、工业余热、废热都能利用的一种循环多级发电系统。由包括：一种循环多级发电系统、变配电系统、智能化PLC控制系统等组成。一种循环多级发电系统利用流体压力平衡正压循环原理和0.618黄金分割法，把载热流体热源工质多次循环，使多级有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机发电组合设备的效率由8～11％提高到91.94％，使热源工质的热能利用率提高到95.82％以上，节约40～50％的有机燃料消耗，提高不可再生有机燃料燃烧效率一倍以上。
【专利说明】一种循环多级发电系统
【技术领域】
[0001]一种循环多级发电系统，一种利用载热流体做为热源工质进入一种循环多级发电系统发电，把低位热能转换为低价高位电能的热能转换发电系统；一种只要有热源的地方，无论是太阳能光热还是地热、工业余热、废热都能利用的一种循环多级发电系统。
【背景技术】
[0002]在全球气候变暖、世界不可再生资源日益减少、环境污染越来越严重的情况下，利用可再生的清洁能源发电，尤其是利用太阳能光热和地热、工业余热、废热发电，是最有效的解决能源短缺问题的途径之一。
[0003]太阳能光伏发电前途已经受到质疑，因为太阳能光伏发电的源头，带来了高能耗、高污染，消耗的能量和制造成本终生难以收回；利用太阳能聚光加热融溶盐的技术来实现太阳能光热发电，融溶盐加热、蓄热温度一般不低于550°C，在低于250°C后流动性很差，系统造价高昂不具成本效益；采用太阳能聚光直接照射光伏板发电，即聚光型太阳光电(CPV)装置，只能用于热电联产，发电效率不高，不适宜低纬度地区；国内北京延庆地区建造了具有自主知识产权的定日镜聚光加热水蒸汽推动汽轮机发电系统，蒸汽轮机要求进汽温度在240°C?435°C之间，低于240°C的水蒸汽，因不能发电而浪费。目前，世界上所有太阳能发电系统热能利用率都达不到50%，太阳能发电的最终归宿，将是热能利用率能达到或超过75%以上的发电系统。
[0004]除了太阳能以外，世界上最具成本效益的尚未开发的可再生能源的来源是余热。世界上几乎全部是利用不可再生的燃油、燃气、燃煤做燃料而产生电力和各种动力。由于技术水平的限制，无论是汽油机、柴油机、燃气轮机，燃料的利用率都达不到50%，燃煤利用率更低下。有一半以上的不可再生燃料被以废热、余热的形式排放到空间，造成能源浪费和环境热污染。
[0005]一种循环多级发电系统的发明，把太阳能发电领域里，80°C?550°C范围内的太阳热能转换为高位电能，把每度电价降低到约0.1?0.3元人民币左右，是光伏发电的10% ；把所有利用不可再生燃料作为动力资源的、无论是热电站、核电站、钢铁厂、水泥厂、船舶、汽车、火车等的烟气、废水的低位余热、废热热能转换为低价高位电能。把燃料利用率提高一倍以上，节约45?50%的燃料消耗，无污染、零排放。把有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机发电装置的总体效率由8?11%提高到91.94%，使太阳能的光热和其它余热、废热利用率提高到95.82%，降低了太阳能发电成本和运行费用，把使用有机燃料的动力设备如汽车、船舶的功率和发电厂发电能力提高一倍以上。
[0006]一种循环多级发电系统的发明和应用，是世界范围内节能、减排、新能源开发利用的重大创新和技术革命，将彻底颠覆现代世界上的能源利用格局和所有热能转换发电系统的能力，对遏止全球气候变暖将发挥一定作用，让低位热能低成本发电的梦想变为现实。
【发明内容】
[0007]—种循环多级发电系统，一种利用载热流体做为热源工质进入一种循环多级发电系统发电，把低位热能转换为低价高位电能的热能转换发电系统；一种只要有热源的地方，无论是太阳能光热还是地热、工业余热、废热都能利用的一种循环多级发电系统。
[0008]本发明的主要目的，在于提供一种循环多级发电系统，利用太阳能光热、地热和工业余热、废热这些可再生的清洁能源，建造世界上最廉价的王氏循环多级热能转换发电设备和发电站，发出最廉价的电力，为人类服务。
[0009]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0010]一种循环多级发电系统，一种利用载热流体做为热源工质，进入一种循环多级发电系统发电，把低位热能转换为低价高位电能的热能转换发电系统。由包括:一种循环多级发电系统、变配电系统、智能化PLC控制系统等组成。
[0011]上述的一种循环多级发电系统，用载热流体做为热源工质，这种载热流体热源工质，可以是太阳能光热热能产生的R245fa高温、高压蒸汽或太阳能热水，也可以是地热热水和各种工业烟气、废水余热、废热，如:各种钢铁、水泥、化工企业的排气余热和废水废热，热电站、核电站冷却水和废气，船舶、汽车、燃气机车的发动机排除的烟气等，只要是温度为80°C?550°C范围内的无毒、无腐蚀以及经无害化处理后的流体，都可以成为一种循环多级发电系统的载热流体热源工质。
[0012]上述的一种循环多级发电系统，选择使用的环保型有机冷媒工质是霍尼韦尔(Honeywell) 245fa (以下简称R245fa)，R245fa的化学名称是五氟丙烷，分子式是CF3CH2CHF2，具有热力学性质稳定、热传导系数高、工作温度范围广、不燃烧、不破坏臭氧层等特性。可用于自然或工业来源的热能转换，采用有机朗肯循环(ORC)和王氏循环技术产生电力。
[0013]上述一种循环多级发电系统，选择使用的动力设备是有机朗肯循环(ORC)动力蜗轮机〈以下简称(ORC)动力涡轮机〉。低温有机朗肯循环(ORC)是类似于传统的蒸汽涡轮机循环。低温有机朗肯循环(ORC)蜗轮机，是一种利用环保型低沸点有机液体如:R245fa、R410A、R134a、氯乙烷等制冷剂做为有机工质循环的动力设备。低沸点有机工质吸收热源热能后，在一定的临介温度(80°C?550°C )下发生液-汽相变，由液态变为汽态，产生0.79-5.5mPa的R245fa高压蒸汽，推动(ORC)动力涡轮机运转，再由(ORC)动力涡轮机带动发电机发电，完成一个热能转换成电能的过程。低沸点有机工质高压蒸汽推动(ORC)动力涡轮机运转后，体积膨胀、压力降低，成为低压冷凝蒸汽，经冷凝器冷却后，释放冷凝热热量，在25°C?30°C的临介温度下，发生汽-液相变，变为低温、低压有机工质液体，再被送进高压蒸汽发生器，吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，继续循环发电，进行能量转换，从而完成一个有机朗肯循环(ORC)。(ORC)动力蜗轮机是系列化产品，(ORC)动力蜗轮机与发电机组成(ORC)动力蜗轮机发电组合设备，发电能力为5?400KW。一种循环多级发电系统选择使用的多级(ORC)动力蜗轮机发电组合设备，根据载热流体热源工质总热量大小，选择多级不同发电能力的(ORC)动力蜗轮机发电组合设备，建立发电能力不同的多级热能转换发电装置和发电站，多级热能转换发电装置可以做为余热动力使用。(ORC)动力蜗轮机的最大缺点就是效率低下，只有8?11%，大约有90%左右的热源热能被以冷凝热的形式排放到大气，造成极大浪费和热污染。王氏循环多级发电系统，利用王氏循环把低沸点有机工质的高压蒸汽和低压冷凝蒸汽进行多级循环，充分利用热源工质热能，解决了这一世界难题，把多级(ORC)动力蜗轮机发电组合设备的效率从8?11%提高到91.94%。
