[发明专利]一种ORC系统启机并网系统及方法

说明书

本发明公开了一种ORC系统启机并网系统及方法，涉及中小型余热发电技术领域，用于解决现有的中小型余热发电机组采用同步发电机、同期柜、控制柜、电气开关柜、电液调速系统进行并网馈电存在的系统配置繁多和控制复杂、运维难度大的问题；包括有机朗肯循环机组和并网开关柜，有机朗肯循环机组通过并网开关柜接入电网；本发明通过并网开关柜配合低速变频器的投切来实现发电自动快速并网，通过低速变频器在并网后的电机切出和控制工质泵变频运行来适应热源的波动，通过机组启机流程的自动控制实现快速稳定启机、并网和转入自跟随的稳定运行。

技术领域

本发明涉及中小型余热发电技术领域，具体为一种ORC系统启机并网系统及方法。

背景技术

工业余热回收领域，针对炼化、聚酯、化肥、煤化工、有色金属冶炼等行业存在大量的200℃以下的工艺物料、热水、热液和烟气等，常规中经常需要采用空冷器、冷却塔等进行冷却，可以采用有机朗肯循环发电系统（ORC系统）来回收低品位余热，产生电力供厂区使用或馈送电网，从而降低工业能耗，特别是在针对当下工业用电峰值电价大幅度上调，国家高度重视双碳战略，对工业节能和碳排放愈加重视的大环境政策下，低品位余热回收发电的经济性和重要性明显提升。

中高温的余热回收，采用余热锅炉产生高温高压的水蒸汽，推动汽轮机做功，通过联轴器与同步发电机连接输出电功率。常规的余热回收发电，基本上是采用同步发电机进行并网馈电，采用电液调节阀精密控制透平转速，保证透平-发电机转速在电网同步转速的允许的极小偏差范围，同时需要复杂的同期并网柜来保证相序和相位，进行并网控制；同时为了适应余热源的波动，往往采用旁通阀和电液调节阀的实时控制来保证系统稳定，导致系统中需要配置电液调速系统、电动旁通阀、同期并网柜等复杂且昂贵的设备，增加了投资成本和运维难度；另外工质泵无论大小工况都保持工作在额定功率状态，增加了设备投资成本、导致系统配置和控制复杂，工质泵自耗电占比高达20%甚至更多，较多，运维难度大，导致严重影响系统的综合经济性。这些因素的存在导致多年以来下降，也是此类机组难以大规模推广和应用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有的中小型余热发电机组采用同步发电机、同期柜、控制柜、电气开关柜、电液调速系统进行并网馈电存在的系统配置繁多和控制复杂、运维难度大的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种ORC系统启机并网系统，包括有机朗肯循环机组和并网开关柜，有机朗肯循环机组通过并网开关柜接入电网；有机朗肯循环机组包括两极感应式电动机、工质泵变频控制开关、低速变频器、工质泵、超越离合器、减速箱、冷凝器、透平和蒸发器；所述并网开关柜内安装有并网控制模块，并网控制模块包括：

信息采集单元，用于采集蒸发器压力传感器和冷凝器压力传感器检测的压力数据以及冷凝器液位计检测的液位数据；

阀门控制单元，用于控制安装在冷凝器和蒸发器上的阀门开启或关闭以及透平进口电动调节阀的开启、关闭和开启的开度；

透平暖机单元，用于通过压差对透平进行过热气体暖机；

开关控制单元，用于控制工质泵变频控制开关、并网开关、变频器开关和电机变频启动开关合闸、断开以及设置延时时间、执行延时断开和耦合联锁闭合；

设定复位单元，用于对低速变频器进行频率设定和复位，并根据冷凝器液位与设定范围的差值对低速变频器的频率进行PID控制，使工质泵变频运行。

作为本发明的一种优选实施方式，所述两极感应式电动机的一端通过超越离合器与减速箱的一端连接，减速箱的另一端与透平动力输入端连接；蒸发器通过管道一与透平的进口处连接，透平的出口处通过管道二与冷凝器的一端连接，冷凝器的另一端通过管道三与工质泵的一端连接，工质泵的另一端通过管道四与蒸发器连接；工质泵通过工质泵变频控制开关与低速变频器的一端连接；