基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种余热回收发电系统，尤其是涉及一种基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统。
【背景技术】
[0002]燃气内燃机发电机组的发电效率在30%?40%左右，有三分之二左右能能量被烟气和缸套水耗散到环境中。目前，对燃气内燃机发电机组的余热利用的方式主要是利用烟气余热加热生活热水，这种方式是构成“热电联供系统”的主要方式。然而，由于人们对能源类型和品质的需求逐时变化，在炎热夏季和过渡季节对热水的需求量很少，虽然燃气发电机组的余热得到回收，但是在这段时间并不被利用，造成能源的大量浪费；燃气发电机组的烟气温度范围大致在350?600°C，而ORC系统工质所能承受的温度一般低于350°C，超过这个限度就有可能发生工质的裂解现象，因此烟气余热难以被ORC系统回收发电。人们对生活热水的温度要求一般不超过50°C，因此利用燃气发电机组的烟气余热产生生活热水亦不能实现能源的“梯级利用”。
[0003]有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, 0RC)是指利用有机工质的朗肯循环，主要部件为膨胀机、冷凝器、工质泵和蒸发器组成。ORC系统可以高效的利用低品味热源，产生高品位电能，冷凝器可以回收工质冷凝时释放的低品位能量产生生活热水。以此提高系统的总发电效率，又可回收余热产生生活热水，从而提高能源的总利用效率和火用效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可提高燃气内燃机发电机组的总发电效率，节能降耗，提高机组在夏季和过渡季的性能的基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统，包括
[0007]回收余热组件:包括依次连接形成循环的燃气内燃机发电机组、导热油和烟气的换热器、导热油加热有机工质的蒸发器、回收导热油余热的循环水换热器，所述的换热器与燃气内燃机发电机组之间的连接管道上设有存储导热油的储油罐；
[0008]ORC发电组件:包括依次连接的工质泵、蒸发器、膨胀机、发电机、ORC冷凝器及工质过滤器；
[0009]热水循环组件:设有两套，分别冷却换热器及ORC冷凝器。
[0010]所述的导热油先冷却燃气内燃机发电机组的内燃机缸壁，然后进入换热器中回收内燃机烟气余热，再作为热源进入蒸发器中加热有机工质。
[0011 ] 加热后的有机工质经过蒸发器过热进入膨胀机做功，推动发电机发电。
[0012]所述的蒸发器的回路中设有调节有机工质进入膨胀机进口参数的旁通管道及阀门。
[0013]所述的热水循环组件包括经管道连接的给水过滤器、给水泵、储热水箱，其中一套储热水箱与换热器连接，另一套储热水箱与ORC冷凝器连接。
[0014]与现有技术相比，本发明利用导热油代替缸套水冷却缸壁，防止缸壁温度过高，同时预热了导热油，预热的导热油进入烟气换热器进一步提高导热油温度，可以回收相对温度较高(品质高)的热量，同时避免直接利用高温烟气加热工质导致工质分解的可能。导热油余热回收系统可以作为ORC发电系统的稳定热源，ORC系统膨胀机出口添加回热器，起到预热工质，提高ORC系统发电效率的作用。通过本发明可以提高燃气内燃机发电机机组的总发电效率，机组在夏季和过渡季运行时具有更好的经济性能。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图。
[0016]图中，1-燃气内燃机发电机组、2-换热器、3-蒸发器、4-循环水换热器、5-储油罐、
6-导热油泵、7-给水过滤器、8-给水泵、9-储热水箱、10-工质过滤器、11-工质泵、12-膨胀机、13-发电机、14-给水过滤器、15-给水泵、16-储热水箱、17-0RC冷凝器、Vl-第一阀门、V2-第二阀门、V3-第三阀门、V4-第四阀门、V5-第五阀门、V6-第六阀门。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0018]实施例
[0019]基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统，其结构如图1所示，包括回收余热组件、ORC发电组件以及热水循环组件。接下来对各组件做进一步的分析说明。
[0020]回收余热组件包括依次连接形成循环的燃气内燃机发电机组1、导热油和烟气的换热器2、导热油加热有机工质的蒸发器3、回收导热油余热的循环水换热器4，循环水换热器4与燃气内燃机发电机组I之间的连接管道上设有存储导热油的储油罐5以及导热油泵6 ；
[0021]ORC发电组件包括依次连接的工质泵11、蒸发器3、膨胀机12、发电机13、0RC冷凝器17及工质过滤器10。主要利用导热油为热源，加热有机工质推动膨胀机12做功，膨胀机12连接发电机13提供电力。工质选择R123，经换热器3吸收导热油热量形成高温高压蒸气，进入膨胀机12膨胀做功，推动发电机13发电，然后工质进入ORC冷凝器17冷凝成液体，经工质过滤器10、工质泵11进入蒸发器3完成循环。当工质流量或者压力过大时，旁通管道上的四阀门V4和第五阀门V5打开，防止膨胀机12过载受到破坏。
[0022]热水循环组件设有两套，包括经管道连接的给水过滤器7、给水泵8、储热水箱9，以及给水过滤器14、给水泵15、储热水箱16，储热水箱9与换热器4连接，储热水箱16与ORC冷凝器17连接，从而分别冷却换热器4及ORC冷凝器17。