[0014]上述一种循环多级发电系统的冷媒工质R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽循环方式，是流体压力平衡正压循环，简称王氏循环。这种流体压力平衡正压循环即王氏循环，区别于有机朗肯循环(ORC)和卡丽娜循环(kalian)。王氏循环是在有机朗肯循环(ORC)原理的基础上，创造出的一种新型循环方式，即流体压力平衡正压循环，其定义是:“在绝热、保温的条件下，同种物质的流体在同等压力下可以平衡流动正压循环”。根据R245fa的热工特性，在相同的临介温度下，发生液-气相变所产生的蒸汽压力是相同的。在绝热、保温的条件下，相同压力的R245fa蒸汽可以在不同容器之间并平衡流动。王氏循环过程，是一个绝热正压循环过程，必须在保温、绝热的条件下进行。R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽在发电过程中，温度和压力逐级下降，王氏循环使R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽在发电系统中由高温、高压到低温、低压多次循环，逐级推动有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机运行，带动发电机发电，使不同温度、不同压力的R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽的热能得以充分循环利用。把有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机的R245fa低压冷凝蒸汽冷凝热的排放量从90 %左右减少到4.18 %左右，极大地减少了热能浪费，热能利用率达到95.82 %。增加了发电能力，使多级有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机发电组合设备的效率由8?11%提高到91.94%，提高热能利用率8倍以上。
[0015]上述一种循环多级发电系统，采用0.618黄金分割法量化载热流体热源工质的热能和发电能力，用以确定和配置一种循环多级发电系统各主级、次级高压蒸汽发生器和多级(ORC)动力蜗轮机、发电机的规格、型号。通过电动比例积分调节阀自动控制进入各主级、次级高压蒸汽发生器的R245fa液体流量。同时，采用0.618黄金分割法量化一种循环多级发电系统各主级、次级高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽流量和发电能力。
[0016]上述一种循环多级发电系统是多级热能转换发电系统，由四级主级高压蒸汽发生器和四级次级高压蒸汽发生器两大系统以及五级(ORC)动力蜗轮机与五级发电机组成。四级主级高压蒸汽发生器循环系统的热源，是载热流体热源工质携带的热能；四级次级高压蒸汽发生器循环系统的热源，其中次I?3级采用的是主I级(ORC)动力涡轮机排出的R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热；次4级高压蒸汽发生器的热源有三个:1、主4级(ORC)动力涡轮机排出的R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热2、次3级高压蒸汽发生器排出来的R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热3、从主4级高压蒸汽发生器出来的载热流体热源工质热能。这三个热源使次4级高压蒸汽发生器内的R245fa液体受热后发生液-汽相变，产生高压蒸汽，推动5级(ORC)动力蜗轮机带动5级发电机发电。这三组热源在发完电后，R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热加上5级(ORC)动力蜗轮机排出的R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热，成为一种循环多级发电系统中的需要处理的冷凝热，约占载热流体热源工质总热量的4.18%左右。
[0017]一种循环多级发电系统中的王氏循环(流体压力平衡正压循环)是这样进行的:载热流体热源工质进入主I级高压蒸汽发生器后，通过输汽管束传递热量，使主I级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，进入I级(ORC)动力涡轮机，推动I级(ORC)动力涡轮机运转,带动I级发电机发电。从I级(ORC)动力涡轮机排出的R245fa低压冷凝蒸汽，没有按常规有机朗肯循(ORC)环方式送到冷凝器冷却，而是直接进入次I级高压蒸汽发生器做为热源，通过排汽管束传递热量，使次I级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽进入主2级高压蒸汽发生器。
[0018]载热流体热源工质从主I级高压蒸汽发生器出来后，进入主2级高压蒸汽发生器，做为热源，通过输汽管束传递热量，使主2级高压蒸汽发生器内的R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，因为与从次I级高压蒸汽发生器进入的R245fa高压蒸汽压力相等，所以，以王氏循环的方式，两组R245fa高压蒸汽混合后进入2级(ORC)动力涡轮机，推动2级(ORC)动力涡轮机运转，带动2级发电机发电。
