發電系統及具有其的發電方法

發電系統及具有其的發電方法
【專利摘要】本發明提供了一種發電系統及具有其的發電方法，該發電系統包括依次連通的液氨泵、氣化換熱器、升溫換熱器、氣輪機和發電機，氣輪機的出口與液氨泵的入口連通，且發電系統還包括：第一輸入管道，與升溫換熱器的熱源入口連通，用于通入熱源；第二輸入管道，與氣化換熱器的熱源入口和連通，用于通入熱源，由于液氨具有在較低溫度下氣化的性質，從而在輸入低溫熱源以對氣化換熱器和升溫換熱器過熱后，通過液氨泵向氣化換熱器通入的液氨能夠被氣化以形成飽和氨氣，飽和氨氣在升溫換熱器中被升溫并加壓形成過熱氨氣，高壓的過熱氨氣在氣輪機中減壓以驅動氣輪機轉動并使發電機發電，進而通過上述低溫熱源發電系統實現了低溫熱源的發電。
【專利說明】
發電系統及具有其的發電方法
技術領域
[0001]本發明涉及能源利用技術領域，具體而言，涉及一種發電系統及具有其的發電方法。
【背景技術】
[0002]當前我國已經成為世界最大的能源消耗國，但能源利用率與發達國家卻相差較遠，其中200°C以下低溫工業余熱利用較少，亟待開發。
[0003]目前，熱電廠通常利用水作為循環工質驅動發電機組的氣輪機發電。工作原理為:高壓水借以高溫熱源氣化形成高壓水蒸汽，高壓水蒸汽在減壓過程中驅動氣輪機發電，低壓水蒸汽冷卻凝結成液態水，水的氣相液相間轉換循環、完成發電。然而，上述發電方法必須借以高溫熱源完成水的氣相液相間的轉變，導致了對高溫熱源的依賴性過大，從而使能源的利用率不均勻。

【發明內容】

[0004]本發明的主要目的在于提供一種發電系統及具有其的發電方法，以解決現有技術中必須利用高溫熱源驅動發電機組發電而導致高溫熱源的利用率過大的問題。
[0005]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種發電系統，包括依次連通的液氨栗、氣化換熱器、升溫換熱器、氣輪機和發電機，氣輪機的出口與液氨栗的入口連通，且發電系統還包括:第一輸入管道，與升溫換熱器的熱源入口連通，用于通入熱源;第二輸入管道，與氣化換熱器的熱源入口連通，用于通入熱源。
[0006]進一步地，發電系統包括多組一一對應的氣化換熱器與升溫換熱器，且各組氣化換熱器和升溫換熱器之間并聯設置。
[0007]進一步地，第二輸入管道與升溫換熱器的熱源出口連通，且發電系統還包括與氣化換熱器的熱源出口連通的熱源輸出管道。
[0008]進一步地，發電系統還包括:壓力控制閥，設置在氣化換熱器與升溫換熱器連通的管線上。
[0009]進一步地，發電系統還包括冷卻換熱器，分別與氣輪機和液氨栗連通，冷卻換熱器用于將氨氣液化為液氨。
[0010]進一步地，發電系統還包括設置于冷卻換熱器與液氨栗之間的液氨存儲裝置。
[0011]根據本發明的另一方面，提供了一種發電方法，發電方法通過上述的發電系統進行以下步驟:S1、將溫度為80°C以上的熱源通入第一輸入管道和第二輸入管道，以對升溫換熱器和氣化換熱器進行預熱;S2、通過液氨栗向氣化換熱器中通入液氨，以使液氨在氣化換熱器中氣化并形成飽和氨氣;S3、將飽和氨氣通入升溫換熱器，以使飽和氨氣升溫并形成過熱氨氣;S4、將過熱氨氣通入氣輪機，以使過熱氨氣的能量轉換為機械能;S5、氣輪機通過機械能驅動發電機發電。
[0012]進一步地，發電系統為上述的發電系統，發電方法還包括:S6、過熱氨氣的熱能轉換為機械能后形成低壓氨氣，將低壓氨氣通入冷卻換熱器中，以使低壓氨氣液化形成液氨。
[0013]進一步地，在執行完步驟S6后，將低壓氨氣液化形成的液氨通入至液氨栗中。
