CN104110272A - 一种螺杆膨胀机余热发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆膨胀机余热发电装置，***中包含双螺杆膨胀机，膨胀机由壳体、前后端盖、轴承、阴/阳螺杆、进/排气口等组成，二根转子相互啮合，工质吸入口位于壳体的上方，排出口位于壳体的下方，膨胀机的输出轴和发电机直接连接，汽态高温高压的工质由进口进入膨胀机，散热膨胀做功推动螺杆旋转，通过螺杆输出轴带动发电机发电，完成热能---机械能---电能的能量转换，***中增加一台工质增压泵由螺杆膨胀机直接联动，冷凝水泵与发电机机械联动。

Description

一种螺杆膨胀机余热发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别涉及一种螺杆膨胀机余热发电装置。 

背景技术

采用涡轮发电***作为大型高温余热发电设备已日趋成熟，但是大量工业低温余热的回收利用仍处于初级阶段，市场需求量大；在冶金和钢铁企业，仅回收钢铁企业的冲渣废热水(80-90℃)一项，每年就可以为每个企业带来2MW到4.5MW的电能，国家目前有允许不拘形式的小型发电变网政策，对于世界最大钢铁产量的我国来说，开发低温余热发电技术，其社会效益和经济效益是不可估量的。采用双循环朗肯循环技术，选用相应的有机液态工质来吸收低温余热，再通过螺杆膨胀机来发电，对节能和环保具有十分重要的意义，市场需要这类效率高，自身耗功小，安全可靠，制造成本低的余热发电装置。 

目前常规的朗肯循环***见图1，***中主要包含：螺杆膨胀机1，润滑油输送泵2，油气分离器3，冷凝器4，工质增压泵5，蒸发器6，发电机7，冷凝水泵8，冷却塔9；冷凝器冷却后的有机液态工质，经工质增压泵5增压后成为低温高压的液体，通过蒸发器6吸热汽化后变成高温高压的过热或饱和汽体，进入螺杆膨胀机1降压放热做功，将热能转化为机械能，推动螺杆旋转，带动发电机7发电，实现机械能向电能的转换，从膨胀机排出的工质气体经冷凝器4冷却后又重新变为低温低压的液态工质，完成整个有机朗肯循环(ORC)；冷凝水泵8从冷却塔9吸入低温水，经过冷凝器与循环工质做热交换，温度升高后的水重新送到冷却塔9中做飞溅散热降温；在图1中，工质增压泵5和冷凝水泵8在正常运转时均需要外界电机驱动运转，增加了***的能源消耗和制造成本。 

发明内容

针对上述问题，增加一台工质增压泵5-2，取消冷凝水泵8的外接电机，工质增压泵5-2和冷凝水泵8改由螺杆膨胀机及发电机直接驱动，降低了制造维护成本，减少能量转换损失，提高发电***的可靠性和经济合理性。 

本发明技术方案如图2所示： 

本发明涉及一种螺杆膨胀机余热发电装置，***中包含双螺杆膨胀机，膨胀机 由壳体、前后端盖、阴/阳螺杆、进/排气口、轴承、油封等组成，阴、阳螺杆置于壳体内由轴承支撑，2根转子相互啮合，工质入口位于壳体的上方，排气口位于壳体的下方，膨胀机的输出轴和发电机直接连接，汽态高温高压的工质由进口进入膨胀机，降压散热做功推动螺杆旋转，通过螺杆输出轴带动发电机发电，完成热能---机械能---电能的能量转换，排出的工质经由冷凝器冷却成液态后，进入再次循环。 