[0019]I级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽，从次I级高压蒸汽发生器出来后，进入次2级高压蒸汽发生器做为热源，2级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽，也直接进入次2级高压蒸汽发生器做为热源，两个低压R245fa冷凝蒸汽压力相等，所以，以王氏循环的方式，同时进入输汽管束传递热量，使次2级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245fa高压蒸汽进入主3级高压蒸汽发生器。载热流体热源工质从主2级高压蒸汽发生器出来后，也进入主3级高压蒸汽发生器做为热源，通过输汽管束传递热量，使主3级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，因为与同时进入主3级高压蒸汽发生器内的次2级高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽压力相等，所以，两组R245fa高压蒸汽以王氏循环的方式混合后，进入3级(ORC)动力涡轮机，推动3级(ORC)动力涡轮机运转，带动3级发电机发电。
[0020]低压R245fa冷凝蒸汽从次2级高压蒸汽发生器出来后，进入次3级高压蒸汽发生器做为热源，3级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽，也直接进入次3级高压蒸汽发生器做为热源，两个压力相等的热源，进入次3级高压蒸汽发生器内，通过输汽管束传递热量，使R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245fa高压蒸汽进入主4级高压蒸汽发生器。载热流体热源工质从主3级高压蒸汽发生器出来后，也进入主4级高压蒸汽发生器做为热源，通过输汽管束传递热量，使R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，因为与从次3级高压蒸汽发生器进入主4级高压蒸汽发生器的R245fa高压蒸汽压力相等，所以，两组R245fa高压蒸汽以王氏循环的方式混合后，进入4级(ORC)动力涡轮机，推动4级(ORC)动力涡轮机运转，带动4级发电机发电。
[0021]低压R245fa冷凝蒸汽从次3级高压蒸汽发生器出来后，进入次4级高压蒸汽发生器做为热源，4级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽，也直接进入次4级高压蒸汽发生器做为热源，这两个热源共同通过冷凝蒸汽输汽管束传递热量；载热流体热源工质从主4级高压蒸汽发生器出来后也直接进入次4级高压蒸汽发生器做为热源，通过载热流体热源工质输汽管束传递热量。三个压力相等的热源，通过各自的输汽管束传递热量，使次4级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，进入5级(ORC)动力涡轮机,推动5级(ORC)动力涡轮机运转,带动5级发电机发电。如果载热流体热源工质不是R245fa高压蒸汽，是其它烟气、废气、废水或废热工质，则从次4级高压蒸汽发生器出来后，通过排气三通管上的电动二通阀控制，不再进入节流膨胀冷凝器，直接排放到大气。
[0022]从次4级高压蒸汽发生器出来低温、低压冷凝R245fa蒸汽和载热流体工质低压R245fa蒸汽以及从5级(ORC)动力涡轮机排出的低压冷凝R245fa蒸汽，同时进入冷凝蒸汽传输总管，经过孔板节流器进入节流膨胀冷凝器，经20°C?25°C冷却水冷却后，温度迅速降低，发生汽-液体相变，成为25°C?28°C以下的R245fa液体，进入贮液罐，再被R245fa液体循环泵和冷媒传输管和电动比例积分调节阀送入一种循环多级发电系统中的各主级、次级高压蒸汽发生器，吸热、发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，再次循环发电，如此完成一个R245fa冷媒有机朗肯循环(ORC)和王氏循环。
[0023]现在，世界上所有(ORC)动力涡轮机，效率只有8?11%，主要原因是有90%的热能未被利用，被以冷凝热的形式排放，造成浪费和热污染。王氏循环把冷凝热从90%以上降低到4.18%左右，把冷凝热能利用起来，彻底解决了多级(ORC)动力涡轮机发电组合设备和发电站效率低的难题。
[0024]上述的一种循环多级发电系统中，安装有节流膨胀冷凝器。节流膨胀冷凝器的作用，是把低温、低压R245fa冷凝蒸汽通过冷却水冷却，发生汽-液相变，由汽态变为液态，成为低温、低压R245fa液体。节流膨胀冷凝器的结构和高压蒸汽发生器基本相同，但是功能和作用不同。节流膨胀冷凝器的上部，安装有孔板节流器，与R245fa低压冷凝蒸汽传输总管相连。孔板节流器是根据“焦耳-汤姆逊”定律的“节流冷效应”原理设计而成。孔板节流器中间安装有多根小管径节流管，节流管的管径和长度根据R245fa冷凝蒸汽的流量和压力确定。R245fa低压冷凝蒸汽经孔板节流后，流量不变，流速提高，压力降低，进入节流膨胀冷凝器后体积突然膨胀，压力陡然降低，密度减小，有利于吸收冷却水冷量。节流膨胀冷凝器的内部，安装有多根冷却水管组成的冷却水管束，冷却水泵把20°C?25°C左右的冷却水送进冷却水管束，通过管壁与R245fa低压冷凝蒸汽接触，进行热交换。使R245fa低压冷凝蒸汽温度降至25 V?28°C以下，产生汽-液相变，由汽态变为液态，进入R245fa液体贮液器。
[0025]上述的一种循环多级发电系统，安装有变、配电系统。变、配电系统包括与I?5级发电机相连的输电电缆、变配电柜。输电电缆把I?5级发电机发出的电力传送到变配电柜，变配电柜把输入的电力转换成用电部门或电力并网所需要的电压电力，通过输电电缆提供电力输送服务。变配电柜上有通讯接口，与智能化PLC控制系统主控电脑相连。
[0026]上述的一种循环多级发电系统，安装有智能化PLC控制系统。所述的智能化PLC控制系统，包括:主控电脑、温度传感器、压力传感器。在主级和次级高压蒸汽发生器上，安装有控制线、信号传输线和圆盘式温度表和压力表以及温度传感器、压力传感器、安全阀，变配电柜上有通讯接口。一种循环多级发电系统中的各电动阀门、电动比例积分调节阀、安全阀的控制线、信号线都与主控电脑相连。主控电脑根据温度传感器、压力传感器、信号线、通讯接口传来的主级和次级高压蒸汽发生器内R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽的温度和压力信息，以及各设备和电动二通阀、电动比例积分调节阀、安全阀的运行状态的信息，经计算、分析后，发出控制信号和指令，随时监控R245fa输液管上电动比例积分调节阀的运行状态，使送入主级、次级高压蒸汽发生器的R245fa液体流量自动调节，保证R245fa液体在设定的临介温度下，发生液-汽相变，产生压力稳定的R245fa高压蒸汽；通过对电动比例积分调节阀的控制，能使主级和次级高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽压力平衡，实现王氏循环；通过对排气三通管上的两个电动二通阀的控制，决定不同的载热流体热源工质的流向；通过对安全阀的控制，可以保证一种循环多级发电系统安全运行。智能化PLC控制系统的主控电脑还可以显示、记录一种循环多级发电系统中，各系统、各设备、各部位、各部件各阀门的运行状况和运行参数，以便操作人员实时操控，确保一种循环多级发电系统安全可靠运行。智能化PLC控制系统还设计有报警和故障显示系统，一旦某个主级或次级蒸汽发生器压力超过安全范围，出现故障而报警，主控电脑可以显示报警和故障部位和性质，提示报警和故障原因，自动打开安全阀，保障系统安全运行。智能化PLC控制系统可以远程控制和复位，操控人员也可以就地检查和复位。温度表和压力表显示即时温度和压力，做为直接观察、记录依据。智能化PLC控制系统与变配电系统之间通过通讯接口传递信息，随时掌握I?5级发电机运行情况和发电量多少,控制输电、配电量额度和输送对象。