[0014]進一步地，發電系統為上述的發電系統，在執行完步驟S6后，將低壓氨氣液化形成的液氨通入至液氨存儲裝置中。
[0015]應用本發明的技術方案，提供了一種包括順序連接的液氨栗、氣化換熱器、升溫換熱器、氣輪機和發電機的發電系統，氣輪機的出口與液氨栗的入口連接，且發電系統還包括分別與升溫換熱器和氣化換熱器連通的第一輸入管道和第二輸入管道，由于液氨具有在較低溫度下氣化的性質，從而在向第一輸入管道和第二輸入管道輸入低溫熱源以對氣化換熱器和升溫換熱器過熱后，通過液氨栗向氣化換熱器通入的液氨能夠被氣化以形成飽和氨氣，飽和氨氣在升溫換熱器中被升溫并加壓形成過熱氨氣，高壓的過熱氨氣在氣輪機中減壓以驅動氣輪機轉動并使發電機發電，進而通過上述低溫熱源發電系統實現了低溫熱源的發電。
[0016]除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0017]構成本發明的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0018]圖1示出了本發明實施方式所提供的一種發電系統的結構示意圖。
[0019]其中，上述附圖包括以下附圖標記:
[°02°] 110、第一液氨輸送管道；120、第一氨氣輸送管道；130、第二氨氣輸送管道；140、聯動軸；150、第二液氨輸送管道;160、第一輸入管道;170、第二輸入管道;180、熱源輸出管道；190、冷源輸入管道；20、液氨栗；30、氣化換熱器;40、升溫換熱器;50、氣輪機;60、發電機；70、冷卻換熱器;710、液氨存儲裝置;80、壓力控制閥。
【具體實施方式】
[0021]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0022]為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。
[0023]需要說明的是，本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發明的實施例。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
[0024]正如【背景技術】中所介紹的，現有技術中的發電方法必須借以高溫熱源完成水的氣相液相間的轉變，導致了對高溫熱源的依賴性過大，從而使能源的利用率不均勻。本發明針對上述問題進行研究，提出了一種發電系統，如圖1所示，包括依次連通的液氨栗20、氣化換熱器30、升溫換熱器40、氣輪機50和發電機60，氣輪機50的出口與液氨栗20的入口連通，且發電系統還包括:第一輸入管道160，與升溫換熱器40的熱源入口連通，用于通入熱源;第二輸入管道170，與氣化換熱器30的熱源入口連通，用于通入熱源。
[0025]上述發電系統中由于液氨具有在較低溫度下氣化的性質，從而在向第一輸入管道和第二輸入管道輸入低溫熱源以對氣化換熱器和升溫換熱器過熱后，通過液氨栗向氣化換熱器通入的液氨能夠被氣化以形成飽和氨氣，飽和氨氣在升溫換熱器中被升溫并加壓形成過熱氨氣，高壓的過熱氨氣在氣輪機中減壓以驅動氣輪機轉動并使發電機發電，進而通過上述低溫熱源發電系統實現了低溫熱源的發電。
[0026]在本發明上述發電系統中，為了給氣輪機提供更多的熱量，優選地，發電系統包括多組一一對應的氣化換熱器30與升溫換熱器40，且各組氣化換熱器30和升溫換熱器40之間并聯設置。來自液氨栗20的液氨通入各并聯管道上的氣化換熱器30中并氣化為飽和氨氣，飽和氨氣通入各并聯管道上的升溫換熱器40中升溫，來自于多個升溫換熱器40的過熱氨氣通入氣輪機50中，以使過熱氨氣減壓并將熱能轉換為機械能，從而提高了氣輪機50中產生的機械能，進而提高了發電機60中由機械能轉換的電能，最終提高了發電機60的發電量。
