中高溫熱源閃蒸-有機朗肯循環的熱水聯合發電測試系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發電循環測試系統，更具體地說，本發明涉及一種用于調節和測試中高品位熱源閃蒸發電系統、有機朗肯循環發電系統及其聯合發電系統的綜合測試系統。
【背景技術】
[0002]近年來，地熱能因其獨特的穩定性及其廣泛的分布性，受到了世界各國學者的廣泛關注。我國對于中、低溫地熱資源的直接利用規模一直位列全球第一，而地熱發電的規模則相對滯后。截至2014年底，我國地熱直接利用的裝機容量高達17870MW，居世界首位。然而，地熱發電方面，美國地熱發電累計裝機已達到3150MW，而我國地熱發電裝機僅有27MW(目前正常運行的地熱發電站只有廣東豐順和西藏羊八井等幾處)，與國外相比還有很大差距。因此，開發適用于我國技術經濟特點的可開采的中低溫地熱能，具有廣泛且現實的意義。
[0003]—般的地熱發電循環形式主要以閃蒸循環和有機朗肯循環為主，這類單級利用系統存在地熱水利用率低、系統發電產率低的問題，而地熱閃蒸-有機朗肯循環聯合發電系統則能解決此問題，因此，在近幾年內受到廣泛關注。理論研究表明，目前地熱閃蒸-有機朗肯循環聯合發電系統的電力產率可比單級閃蒸或單級有機朗肯循環發電系統高出約20%。但實驗研究缺乏，相對應的工程驗證尚屬空白。
[0004]因此，搭建一種地熱閃蒸循環和有機朗肯循環聯合發電系統的測試系統，并在靈活、高效且成本受約束的要求下，探究該聯合系統運行參數和系統輸出特性之間的耦合關系，對我國地熱能的發電利用將產生較大的影響。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是針對以上現有技術的情況，提供一種中高溫熱源閃蒸-有機朗肯循環的熱水聯合發電測試系統，進而探究閃蒸發電系統、有機朗肯發電系統及其構成的聯合系統的發電特性。
[0006]本發明的技術方案是:
[0007]—種中高溫熱源閃蒸-有機朗肯循環的熱水聯合發電測試系統，包括熱源子系統、冷源子系統、閃蒸循環發電子系統和有機朗肯循環發電子系統，其中:
[0008]所述的熱源子系統包括熱水鍋爐、第一熱水栗、閃蒸器、蒸發器、預熱器第一、第二截止閥以及熱水流量、溫度、壓力測量裝置;所述熱水鍋爐產生的高溫高壓熱水通過第一截止閥進入閃蒸器或者通過第二截止閥進入蒸發器和預熱器，熱水經過放熱降溫后經過第一熱水栗重新栗入所述的熱水鍋爐加熱，構成熱源水路的循環；
[0009]所述的冷源子系統包括冷卻塔、冷卻栗、凝汽器、冷凝器以及冷卻水流量、溫度測試裝置;所述冷卻塔的回水經過與空氣換熱降溫后由冷卻栗供入對應的凝汽器和冷凝器；
[0010]所述的閃蒸發電子系統包括閃蒸器、第一膨脹機、第一發電機、凝汽器、真空栗、蒸發器、預熱器、第一、第三、第八截止閥以及溫度、壓力、流量測試裝置;其獨立運行的控制流程為:所述熱水鍋爐產生的高溫高壓熱水通過第一截止閥進入閃蒸器并在閃蒸器內部產生飽和蒸汽，飽和蒸汽經過第三截止閥進入第一膨脹機膨脹做功并帶動第一發電機發電，膨脹做功后的乏汽通過第八截止閥進入凝汽器，被來自冷卻塔的冷卻水冷卻降溫為液態水并依靠其本身重力通過管道供入冷卻塔，所述的閃蒸器和凝汽器依靠與其連接的真空栗維持和調控閃蒸壓力和冷凝壓力，經過閃蒸后的熱水依次經過蒸發器和預熱器由第一熱水栗栗入熱水鍋爐重新吸熱；
[0011]所述的有機朗肯循環發電子系統包括預熱器、蒸發器、第二膨脹機、第二發電機、第二截止閥、第四截止閥、第七截止閥、第九截止閥、冷凝器、工質栗、工質罐以及溫度、壓力和流量測試裝置;其獨立運行時的控制流程為:所述熱水鍋爐產生的高溫高壓熱水通過第二截止閥依次進入蒸發器和預熱器作為熱源加熱來自工質栗的液體有機工質，液態有機工質吸熱后變為高溫高壓下的有機蒸汽，有機蒸汽通過第四截止閥進入第二膨脹機做功并帶動第二發電機發電，膨脹后的低壓狀態有機蒸汽通過第九截止閥進入冷凝器被冷卻水冷卻成低壓狀態下的飽和液體，飽和液體進入工質罐緩沖儲存，達到一定液位后被工質經第七截止閥重新栗入預熱器和蒸發器實現有機工質的循環；