[0027]采用上述结构后，式一种循环多级发电系统把多级(ORC)动力涡轮机发电组合设备的效率提高到91%以上，实现了(ORC)动力涡轮机发电设备多年的提高效率的梦想；把有机燃料燃烧效率提高一倍以上，将改变世界能源利用格局；把热能转换发电站的建造成本和运行费用降低了 70%以上，平均电价约人民币0.1?0.3元左右，成为世界上最廉价的热能转换发电站。一种循环多级发电系统是可再生能源领域里重大发明和创新，造福于人类、服务于社会。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]说明书附图1为一种循环多级发电系统原理图。
[0029]说明书附图2为一种循环多级发电系统主I级高压蒸汽发生器结构示意图。
[0030]说明书附图3为一种循环多级发电系统次I级高压蒸汽发生器结构示意图。
[0031]说明书附图4为一种循环多级发电系统次4级高压蒸汽发生器和排气三通管结构示意图。
[0032]说明书附图5为一种循环多级发电系统节流膨胀冷凝器结构示意图。
[0033]说明书附图6为一种循环多级发电系统孔板节流器结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]为了使本领域技术人员更好理解本发明，兹配合附图详细说明。如附图1所示，本发明公开了一种循环多级发电系统，一种只要有阳光照射、有地热、余热、废热的地方都能安装使用的一种循环多级发电系统。
[0035]一种循环多级发电系统，由包括:一种循环多级发电系统、变配电系统、智能化PLC控制系统等组成。其中包括:载热流体热源工质1、智能化PLC控制系统2、主控电脑2-1、温度传感器2-2、压力传感器2-3、压力表2-4、圆盘式温度表2_5、安全阀2_6、载热流体热源工质输送管3、排气三通管4、主I级高压蒸汽发生器5、输汽管束5-1、R245fa液体5-2、R245fa高压蒸汽5_3、高压蒸汽传输管5_4、低压冷凝蒸汽传输管5_5、主2级高压蒸汽发生器6、输汽管束6-l、R245fa液体6_2、R245fa高压蒸汽6_3、高压蒸汽传输管6_4、低压冷凝蒸汽传输管6-5、主3级高压蒸汽发生器7、输汽管束7-1、R245fa液体7_2、R245fa高压蒸汽7-3、高压蒸汽传输管7-4、低压冷凝蒸汽传输管7-5、主4级高压蒸汽发生器8、输汽管束8-1、R245fa液体8_2、R245fa高压蒸汽8_3、高压蒸汽传输管8_4、低压冷凝蒸汽传输管8-5、1级(ORC)动力涡轮机9、1级发电机9-1、2级(ORC)动力涡轮机10、2级发电机10-1、3级(ORC)动力涡轮机11、3级发电机11_1、4级(ORC)动力涡轮机12、4级发电机12-1,5级(ORC)动力涡轮机13、5级发电机13_1、次I级高压蒸汽发生器14、低压冷凝蒸汽输气管束14-l、R245fa液体14_2、R245fa高压蒸汽14_3、高压蒸汽传输管14_4、低压冷凝蒸汽传输管14-5、次2级高压蒸汽发生器15、低压冷凝蒸汽输气管束15-1、R245fa液体15-2、R245fa高压蒸汽15_3、高压蒸汽传输管15_4、低压冷凝蒸汽传输管15_5、次3级高压蒸汽发生器16、低压冷凝蒸汽输气管束16-1、R245fa液体16_2、R245fa高压蒸汽16_3、高压蒸汽传输管16-4、低压冷凝蒸汽传输管16-5、次4级高压蒸汽发生器17、低压冷凝蒸汽输气管束17-l、R245fa液体17_2、R245fa高压蒸汽17_3、高压蒸汽传输管17_4、低压冷凝蒸汽传输管17-5、载热流体热源工质输气管束17-6、低压冷凝蒸汽输出总管18、孔板节流器18-1、节流管18-2、节流膨胀冷凝器19、冷却水管束19-1、R245fa低压冷凝蒸汽19_3、R245fa液体19-2、冷却水泵20、R245fa液体贮液罐21、R245fa液体循环泵22、R245fa液体输送管22-1、电动比例积分调节阀23、输电电缆24、变配电柜25、电动二通阀26、电动二通阀27、保温层28。
[0036]如附图1所示，载热流体热源工质I以流体的形态被载热流体热源工质输汽管3送进王氏发电系统。这种载热流体热源工质1，可以是太阳能光热热能做热源产生的R245fa高温、高压蒸汽或太阳能热水，也可以是地热热水和各种工业余热、废热工质，如各种钢铁、水泥、化工企业排放的烟气、热水和废水，电站冷却水和废汽，船舶、汽车、燃气机车排放的烟气，只要是温度为80°C?550°C范围内的无毒、无腐蚀或经无害化处理后的载热流体，都可以成为一种循环多级发电系统的载热流体热源工质I。
[0037]如附图2所示，在一种循环多级发电系统中，主I级高压蒸汽发生器5内，安装有输汽管束5-1、输汽管束5-1由多根无缝钢管组成。主I级高压蒸汽发生器5的两端，分别设有载热流体热源工质输送管3的进口和出口，在主I级高压蒸汽发生器5的上部，设有高压蒸汽传输管5-4、在主I级高压蒸汽发生器5的下部，设有R245fa低压液体送管22_1和电动比例积分调节阀23。
[0038]主2?4级高压蒸汽发生器6、7、8和主I级高压蒸汽发生器5结构相同，只是在主6、7、8级高压蒸汽发生器上部，分别增加了一个高压蒸汽传输管14-4、15-4、16-4，分别与次I?3级高压蒸汽发生器14、15、16、相连。
[0039]如附图3所示，次I级高压蒸汽发生器14内，安装有低压冷凝蒸汽输气管束14-1、低压冷凝蒸汽输气管束14-1由多根无缝钢管组成。在次I级高压蒸汽发生器14的上部，设有高压蒸汽传输管14-4，与主2级高压蒸汽发生器6相连。在次I级高压蒸汽发生器14的两端，分别设有低压冷凝蒸汽传输管5-5和14-5，在次I级高压蒸汽发生器14的下部，设有R245fa低压液体送管22-1和电动比例积分调节阀23。