[0027]在本發明上述發電系統中，發電系統還可以包括:第一液氨輸送管道110，分別與液氨栗20的出口和氣化換熱器30的液氨入口連通;第一氨氣輸送管道120，分別與氣化換熱器30的氨氣出口和升溫換熱器40的氨氣入口連通;第二氨氣輸送管道130，分別與升溫換熱器40的氨氣出口和氣輪機50的入口連通;聯動軸140，連通氣輪機50和發電機60。上述第一液氨輸送管道110用于將來自液氨栗20的液氨通入氣化換熱器30中，第一氨氣輸送管道120用于將來自氣化換熱器30的氣化而成的飽和氨氣通入升溫換熱器40，第二氨氣輸送管道130用于將來自升溫換熱器40的過熱氨氣通入氣輪機50中。利用上述管道將液氨栗20、氣化換熱器30、升溫換熱器40和氣輪機50依次連通，從而利用液氨實現了氣輪機50中熱能與機械能的有效轉換。
[0028]在本發明上述發電系統中，第二輸入管道170與升溫換熱器40的熱源出口連通，且發電系統還包括與氣化換熱器30的熱源出口連通的熱源輸出管道180。上述第一輸入管道160用于向升溫換熱器40中通入80°C以上溫度的熱源介質，第二輸入管道170用于將升溫換熱器40利用熱量后的熱源介質通入氣化換熱器30，熱源輸出管道180用于將升溫換熱器40、氣化換熱器30用熱量后的熱源介質引出。利用上述管道將升溫換熱器40和氣化換熱器30依次連通，從而實現了對上述換熱器的有效預熱。
[0029]在本發明上述發電系統中，優選地，發電系統還包括壓力控制閥80，設置在氣化換熱器30與升溫換熱器40連通的管線上。利用上述壓力控制閥能夠調整來自氣化換熱器30的飽和氨氣的壓力和溫度，從而使飽和氨氣在進入升溫換熱器40后更為有效地被加熱并達到需要的溫度。
[0030]在本發明上述發電系統中，優選地，上述發電系統還包括冷卻換熱器70，分別與氣輪機50和液氨栗20連通，冷卻換熱器70用于將氨氣液化為液氨。可以設置第二液氨輸送管道150分別連通冷卻換熱器70的出口以及液氨栗20的入口，還可以設置與冷卻換熱器70連通的冷源輸入管道190，用于給冷卻換熱器70提供冷源。過熱氨氣通過在氣輪機50中減壓并將熱能轉換為機械能，以形成具有第三壓力和第三溫度的低壓氨氣，低壓氨氣在冷卻換熱器70中被冷卻液化而形成液氨，可以將上述液氨進行存儲，以在下次發電時使用，也可以通過液氨栗20直接通入到氣化換熱器30中進行下一輪的發電。
[0031]為了實現對來自冷卻換熱器70的液氨的存儲，在一種優選的實施方式中，上述發電系統包括設置于冷卻換熱器70與液氨栗20之間的液氨存儲裝置710。上述液氨存儲裝置710用于將來自冷卻換熱器70的液化而成的液氨進行存儲;在另一種優選的實施方式中，冷卻換熱器70的底部可以設置有液氨收集槽。當進行下一輪發電時，通過液氨栗20將液氨存儲裝置710或液氨收集槽中的液氨抽出，以通入氣化換熱器30中進行下一輪發電。
[0032]在本發明上述發電系統中，上述氣化換熱器30優選為蒸發鍋爐式，上述優選的氣化換熱器30能夠實現對液氨有效地液化;上述升溫換熱器40優選為列管式換熱器，上述優選的升溫換熱器40能夠實現對飽和氨氣有效地升溫增壓;上述冷卻換熱器70優選為列管式換熱器，冷卻的介質可以是水或空氣，上述優選的冷卻換熱器70能夠實現對氨氣的有效地液化。