[0012]所述的閃蒸-有機朗肯聯合發電系統同時包括上述閃蒸循環發電系統和有機朗肯循環發電系統；當聯合發電系統運行時，其控制流程為:第二截止閥關閉，第一截止閥開啟，且其余的截止閥全部開啟;所述的熱水鍋爐產生的高溫高壓熱水首先通過第一截止閥進入閃蒸循環發電系統的閃蒸器，經過節流降壓降溫后產生的蒸汽通過第三截止閥進入第一膨脹機并帶動第一發電機發電，剩余的液態水通過第二熱水栗供入有機朗肯循環發電系統，并依次進入有機朗肯循環的蒸發器和預熱器作為熱源加熱所述蒸發器和預熱器內部的液體有機工質，產生的高壓有機蒸汽通過第四截止閥進入第二膨脹機做功并帶動第二發電機發電；經過蒸發器和預熱器吸熱后的熱水通過第一熱水栗栗入所述的熱水鍋爐重新被加熱和用于再次循環，由冷卻塔產生的冷卻水供入閃蒸循環發電系統的凝汽器并同時通過第十、第十一截止閥進入有機朗肯循環發電子系統的冷凝器。
[0013]在以上設置中:
[0014]所述的熱水鍋爐由10組8kW的電加熱組件構成，其臺額定功率為80kW、最高熱水加熱溫度為180°C。
[0015]所述的冷卻塔為15T的填料類開式冷卻塔。
[0016]本發明與現有技術相比，其有益效果是:
[0017](I)可以靈活地實現熱水閃蒸循環發電系統、熱水有機朗肯循環發電系統和兩種循環的聯合發電系統的切換測試；
[0018](2)可以實現180°C以下、SOkW以下小型中高溫熱源的有機朗肯循環發電系統的性能測試；
[0019](3)可以實現不同循環的發電系統冷源和熱源的共用，有效地降低了實驗成本和占地面積。
【附圖說明】
[0020]附圖是本發明的系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發明更容易被清楚理解，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案作以詳細說明。
[0022]參照附圖，本發明的中高溫熱源閃蒸-有機朗肯循環的熱水聯合發電測試系統，由熱源子系統、冷源子系統、閃蒸循環發電子系統和有機朗肯循環發電子系統組成，其中:
[0023]所述的熱源子系統主要包括一臺額定功率為80kW、最高熱水加熱溫度為180°C的模塊化移動式的熱水鍋爐I，輔助設備為第一熱水栗2及熱水流量、溫度、壓力測量裝置。具體流程為:熱水鍋爐I產生的高溫高壓熱水，進入閃蒸發電子系統的閃蒸器14或者進入有機朗肯循環發電系統的蒸發器8和預熱器3，熱水經過放熱降溫后，經過第一熱水栗2重新栗入所述的熱水鍋爐I加熱，構成熱源水路的循環。所述的熱水鍋爐I由10組8kW的電加熱組件構成，因此可以根據實驗要求，靈活實現不同熱源功率下的熱源規模的快速調整。
[0024]所述的冷源子系統主要包括一臺開式冷卻塔7，輔助設備為冷卻栗17及其流量、溫度測試裝置。所述的冷卻塔7為15T的填料類的開式冷卻塔，其回水經過與空氣換熱降溫后(額定溫降為5°C)由所述的冷卻栗17根據流量需求及發口開啟狀態供入對應的閃蒸發電子系統的凝汽器12和有機朗肯循環發電系統的冷凝器6。
[0025]所述的閃蒸發電子系統包括一臺閃蒸器14、第一膨脹機15、凝汽器12、真空栗11及其溫度、壓力、流量的測試裝置。當閃蒸發電子系統獨立運行時，基本的控制流程為:第一截止閥01、第三截止閥03開啟，第二截止閥02關閉，由熱水鍋爐產生的高溫高壓熱水進入閃蒸器14，在閃蒸器14內部經過節流降壓降溫后，產生的對應壓力下的飽和蒸汽進入第一膨脹機15膨脹做功并帶動第一發電機16發電；此時第八截止閥08開啟，膨脹做功后的乏汽進入凝汽器12，被來自冷卻塔7的冷卻水冷卻降溫為液態水;隨后，這些冷卻水依靠其本身重力通過管道供入冷卻塔7，作為冷卻塔7的補水，所述的閃蒸器14和凝汽器12則依靠與其連接的真空栗11維持和調控閃蒸壓力和冷凝壓力;經過閃蒸后的熱水依次經過有機朗肯循環的蒸發器8和冷凝器6由第一熱水栗栗入熱水鍋爐I重新吸熱。此時，有機朗肯循環發電