[0040]次2?3级高压蒸汽发生器15、16和次I级高压蒸汽发生器14结构相同，通过低压冷凝蒸汽传输管14-5、15-5相连。为了减小R245fa低压冷凝蒸汽的阻力，低压冷凝蒸汽传输管5-5、14-5、15-5、16-5管径,分别逐级加大。R245fa低压冷凝蒸汽输出总管18的管径，大于所有低压冷凝蒸汽传输管5-5、14-5、15-5、16-5管径，以降低沿程阻力、满足R245fa低压冷凝蒸汽王氏循环的需要。
[0041 ] 如附图4所示，次4级高压蒸汽发生器17内，安装有低压冷凝蒸汽输气管束17-1、低压冷凝蒸汽输气管束17-1由多根无缝钢管组成，负责次3级高压蒸汽发生器16和4级(ORC)动力涡轮机12进入的R245fa低压冷凝蒸汽传输和热交换。在次4级高压蒸汽发生器17的上部，设有高压蒸汽传输管17-4，与5级(ORC)动力涡轮机13相连。在次4级高压蒸汽发生器17内部，还设有载热流体热源工质输气管束17-6，载热流体热源工质输气管束17-6由多根无缝钢管组成，进气端与载热流体热源工质输汽管3相连，出气端与排气三通管4相连。在排气三通管4上，分别安装有电动二通阀26和电动二通阀27，控制不同的载热流体热源工质I的流向。在次4级高压蒸汽发生器17的两端，分别设有低压冷凝蒸汽传输管16-5和低压冷凝蒸汽输出总管18，在次4级高压蒸汽发生器17的下部，设有R245fa低压液体送管22-1和电动比例积分调节阀23。
[0042]如附图5、附图6所示，节流膨胀冷凝器19的结构，近似于主I级高压蒸汽发生器5的结构，属于干式换热器的范畴。在节流膨胀冷凝器19的上部，安装有孔板节流器18-1，与R245fa低压冷凝蒸汽输出总管18相连。孔板节流器18_1中间安装有多根小管径节流管18-2，小管径节流管18-2的管径和长度根据R245fa冷凝蒸汽的流量和压力确定。在节流膨胀冷凝器19的内部，设有冷却水管束19-1，冷却水管束19-1由多根无缝钢管组成。节流膨胀冷凝器19的下部，有R245fa液体输送管22_1，与R245fa液体贮液罐21相连。节流膨胀冷凝器19的两端，分别设有冷却水进、出口，冷却水进口与冷却水泵20相连。R245fa液体贮液罐21与R245fa液体循环泵22相连，R245fa液体循环泵22通过R245fa液体输送管22-1和一种循环多级发电系统的所有电动比例积分调节阀23相连，把R245fa液体送入各主级、次级高压蒸汽发生器中。
[0043]有了上述结构后，一种循环多级发电系统的实施方式是:约80 °C? 550°C的载热流体热源工质I被载热流体热源工质输汽管3送入一种循环多级发电系统中进行发电，热能转换过程即时开始。
[0044]如附图1所示，进入一种循环多级发电系统的载热流体热源工质1，首先进入主I级高压蒸汽发生器5，穿过输汽管束5-1，通过输汽管束5-1的各支管管壁，把载热流体热源工质I的热量传导给R245fa液体5-2，R245fa液体5_2吸热后，在临介温度80°C?550°C下发生液-汽相变，产生0.79?5.5mPa的R245fa高压蒸汽5_3，R245fa高压蒸汽5_3经高压蒸汽传输管5-4进入I级(ORC)动力涡轮机9，推动I级(ORC)动力涡轮机9运转，由I级(ORC)动力涡轮机9带动I级发电机9-1发电。根据0.618黄金分割法分配，主I级高压蒸汽发生器5分配到的热量是载热流体热源工质I总热量的61.8%。从I级(ORC)动力涡轮机9出来的R245fa高压蒸汽5_3，变为低压R245fa冷凝蒸汽，经过低压冷凝蒸汽传输管5-5，进入次I级高压蒸汽发生器14，成为次I级高压蒸汽发生器14的热源。根据
0.618黄金分割法分配，次I级高压蒸汽发生器14分配到的热源热量，是I级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽总冷凝热量的61.8%。因为I级(ORC)动力涡轮机的效率为10%，所以，次I级高压蒸汽发生器14分配到的热源热量，等于载热流体热源工质I总热量X61.8% X (1-10%) X61.8%。为了充分利用载热流体热源工质I总热量，一种循环多级发电系统把I级发电机9-1的发电量定为载热流体热源工质I总热量折合发电总量的61.8%，把次I级高压蒸汽发生器14的发电能力定为低压R245fa冷凝蒸汽总发电能力的61.8%，并以此确定主I级高压蒸汽发生器5、I级(ORC)动力涡轮机9、I级发电机9-1和次I级高压蒸汽发生器14的大小和规格型号。然后，再按0.618黄金分割法，依次确定主2?4级高压蒸汽发生器6、7、8和2?5级(ORC)动力涡轮机10、11、12、13、和2?5级发电机10-1、11-1、12-1、13-1以及次2?4级高压蒸汽发生器15、16、17的规格型号的大小。
[0045]因为80°C的载热流体热源工质I的热量较小，热能转换的电力较少，可以减少主级和次级高压蒸汽发生器的个数，选用2?3个主级和次级高压蒸汽发生器循环系统发电就可以了。为了全面阐述一种循环多级发电系统实施方式，下面均设定载热流体热源工质I温度为460°C?550°C。
[0046]因为主I?4级高压蒸汽发生器5、6、7、8的结构基本相同，载热流体热源工质I循环的能量转换过程也一样。460°C?550°C的载热流体热源工质I在主I级高压蒸汽发生器5内消耗了 61.8%的总热热量后，流量不变，温度由460°C?550°C降到284.28°C?339.9°C，压力由4.5?5.5mPa降到2.78?3.4mPa,经载热流体热源工质输汽管3进入主2级高压蒸汽发生器6，进入主2级高压蒸汽发生器6的热源热量等于载热流体热源工质I总热量减去主I级高压蒸汽发生器5消耗热量的61.8%。载热流体热源工质I通过输汽管束6-1的各支管管壁，把热量传导给R245fa液体6_2，R245fa液体6_2吸热后，在临介温度284.28°C?339.9°C下发生液-汽相变，产生2.78?3.39mPa的R245fa高压蒸汽6_3。从I级(ORC)动力涡轮机9排出的低压R245fa冷凝蒸汽，从低压冷凝蒸汽传输管5-5进入次I级高压蒸汽发生器14，成为次I级高压蒸汽发生器14的热源，因为I级(ORC)动力涡轮机9的效率为10%，所以，进入次I级高压蒸汽发生器14的热源热量等于进入I级(ORC)动力涡轮机9的R245fa高压蒸汽5-3热量的(1-10% ) X61.8%，温度为284.28°C?339.9°C。进入次I级高压蒸汽发生器14的低压R245fa冷凝蒸汽，通过低压冷凝蒸汽传输管14_1各支管管壁，把热量传导给次I级高压蒸汽发生器14内的R245fa低压液体14_2，R245fa低压液体14-2吸热后，在临介温度284.28°C?339.9°C下发生液-汽相变，产生2.78?