[0033]根據本申請的另一個方面，提供了一種發電方法，發電方法通過上述的發電系統進行以下步驟:S1、將溫度為80°C以上的熱源通入第一輸入管道和第二輸入管道，以將升溫換熱器和氣化換熱器過熱;S2、通過液氨栗向氣化換熱器中通入液氨，以使液氨在氣化換熱器中氣化并形成飽和氨氣；S3、將飽和氨氣通入升溫換熱器，以使飽和氨氣升溫并形成過熱氨氣;S4、將過熱氨氣通入氣輪機，以使過熱氨氣的能量轉換為機械能;S5、氣輪機通過機械能驅動發電機發電。其中，上述過熱氨氣的能量包括氨氣的壓力勢能和熱量。
[0034]上述發電方法中由于液氨具有在較低溫度下氣化的性質，從而在向第一輸入管道和第二輸入管道輸入低溫熱源以對氣化換熱器和升溫換熱器過熱后，通過液氨栗向氣化換熱器通入的液氨能夠被氣化以形成飽和氨氣，飽和氨氣在升溫換熱器中被升溫并加壓形成過熱氨氣，高壓的過熱氨氣在氣輪機中減壓以驅動氣輪機轉動并使發電機發電，進而通過上述低溫熱源發電系統實現了低溫熱源的發電。
[0035]在一種優選的實施方式中，當發電系統還包括分別與氣輪機和液氨栗連通的冷卻換熱器時，發電方法還包括:S6、過熱氨氣的熱能轉換為機械能后形成低壓氨氣，將低壓氨氣通入冷卻換熱器中，以使低壓氨氣液化形成液氨。過熱氨氣通過在氣輪機中減壓并將熱能轉換為機械能，形成低壓氨氣，低壓氨氣在冷卻換熱器中被冷卻液化而形成液氨，可以將上述液氨進行存儲，以在下次發電時使用。更為優選地，在執行完步驟S6后，將低壓氨氣液化形成的液氨通入至液氨栗中。上述液氨通過液氨栗直接通入到氣化換熱器中，以進行下一輪的發電。在執行完步驟S6后，還可以在將上述液氨通入至液氨栗之前，將低壓氨氣液化形成的液氨通入至液氨存儲裝置中，從而實現對液氨的存儲。
[0036]當上述發電系統包括多組一一對應的氣化換熱器與升溫換熱器，且各組氣化換熱器和升溫換熱器之間并聯設置時，優選地，在步驟S2中，利用液氨栗向各氣化換熱器中引入液氨，以使液氨在各氣化換熱器中氣化形成飽和氨氣;并且，優選地，在步驟S3中，將來自各氣化換熱器的飽和氨氣通入與其一一對應的升溫換熱器，以使飽和氨氣形成過熱氨氣。通過設置并聯的多組氣化換熱器和升溫換熱器，以提高氣輪機中產生的機械能，進而提高發電機中由機械能轉換的電能，最終提高了發電機的發電量。
[0037]下面將結合實施例進一步說明本申請提供的發電系統。
[0038]實施例1
[0039]本實施例提供的發電系統如圖1所示，采用該發電系統的發電方法包括以下步驟:
[0040]首先，將120°C的水蒸氣作為熱源通入第一輸入管道，依次引入兩個升溫換熱器和兩個氣化換熱器，并通過熱源輸出管道引出；然后，啟動液氨栗向上述兩個氣化換熱器中分別引入壓力為4.0MPa的液氨，利用壓力控制閥控制上述一個氣化換熱器所產的飽和氨氣壓力為3.709MPa、溫度為75°C，上述飽和氨氣進入到一個升溫換熱器中被加熱至100°C，形成第一路過熱氨氣，利用壓力控制閥控制另一個氣化換熱器所產的飽和氨氣壓力為2.033MPa、溫度為50°C，上述飽和氨氣進入到第二換熱器中被加熱至80°C，形成第二路過熱氨氣，上述兩路過熱氨氣進入到氣輪機內減壓，以驅動氣輪機運轉并將過熱氨氣的熱能轉換為機械能；上述過熱氨氣在氣輪機內減壓為1.5549MPa、溫度為40°C的低壓氨氣，低壓氨氣經過冷卻換熱器冷卻液化為液氨，并由液氨收集槽收集;將上述液氨通入液氨栗中，以形成介質氨的循環;運轉的氣輪機驅動發電機轉動，轉動的發電機將機械能轉換為電能。
