[发明专利]无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法和装置

说明书

本发明公开了一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法和装置，利用有机工质在两个交替工作的蒸发器内密闭加热到工作压力时进入膨胀机做功，带动发电机发电。当第一蒸发器内的液态有机工质向膨胀机定压汽化输出蒸汽达到接近蒸干状态所对应的最低液位，且压力仍保持在蒸发器的恒定压力时，膨胀机切换至第二蒸发器工作。第一蒸发器内的残余蒸汽在压差作用下进入储液罐与冷凝后的过冷有机工质混合并快速凝结，使第一蒸发器内压力瞬间降至储液罐的压力，同时，储液罐内的液态有机工质在重力作用下，回流至第一蒸发器内，直至达到最高设定液位。本发明提高了有机朗肯循环系统的发电效率和发电功率，以及系统运行的稳定性。

技术领域

本发明涉及中低温余热利用技术领域，具体涉及一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法和装置。

背景技术

随着能源供应形势日趋紧张，余热资源的有效回收利用是提高能源利用效率的重要手段，有机朗肯循环作为一种将低品位热能转化为高品位电能的发电技术，受到了越来越多的关注。与传统火力发电厂不同，低品位热能驱动的有机朗肯循环发电系统效率相对偏低，而工质泵作为系统中主要的耗能部件，其对整个系统的效率影响较大，尤其是中小型有机朗肯循环发电系统，系统效率相对较低，再考虑工质泵的能耗，系统的循环效率将进一步降低。

文献(路会同、江龙、王丽伟等.低温余热驱动的无泵有机朗肯循环瞬时稳态发电性能.化工学报，2017，DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20170405)搭建了一套实验装置用以研究系统发电性能，并对系统效率进行了分析。实验中系统的两个换热器分别作为蒸发器和冷凝器交替运行，换热器的功能切换时的冷热抵消过程降低了整个系统的能量转换效率。由于受到换热器热惰性的影响，系统轴功输出存在较大的波动性，导致发电机功率输出稳定性较差。

发明专利(201410331353.X)公开了一种无泵式有机朗肯发电循环方法和装置，利用锅炉产生的高温高压工质蒸汽对液体工质进行加压，液体工质靠重力进入锅炉，实现了从低压的冷凝器向高压的锅炉输送流体，但该方案需要对排气后的储液罐进行冷却降压，需要增加一套冷却水系统，同时加热之后的储液罐也需要再冷却降压，冷热抵消过程也降低了整个系统的效率。

发明专利(201310496376.1)公开了一种非能动式低温热能有机工质发电方法，利用两个交替工作的蒸发器对有机工质进行加热加压，带动透平做功。该方法需要蒸发器内的有机工质消耗待尽，蒸发器压力下降到冷凝压力，液态工质才能依靠重力回流到蒸发器。蒸发器输出压力下降也就造成透平输出轴功下降，使透平输出功率存在一个周期性的下降过程，造成发电机的输出功率不恒定。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供了一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法，有机工质在两个并联交替运行的蒸发器内密闭加热到工作压力后推动膨胀机做功，当蒸发器内的有机工质逐渐蒸发消耗，有机工质液位下降到设定最低液位，且压力仍保持在蒸发器的恒定压力时，切换到另外一台蒸发器工作。实现了系统的连续运行，并且保证率膨胀机进口蒸汽压力恒定，从而使膨胀机输出轴功恒定，保证系统输出电能的稳定性。

本发明还提供了一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电装置，该装置利用在蒸发器和储液罐的沉浸式汽液混合器之间增加一个降压管路，蒸发器内做工后残余的有机工质蒸汽进入储液罐与储液罐内的冷凝后的过冷有机工质混合，使蒸汽器内的压力降至与储液罐内的压力相等，从而使储液罐内的液态有机工质在重力作用下回流到蒸发器，实现了系统的无泵循环。

本发明采用的技术方案是：一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法，包括两个蒸发器内工质的密闭升温升压汽化过程、有机工质做功工程和蒸发器降压充液过程，具体步骤如下：

(1)第一蒸发器内有机工质的密闭升温升压汽化过程：液态有机工质在密闭的第一蒸发器内被中低温热源加热蒸发，获得满足膨胀机进口压力要求的饱和有机工质蒸汽。