3.39mPa的R245fa高压蒸汽14_3，从高压蒸汽传输管14_4进入主2级高压蒸汽发生器7。因为R245fa高压蒸汽14-3和主2级高压蒸汽发生器6产生的R245fa高压蒸汽6_3压力相同，通过王氏循环方式循环，R245fa高压蒸汽6-3和14_3，在主2级高压蒸汽发生器6内混合后，从高压蒸汽传输管6-4进入2级(ORC)动力涡轮机10，推动2级(ORC)动力涡轮机10运转、带动2级发电机10-1发电。
[0047]从2级(ORC)动力涡轮机10排出的低压R245fa冷凝蒸汽，从低压冷凝蒸汽传输管6-5进入次2级高压蒸汽发生器15，成为次2级高压蒸汽发生器15的热源，因为2级(ORC)动力涡轮机的效率为10%，所以，进入次2级高压蒸汽发生器15的热源热量等于进入2级(ORC)动力涡轮机10的R245fa高压蒸汽6-3热量的(1_10 % ) X 61.8 %，温度为175.68°C?210.05°C。同时，还有从次I级高压蒸汽发生器14出来、经低压冷凝蒸汽传输管14-5进入的175.68°C?210.05°C的R245fa低压冷凝蒸汽，也做为次2级高压蒸汽发生器15的热源，这部分热源热量等于进入次I级高压蒸汽发生器14的R245fa低压冷凝蒸汽热量的61.8%。因为进入次2级高压蒸汽发生器15的两个热源温度相等，压力也相等，所以，可以进行王氏循环方式循环。通过低压冷凝蒸汽传输管束15-1各支管管壁，把热量传导给R245fa低压液体15-2，R245fa低压液体15_2吸热后，在临介温度175.68°C?210.05°C下发生液-汽相变，产生1.72?2.1OmPa的R245fa高压蒸汽15_3，从高压蒸汽传输管15_4进入主3级高压蒸汽发生器7。从主2级高压蒸汽发生器6出来的175.68°C?210.05°C的载热流体热源工质I也进入主3级高压蒸汽发生器7，通过输汽管束7-1的各支管管壁，把热量传导给R245fa液体7-2，R245fa液体7_2吸热后，在临介温度175.68°C?210.05°C下发生液-汽相变，产生1.72?2.1OmPa的R245fa高压蒸汽7_3，R245fa高压蒸汽7_3和从次2级高压蒸汽发生器进入的R245fa高压蒸汽15_3压力相同，通过王氏循环方式循环，在主3级高压蒸汽发生器7内混合，从高压蒸汽传输管7-4进入3级(ORC)动力涡轮机11，推动3级(ORC)动力涡轮机11运转、带动3级发电机11-1发电。
[0048]从3级(ORC)动力涡轮机11排出的低压R245fa冷凝蒸汽，经低压冷凝蒸汽传输管7-5进入次3级高压蒸汽发生器16，成为次3级高压蒸汽发生器16的热源，因为3级(ORC)动力涡轮机11的效率为10%，所以，进入次3级高压蒸汽发生器16的热源热量等于进入3级(ORC)动力涡轮机11的R245fa高压蒸汽7-3热量的(1-10% ) X61.8%，温度为108.57°C?129.81°C。同时，还有从次2级高压蒸汽发生器15出来、经低压冷凝蒸汽传输管15-5进入的108.57°C?129.81°C低压冷凝蒸汽，也做为次3级高压蒸汽发生器16的热源，这部分热源热量等于进入次2级高压蒸汽发生器15的R245fa低压冷凝蒸汽热量的61.8%。因为两个热源温度相等，压力也相等，所以，可以通过王氏循环方式循环，共同进入次3级高压蒸汽发生器16，通过低压冷凝蒸汽排气管束16-1的各支管管壁，把热量传导给R245fa冷媒低压液体16-2，R245fa冷媒低压液体16_2吸热后，在临介温度108.57°C?129.81°C下发生液-汽相变，产生1.06?1.29mPa的R245fa高压蒸汽16_3，从高压蒸汽传输管16-4进入主4级高压蒸汽发生器8。从主3级高压蒸汽发生器7出来的108.57°C?129.81°C的载热流体热源工质I进入主4级高压蒸汽发生器8，通过输汽管束8_1的各支管管壁，把热量传导给R245fa液体8-2，R245fa液体8_2吸热后，在临介温度108.57°C?129.81°C下发生液-汽相变，产生1.06?1.29mPa的R245fa高压蒸汽8_3，R245fa高压蒸汽8-3和从次3级高压蒸汽发生器进入的R245fa高压蒸汽16_3压力相同，通过王氏循环方式循环，在主4级高压蒸汽发生器8内混合后，从高压蒸汽管8-4进入4级(ORC)动力涡轮机12，推动4级(ORC)动力涡轮机12运转、带动4级发电机12_1发电。
[0049]从4级(ORC)动力涡轮机12排出的低压R245fa冷凝蒸汽，经低压冷凝蒸汽传输管8-5进入次4级高压蒸汽发生器17，成为次4级高压蒸汽发生器17的热源，因为4级(ORC)动力涡轮机12的效率为10%，所以，进入次4级高压蒸汽发生器17的热源热量等于进入4级(ORC)动力涡轮机12的R245fa高压蒸汽8-3热量的(1-10 % ) X61.8 %，温度为67.09°C?80.22°C。同时，还有从次3级高压蒸汽发生器16出来、经低压冷凝蒸汽传输管16-5进入的67.09°C?80.22°C的R245fa低压冷凝蒸汽，也做为次4级高压蒸汽发生器17的热源，这部分热源热量等于进入次3级高压蒸汽发生器16的低压冷凝蒸汽热量的61.8%。因为进入次4级高压蒸汽发生器17的两个热源温度相等，压力也相等，所以，可以进行王氏循环方式循环，通过低压冷凝蒸汽排气管束17-1的各支管管壁，把热量传导给R245fa液体17-2。进入次4级高压蒸汽发生器17的还有从主4级高压蒸汽发生器8出来的载热流体热源工质1，温度为67.09°C?80.22°C，通过载热流体热源工质管束17_6的各支管管壁，把热量传导给R245fa液体17-2，成为第三个热源。次4级高压蒸汽发生器17内的R245fa低压液体17-2，在吸收三个热源热量后，发生液-汽相变，产生高压蒸汽17_3，高压蒸汽17-3的温度为67.09°C?80.22°C，压力约为1.06?1.29mPa，从高压蒸汽管17-4进入5级(ORC)动力涡轮机13，推动5级(ORC)动力涡轮机13运转、带动5级发电机13_1发电。
[0050]载热流体热源工质I如果是R245fa高压蒸汽，从次4级高压蒸汽发生器17出来后，进入排气三通管4，此时，排气三通管4上的电动二通阀26关闭、电动二通阀27打开，载热流体热源工质I进入低压冷凝蒸汽传输总管18，与从次4级高压蒸汽发生器17出来的R245fa低压冷凝蒸汽和从5级(ORC)动力涡轮机13出来的R245fa低压冷凝蒸汽，汇合成为R245fa低压蒸汽，经过低压冷凝蒸汽传输总管18进入孔板节流器18_1，如附图6所示，孔板节流器18-1有多根小孔径节流管18-2，根据“焦耳-汤姆逊”定律的“节流冷效应”原理，R245fa低压蒸汽经孔板节流器18-1节流后，流量不变，流速增大、压力降低，进入节流膨胀冷凝器19，在节流膨胀冷凝器19内，R245fa低压蒸汽19_3体积突然膨胀，密度变小，与冷却水管束19-1各支管的管壁接触，进行热交换，吸收20°C?25°C冷却水的冷量，产生汽-液相变，由汽态变为液态，成为25 V?28°C低温、低压R245fa液体19_2。低温、低压R245fa液体19-2从节流膨胀冷凝器19下部进入R245fa贮液罐21，被R245fa液体循环泵22经R245fa输液管22_1和电动比例积分调节阀23，再次送进一种循环多级发电系统中的各主级、次级高压蒸汽发生器，再次循环发电，如此完成一个R245fa有机朗肯循环(ORC)和王氏循环。冷却水泵20把冷却水送入冷却水管束19-1，带走R245fa低压蒸汽体19_3的冷凝热。如果载热流体热源工质I不是R245fa高压蒸汽，而是其它载热流体热源工质，如:烟气、热水等流体工质，在通过排气三通管4时，关闭电动二通阀27、打开电动二通阀26，让低温载热流体热源工质I直接排放到大气，此时，载热流体热源工质I流量不变，温度降低至41.46。。?49.57。。。