作为本发明的一种优选方案，增加一台工质增压泵5-2由膨胀机螺杆直接联动，膨胀机运转前先起动工质增压泵5-1，待***正常后，膨胀机达到额定转速，螺杆直接联动的工质增压泵5-2出口压力达到设定值时，压力传感器10将压力信号给到控制器11，由控制器控制工质增压泵5-1的电机自动停止运转，完成二台工质泵的平稳切换；根据本构成，所述二台工质增压泵为并联安装，当***容量增大时可以同时并联运行；根据本构成，所述二台工质增压泵出口管路上均装有单向阀12、13，防止工质回流；根据本构成，所述工质增压泵5-2可由膨胀机螺杆驱动，也可通过发电机轴直接机械联动；根据本构成，所述工质增压泵5-2与膨胀机1连接时，可以做成内置一体式，也可以连接在膨胀机壳体进口端，也可以以其它形式与膨胀机1机械连接；根据本构成，所述工质增压泵5-2与螺杆连接时，可以是阳螺杆，也可以是阴螺杆；根据本构成，所述工质增压泵5-2与螺杆或发电机的连接方式，可以是轴头螺纹旋入式或凸台镶嵌式连接，可以是齿轮传动连接，也可以是联轴器(硬性、弹性、链轮)连接，也可以以其它变送机构机械连接；根据本构成，所述工质增压泵可以采用齿轮泵，也可以是刮片泵或柱塞泵或其它容积泵，泵的高、低压腔室间设有可调安全阀或液流阀。 

作为本发明的一种优选方案，取消所述冷凝水泵8的外接电机，改由发电机轴直接驱动；所述冷凝水泵8由泵壳、叶轮、泵轴、轴承、密封装置、进出口通道和轴向平衡管道组成；根据本构成，所述冷凝水泵可以连接在发电机末端，也可以与阴/阳螺杆直接连接；根据本构成，所述冷凝水泵轴可以做成与发电机同轴，也可做成与螺杆(阴/阳)转子同轴；根据本构成，所述冷凝水泵可以是离心泵，也可以是旋涡泵(单级或多级)；根据本构成，所述冷凝水泵与螺杆或发电机的连接方式，可以是齿轮传动连接，也可以是联轴器(硬性、弹性、链轮)连接，也可以是其它变送机构机械连接。 

本发明的效果是：取消冷凝水泵外接电机驱动，增加的一台工质增压泵5-2，工质增压泵5-2和冷凝水泵8由螺杆膨胀机及发电机直接驱动，减少能量转换带来的损失，降低了***能耗的投入，在***工况有特定需求时，可以2台工 质增压泵同时并联运行，最大限度的利用热效率和提高发电效率，提高了整个***的经济合理性。 

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明： 

图1为螺杆膨胀机余热发电装置示意图； 

图2为使用本发明的螺杆膨胀机余热发电装置示意图； 

图3为使用本发明的螺杆膨胀机自带工质增压泵示意图； 

其中：1、螺杆膨胀机；2、润滑油输送泵；3、油气分离器；4、冷凝器；5-1、工质增压泵(电机驱动)；5-2、工质增压泵(膨胀机驱动)；6、蒸发器；7、发电机；8、冷凝水泵；9、冷却水塔；10、压力传感器；11、控制器；12、单向止回阀；13、单向止回阀；101、膨胀机壳体；102、阳转子；103、阴转子；104、工质增压泵(叶片泵5-2)泵壳；105、叶片；106、叶片泵转子；107、安全阀；108、弹簧；109、弹簧座；110、调节螺钉；111、锁紧螺母；112、叶片泵定子。 

具体实施方式：

参照附图说明的实施方式，图2表示具有本发明的螺杆膨胀机余热发电装置，***中包含螺杆膨胀机1，润滑油输送泵2，油气分离器3，冷凝器4，工质增压泵(电机驱动)5-1，工质增压泵(膨胀机驱动)5-2，蒸发器6，发电机7，冷凝水泵8，冷却水塔9，压力传感器10，控制器11，单向止回阀12、单向止回阀13。 

该螺杆膨胀机余热发电装置中，冷凝水泵8由发电机7通过联轴器直接驱动，工质增压泵5-2与膨胀机1转子通过联轴器直接驱动，从而降低制造维护成本，减少能量转换损失，提高发电***的经济合理性。 