[0041]從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果:由于液氨具有在較低溫度下氣化的性質，從而在向第一輸入管道和第二輸入管道輸入低溫熱源以對氣化換熱器和升溫換熱器過熱后，通過液氨栗向氣化換熱器通入的液氨能夠被氣化以形成飽和氨氣，飽和氨氣在升溫換熱器中被升溫并加壓形成過熱氨氣，高壓的過熱氨氣在氣輪機中減壓以驅動氣輪機轉動并使發電機發電，進而通過上述低溫熱源發電系統實現了低溫熱源的發電。
[0042]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種發電系統，其特征在于，包括依次連通的液氨栗(20)、氣化換熱器(30)、升溫換熱器(40)、氣輪機(50)和發電機(60)，所述氣輪機(50)的出口與所述液氨栗(20)的入口連通，且所述發電系統還包括: 第一輸入管道(160 )，與所述升溫換熱器(40)的熱源入口連通，用于通入熱源； 第二輸入管道(170)，與所述氣化換熱器(30)的熱源入口連通，用于通入熱源。2.根據權利要求1所述的發電系統，其特征在于，所述發電系統包括多組一一對應的所述氣化換熱器(30)與所述升溫換熱器(40)，且各組所述氣化換熱器(30)和所述升溫換熱器(40)之間并聯設置。3.根據權利要求1所述的發電系統，其特征在于，所述第二輸入管道(170)與所述升溫換熱器(40)的熱源出口連通，且所述發電系統還包括與所述氣化換熱器(30)的熱源出口連通的熱源輸出管道(180)。4.根據權利要求1所述的發電系統，其特征在于，所述發電系統還包括: 壓力控制閥(80)，設置在所述氣化換熱器(30)與所述升溫換熱器(40)連通的管線上。5.根據權利要求1所述的發電系統，其特征在于，所述發電系統還包括冷卻換熱器(70)，分別與所述氣輪機(50)和所述液氨栗(20)連通，所述冷卻換熱器(70)用于將氨氣液化為液氨。6.根據權利要求5所述的發電系統，其特征在于，所述發電系統還包括設置于所述冷卻換熱器(70)與所述液氨栗(20)之間的液氨存儲裝置。7.—種發電方法，其特征在于，所述發電方法通過權利要求1至6中任一項所述的發電系統進行以下步驟: 51、將溫度為80°C以上的熱源通入第一輸入管道和第二輸入管道，以對升溫換熱器和氣化換熱器進行預熱； 52、通過液氨栗向所述氣化換熱器中通入液氨，以使所述液氨在所述氣化換熱器中氣化并形成飽和氨氣； 53、將所述飽和氨氣通入所述升溫換熱器，以使所述飽和氨氣升溫并形成過熱氨氣； 54、將所述過熱氨氣通入氣輪機，以使所述過熱氨氣的能量轉換為機械能； 55、所述氣輪機通過所述機械能驅動所述發電機發電。8.根據權利要求7所述的發電方法，其特征在于，所述發電系統為權利要求5所述的發電系統，所述發電方法還包括: 56、所述過熱氨氣的熱能轉換為機械能后形成低壓氨氣，將所述低壓氨氣通入冷卻換熱器中，以使所述低壓氨氣液化形成液氨。9.根據權利要求8所述的發電方法，其特征在于，在執行完所述步驟S6后，將所述低壓氨氣液化形成的液氨通入至所述液氨栗中。10.根據權利要求8所述的發電方法，其特征在于，所述發電系統為權利要求6所述的發電系統，在執行完所述步驟S6后，將所述低壓氨氣液化形成的液氨通入至液氨存儲裝置中。
【文檔編號】F01K25/10GK105952507SQ201610399030
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】崔靜思, 張 杰, 胡偉民, 邱麗華, 郝慧星
【申請人】中國神華能源股份有限公司, 神華包頭煤化工有限責任公司, 中國神華煤制油化工有限公司