[0051]从主I级高压蒸汽发生器5进入的载热流体热源工质1，按照王氏循环方式在主I?4级高压蒸汽发生器5、6、7、8和次4级高压蒸汽发生器17内循环流动，热量被主I?4级高压蒸汽发生器5、6、7、8和次4级高压蒸汽发生器17内的R245fa低压液体5_2、6_2、7-2,8-2和17-2逐级吸收，发生液-汽相变，产生高压蒸汽5-3、6-3、7-3、8-3和17_3，推动I?5级(ORC)动力涡轮机9、10、11、12、13运转、带动I?5级发电机9_1、10_1、11_1、12-1、13-1发电。温度从460°C?550°C降为41.46°C?49.57°C，如此完成一个载热流体热源工质I热能转换为电能过程。从I级(ORC)动力涡轮机9排出的284.2V?339.9°C的R245fa低压冷凝蒸汽，在次I?4级高压蒸汽发生器14、15、16、17逐级循环后，热量被次I?4级高压蒸汽发生器14、15、16、17内的R245fa低压液体14-2、15-2、16-2、17-2逐级吸收，发生液-汽相变，产生的R245fa高压蒸汽14-3、15-3、16-3、17-3，其中，从次I?3级高压蒸汽发生器14、15、16产生的R245fa高压蒸汽14_3、15_3、16_3，进入主2?4级高压蒸汽发生器6、7、8，与主2?4级高压蒸汽发生器6、7、8内的R245fa高压蒸汽6-3、7_3、8_3混合后，推动2?4级(ORC)动力涡轮机10、11、12运转、带动2?4级发电机10-1、11-1、
12-1发电，温度从284.2°C?339.9°C降为67.09°C?80.22°C。从次4级高压蒸汽发生器17产生的R245fa高压蒸汽17_3，直接进入5级(ORC)动力涡轮机13，推动5级(ORC)动力涡轮13机运转、带动5级发电机13-1发电，温度从284.2V?339.9°C降为41.46°C?49.570C，如此完成一个R245fa低压冷凝蒸汽热能转换为电能过程。以上两个热能转换为电能过程即王氏循环多级热能转换发电过程。
[0052]上述的一种循环多级发电系统，安装有变、配电系统。变、配电系统包括与I?5级发电机相连的输电电缆24、变配电柜25。输电电缆24把I?5级发电机发出的电力传送到变配电柜25，变配电柜25把输入的电力转换成用电部门或电力并网所需要的电压电力，通过输电电缆24提供电力输送服务，输送到用户。变配电柜25上有通讯接口，与智能化PLC控制系统主控电脑2-1相连。
[0053]上述的一种循环多级发电系统中，智能化PLC控制系统2中的主控电脑2-1，通过温度传感器2-2、压力传感2-3传递的信息，始终对载热流体热源工质1、一种循环多级发电系统中的主I?4级高压蒸汽发生器5、6、7、8和次I?4级高压蒸汽发生器14、15、16、17以及I?5级(ORC)动力涡轮机9、10、11、12、13和I?5级发电机9-1、10-1、11-1、12-1、
13-1、电动比例积分调节阀23、电动二通26、电动二通阀27、安全阀2_6运行状态进行监控，记录运行数据和运行是否正常，主控电脑2-1通过通讯接口与变配电柜25连接，随时掌握发电、变配电、输电信息，控制变配电柜25有序工作。主控电脑2-1可以实施远程监控，操作人员也可以通过安装在各部位的圆盘式温度表2-5、压力表2-4，实施现场监控，保证一种循环多级发电系统正常运行。如果系统某部位发生故障和异常状态，或某个主级或次级高压蒸汽发生器压力过高，超过设定压力范围，主控电脑可以显示故障部位和性质，发出警告信号，提示故障部位，自动打开安全阀2-6，保障系统安全运行。主控电脑2-1报警系统可以显示故障位置和故障原因，实施远程控制，关、停相关部件和设备，防止大故障发生，避免大事故出现。
[0054]一种循环多级发电系统中，R245fa的高压蒸汽和低压冷凝蒸汽的王氏循环过程是在绝热的条件下进行的，一种循环多级发电系统的所有装置和设备，都有保温层28保温。保温层28选择的保温材料为硬质聚胺脂发泡材料或难燃BI级橡塑保温材料。保温材料的性能和等级，按国家标准执行。
[0055]根据0.618黄金分割法,一种循环多级发电系统的发电量和发电能力按以下方法计算，以1000KW王氏循环多级热能转换发电站为例:
[0056]王氏循环多级热能转换发电站发电量:1000KW
[0057](ORC)动力涡轮机效率10%
[0058]1、主I级高压蒸汽发生器5的发电能力:
[0059]1000KWX0.618=618KW(设定)
[0060]2、主2级高压蒸汽发生器6的发电能力:
[0061](1000-618)KffX0.618X10% =23.80KW
[0062]3、主3级高压蒸汽发生器7的发电能力:
[0063](1000-618-23.80)KffX0.618X10% =22.15KW
[0064]4、主4级高压蒸汽发生器8的发电能力:
[0065](1000-618-23.80-22.15)KffX0.618X10% =20.78KW
[0066]5、主I?4级高压蒸汽发生器5、6、7、8的发电能力:
[0067]618+23.80+22.15+20.78=684.53KW
[0068]6、次I级高压蒸汽发生器14的发电能力:
[0069](1000-618)KffX (1-10% ) X0.618=212.46Kff(设定)
[0070]7、次2级高压蒸汽发生器15的发电能力:
[0071](1000-618-212.46)KWX90% X0.618X10% =9.42KW
[0072]8、次3级高压蒸汽发生器16的发电能力:
[0073](1000-618-212.46-9.42)KWX90% X0.618X10% =8.90KW
[0074]9、次4级高压蒸汽发生器17的发电能力等于三个热源发电能力总合:
[0075](I)、从次三级高压蒸汽发生器16进入的热源发电能力:
[0076](1000-618-212.46-9.42-8.90)KffX90% X0.618X10% =8.4IKff[0077](2)、从4级(ORC)动力涡轮机12进入的热源发电能力:
[0078]20.78KWX90% X10%=1.87Kff
[0079](3)、从主4级高压蒸汽发生器8进入的热源发电能力:
[0080](1000-684.53)KffX 10% =31.54KW
[0081]次4级高压蒸汽发生器17的发电能力:
[0082](8.41+1.87+31.54)KffX 10% =4.18KW
[0083]10、次I~4级高压蒸汽发生器14、15、16、17的发电能力:
[0084]212.46+9.42+8.90+4.18=234.96KW
[0085]11、王氏循环多级热能转换发电站的总发电能力为:[0086](684.53+234.96) Kff = 919.49KW