[0023]导热油先冷却燃气内燃机发电机组I的内燃机缸壁，然后进入换热器2中回收内燃机烟气余热，再作为热源进入蒸发器3中加热有机工质。加热后的有机工质经过蒸发器3过热进入膨胀机12做功，推动发电机13发电。导热油在蒸发器3中加热有机工质后，温度并没有完全降低，经换热器4加热给水，ORC循环系统冷凝器17冷却工质的同时加热给水，两套热水循环组件提供生活热水。
[0024]本发明不仅利用导热油冷却内燃机缸壁，同时导热油还吸收烟气余热作为ORC发电系统的热源，避免直接利用烟气余热加热ORC系统工质造成工质裂解。其冬季、夏季和过渡季运行方式为:
[0025]冬季用户对热负荷需求较高时，燃气内燃机发电机组I正常运行，所发电力满足用户需求，导热油经导热油泵6流入内燃机的缸套内冷却缸壁，然后进入换热器2回收烟气余热，关闭第二阀门V2同时开启旁通管道上的第一阀门VI，导热油直接进入循环水换热器4，利用循环水换热器4加热生活热水，满足用户的热负荷需求。
[0026]夏季和过渡季节用户对热负荷需求较低时，燃气内燃机发电机组I正常运行，所发电力满足用户需求，导热油泵6流入内燃机的缸套内冷却缸壁，然后进入换热器2回收烟气余热，关闭第一阀门Vl同时开启第二阀门V2，导热油进入蒸发器3加热ORC发电系统工质，产生高压高温蒸气，开启第三阀门V3同时关闭第四阀门V4、第五阀门V5，工质进入膨胀机12膨胀做功，推动发电机13产出电能。然后工质进入ORC冷凝器17，冷凝成饱和液体，关闭第六阀门V6，工质流经工质过滤器10、工质泵11进入蒸发器3完成工质循环。此时，两套余热回收热水循环系统分别回收ORC系统循环的ORC冷凝器17余热、导热油循环系统中循环水换热器4的余热。
[0027]本发明涉及燃气内燃机发电机组和ORC系统的联合运行，因此系统启动步骤如下:首先启动回收导热油余热水循环系统，开启第一阀门VI，关闭第二阀门V2，然后启动内燃机发电机组和导热油循环系统。待内燃机稳定运行后，启动回收ORC冷凝器余热的热水循环系统，开启第四阀门V4、第五阀门V5，关闭第三阀门V3、第六阀门V6，关闭第一阀门Vl，开启第二阀门V2，预热ORC系统的工质，待工质温度达到膨胀机所需进口温度时，开启第三阀门V3，关闭第四阀门V4、第五阀门V5，完成导热油回收燃气内燃机余热发电系统的开机步骤。停机步骤:首先停止内燃机发电机组，开启第四阀门V4、第五阀门V5，关闭第三阀门V3停止膨胀机和发电机，待导热油温度降低到95°C以下时，开启第一阀门VI，关闭第二阀门V2，最后关闭所有循环系统的泵。
【主权项】
1.基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统，其特征在于，该系统包括 回收余热组件:包括依次连接形成循环的燃气内燃机发电机组(I)、导热油和烟气的换热器(2)、导热油加热有机工质的蒸发器(3)、回收导热油余热的循环水换热器(4)，所述的循环水换热器⑷与燃气内燃机发电机组⑴之间的连接管道上设有存储导热油的储油罐(5)； ORC发电组件:包括依次连接的工质泵(11)、蒸发器(3)、膨胀机(12)、发电机(13)、ORC冷凝器(17)及工质过滤器(10); 热水循环组件:设有两套，分别冷却换热器(4)及ORC冷凝器(17)。2.根据权利要求1所述的基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统，其特征在于，所述的导热油先冷却燃气内燃机发电机组(I)的内燃机缸壁，然后进入换热器(2)中回收内燃机烟气余热，再作为热源进入蒸发器(3)中加热有机工质。3.根据权利要求2所述的基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统，其特征在于，加热后的有机工质经过蒸发器(3)过热进入膨胀机(12)做功，推动发电机(13)发电。4.根据权利要求3所述的基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统，其特征在于，所述的蒸发器(3)的回路中设有调节有机工质进入膨胀机(12)进口参数的旁通管道及阀门。5.根据权利要求1所述的基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统，其特征在于，所述的热水循环组件包括经管道连接的给水过滤器(7，14)、给水泵(8，15)、储热水箱(9，16)，所述的储热水箱(9)与换热器(4)连接，所述的储热水箱(16)与ORC冷凝器(17)连接。
【专利摘要】本发明涉及基于导热油冷却燃气内燃机缸壁回收烟气余热的发电系统，包括依次连接形成循环的燃气内燃机发电机组、导热油和烟气的换热器、导热油加热有机工质的蒸发器、回收导热油余热的循环水换热器构成的回收余热组件，依次连接的工质泵、蒸发器、膨胀机、发电机、ORC冷凝器及工质过滤器构成的ORC发电组件，两套热水循环组件。本发明通过导热油全面回收燃气内燃机的余热，避免内燃机缸套水温度过低无法高效利用，同时防止ORC发电系统采用烟气作为热源而温度过高易使其工质裂解，可提高燃气内燃机发电机组的总发电效率和系统火用效率，节能降耗，提高机组在夏季和过渡季的整体性能。
【IPC分类】F01K27/02, F02G5/00
【公开号】CN104975897
【申请号】CN201510306372
【发明人】张涛, 朱彤, 谢飞博
【申请人】同济大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月4日