[0087]12、一种循环多级发电系统的理论发电率为:
[0088]919.49Kff^-1OOOKffX 100% =91.94%
[0089]14、一种循环多级发电系统的最后冷凝热量为:
[0090](8.41+1.87+31.54)Kff=41.82KW
[0091]13、一种循环多级发电系统的载热流体热源工质I热能利用率为:
[0092](1000-41.82) Kff^-1OOOKffX 100% =95.82%
[0093]从以上计算可以看出，一种循环多级发电系统中，载热流体热源工质以及环保冷媒R245fa高压蒸汽、低压冷凝蒸汽通过王氏循环后，多级(ORC)动力涡轮机发电组合设备的效率从8~11%提高到91.94%，达到8倍以上，载热流体热源工质热能利用率为95.82%，把每度电价降低到约0.1~0.3元人民币左右，把不可再生的燃料利用率提高一倍以上。一种循环多级发电系统的发明和应用，将改变世界能源格局，并实现热能转换低价发电的梦想，在节能、减排科技领域里无疑是一个伟大创举和创新。
【权利要求】
1.一种循环多级发电系统，一种利用载热流体做为热源工质，进入一种循环多级发电系统发电，把低位热能转换为低价高位电能的一种循环多级发电系统；一种只要有热源的地方，无论是太阳能光热还是地热、工业余热、废热都能利用的一种循环多级发电系统。由包括:一种循环多级发电系统、变配电系统、智能化PLC控制系统等组成。其特征在于，所述的一种循环多级发电系统，把载热流体热源工质按王氏循环方式发电。王氏循环是专利发明人王天祥自己设计的一种流体循环。王氏循环是在有机朗肯循环(ORC)原理的基础上，创造出的一种新型循环方式，即流体压力平衡正压循环，简称王氏循环，其定义是:“在绝热、保温的条件下，同种物质的流体在相同压力下可以平衡流动正压循环”。王氏循环即流体压力平衡正压循环，已经应用在本专利发明人王天祥的另一项发明专利:海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统(申请号201310242926.7)上。
2.如权利要求1所述的一种循环多级发电系统，其特征在于，所述的一种循环多级发电系统，是多级热能转换发电系统，一种循环多级发电系统包括多级主级、次级高压蒸汽发生器和多级(ORC)动力涡轮机和发电机。王氏循环以环保型有机冷媒为工质，使环保型有机冷媒工质人高温、高压蒸汽和低压冷凝蒸汽多次循环，在不同温度、不同压力下逐级推动有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机运行，带动发电机发电。一种循环多级发电系统把有机冷媒工质的冷凝热降低到4.18%左右，把95.82%以上的载热流体热源工质热能利用起来；把多级有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机组合发电设备的效率由8~11%提高到91.94%以上，彻底解决了(ORC)动力涡轮机效率低的难题，提高热能利用率8倍以上。
3.如权利要求1所述的一种循环多级发电系统，其特征在于，所述的一种循环多级发电系统，选择使用的环保型有机冷媒工质是霍尼韦尔(HoneyWell)245fa(以下简称R245fa)，R245fa的化学名 称是五氟丙烷，分子式是CF3CH2CHF2,具有热力学性质稳定、热传导系数高、工作温度范围广、不燃烧、不破坏臭氧层等特性。可用于自然或工业来源的热能转换、米用有机朗肯循环和王氏循环技术产生电力。一种循环多级发电系统中，R245fa受热后产生高压蒸汽的初始温度为80°C~550°C，压力为0.79—5.5mPa。
4.如权利要求1所述的一种循环多级发电系统，其特征在于，所述的一种循环多级发电系统，采用0.618黄金分割法，量化进入一种循环多级发电系统的载热流体热源工质的热能和发电能力，用以确定、选择和配置一种循环多级发电系统各主级、次级高压蒸汽发生器和(ORC)动力蜗轮机、发电机的规格、型号；量化进入各主级、次级高压蒸汽发生器的R245fa高压蒸汽量和冷凝蒸汽量，通过电动比例积分调节阀自动控制进入各主级、次级高压蒸汽发生器的R245fa液体流量。同时，量化各级(ORC)动力蜗轮机带动发电机的发电量。是世界上第一个把0.618黄金分割法运用到热能转换发电系统的技术创新。
5.如权利要求1所述的一种循环多级发电系统，其特征在于，所述的一种循环多级发电系统，选择使用的动力设备是多级有机朗肯循环(ORC)动力蜗轮机〈以下简称(ORC)动力涡轮机〉。低温有机朗肯循环(ORC)是类似于传统的蒸汽涡轮机循环，低温有机朗肯循环(ORC)动力蜗轮机，是一种利用环保型低沸点有机液体如:R245fa、R410A、R134a、氯乙烷等制冷剂做为有机工质循环的动力设备。这种(ORC)动力蜗轮机可以带动发电机发电。(ORC)动力蜗轮机是系列化产品，(ORC)动力蜗轮机与发电机组成(ORC)动力蜗轮机发电组合设备，单台发电能力为5~400KW，可以用多台发电组合设备组成大功率发电站。一种循环多级发电系统根据载热流体热源工质热量的大小，选择不同发电能力的(ORC)动力蜗轮机发电组合设备，建立多级热能转换发电站。本发明是世界上热能转换发电领域里，第一个引进和应用这种多级(ORC)动力蜗轮机发电组合设备的发电系统，是高科技领域里的技术创新。
6.如权利要求1所述的一种循环多级发电系统，其特征在于，所述的一种循环多级发电系统中，安装有节流膨胀冷凝器，用于冷却环保型有机冷媒R245fa低压冷凝蒸汽。节流膨胀冷凝器上安装有孔板节流器和水冷却设备，水冷却设备包括冷却水泵和冷却水。根据“焦耳-汤姆逊”定律的“节流冷效应”原理，R245fa低压冷凝蒸汽经过孔板节流器时，流量不变，流速增大，压力降低，进入节流膨胀冷凝器后，体积突然膨胀、密度减小，有利于吸收冷却水的冷量，产生汽-液相变，由汽态变为液态，成为R245fa低压液体。一种循环多级发电系统安装节流膨胀冷凝器后，冷凝速度加快，使冷却水用量大幅减少，是世界节能领域里一大技术创新。
7.如权利要求1所述的一种循环多级发电系统，其特征在于，所述的一种循环多级发电系统，安装有智能化PLC控制系统。主控电脑通过温度传感器、压力传感器检测的信息，对一种循环多级发电系统中多级主级、次级高压蒸汽发生器上的电动比例积分调节阀进行监控并收集、记录运行信息，保证电动比例积分调节阀无故障运行，自动调节R245fa液体的流量，以控制R245fa高压蒸汽的发生量；通过对一种循环多级发电系统中的主级、次级高压发生器、(ORC)动力蜗轮机、发电机及变、配电柜进行实时监控，随时掌握发电、变配电、输电信息，控制变、配电柜有序工作；通过对安全阀的监控，确保一种循环多级发电系统安全可靠运行。主控电脑通过通讯接口与变、配电柜连接，记录一种循环多级发电系统中的运行数据和运行状 态。主控电脑设有报警系统，可以报警并显示故障位置和故障原因，一旦故障出现，实施远程控制，打开安全阀并关、停相关部件和设备，防止重大故障发生，避免重大事故出现。
【文档编号】F03G4/00GK103883490SQ201310394766
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】王天祥 申请人:王天祥