作为本发明的第一实施方案，如图3所示，工质增压泵5-2与膨胀机制造成一体，其结构包含.膨胀机壳体101，阳转子102，阴转子103，工质增压泵(叶片泵)泵壳104，叶片105，叶片泵转子106，安全阀107，叶片泵定子112等组成，叶片泵泵轴与膨胀机阳转子或阴转子同轴，在圆筒型叶片泵定子112内偏心安装着叶片泵转子106，叶片泵转子通过键固定安装在一体轴上，叶片泵转子上开有很多对称滑槽，槽中装有叶片105，当螺杆膨胀机旋转时，带动叶片泵转子一起旋转，叶片在离心力的作用下，顶紧在定子的内壁上，这样，在定子、 转子、叶片的端面间就形成若干个密封空间，随着每一空间容积的变化，转子在每旋转一转时，每一工作空间都将完成一次吸入和排出，达到连续给工质增压输送的目的；为了调节和限制工质泵的工作压力，叶片式工质增压泵设有可调节安全阀107，安全阀的阀体是一个圆柱型带有凸肩的差动活塞，当压力超过限定值时，安全阀弹簧108受压缩而使阀开启，沟通排、吸两端，以达到泄压的目的，安全阀弹簧108的预紧力则可通过调节螺钉111来设定调整。 

作为本发明的第二实施方案，如图2所示，工质增压泵5-2则可通过联轴器与膨胀机螺杆直接连接，置于膨胀机进口侧。 

作为本发明的第一实施方案，如图2所示，***中设有二台工质增压泵，即工质增压泵(电机驱动)5-1和工质增压泵(膨胀机自带一体泵)5-2，在工质增压泵(膨胀机自带一体泵)5-2的出口管路上装有压力传感器10，二台工质增压泵具有自动切换和并联运行功能，在***工作初期，先运转增压泵5-1，待膨胀机运转正常后达到额定转速时，自带工质增压泵5-2同时排出工质，当工质增压泵5-2出口管路上安装的压力传感器10检测到符合设定压力值时，通过控制器11来自动停止工质增压泵5-1的马达运转，***由工质增压泵5-2来保持工质的正常增压输送，完成平稳切换，当特殊情况下，***容量增大时，则可根据需要同时并联运行二台工质增压泵，以提高发电量和发电效率。 

作为本发明第二的实施方案，如图2所示，在两台工质增压泵的出口管路上，均设有单向止回阀12、13，防止工质回流，保证***的可靠性和安全性。 

本发明的描述和应用方式是说明性的，在不脱离本发明原则的情况下，可以以其它的结构、形式、材料、比例和布置来实现本发明。 

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种螺杆膨胀机余热发电装置，该余热发电装置包括螺杆膨胀机、润滑油输送泵、油汽分离器、冷凝器、二台工质增压泵、蒸发器、发电机、冷凝水泵；所述螺杆膨胀机是由阴阳二根转子收纳于壳体内互相啮合的组合机械；所述润滑油输送泵用于提供压缩机润滑油；所述油汽分离器，设置在膨胀机出气后端，用于分离工质和润滑油；所述冷凝器，用于冷凝工质；所述蒸发器，用于工质与热源介质做热交换；所述发电机，由膨胀机直接驱动；所述冷凝水泵，给冷凝器提供常温冷却水，用于循环工质的冷凝。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆膨胀机余热发电装置，其特征在于：所述冷凝水泵由螺杆膨胀机或发电机直接驱动，所述连接方式可以是轴头螺纹旋入式或凸台镶嵌式连接，可以是齿轮传动连接，也可以是联轴器(硬性、弹性、链轮)连接或其它变送机构连接。

3.根据权利要求1所述的一种螺杆膨胀机余热发电装置，其特征在于：所述二台工质增压泵，一台由电机驱动用于***起动和正常运转前使用，一台由螺杆膨胀机螺杆轴直接驱动，在设备正常工作时使用。

4.根据权利要求1所述的一种螺杆膨胀机余热发电装置，其特征在于：所述二台工质增压泵，包含泵体、管路***、出口管路单向阀、压力传感器、控制器组成；所述二台工质增压泵为并联安装，能自动切换和控制，当***容量增大时可以同时并联运行，工质增压泵出口管路均装有单向阀，防止工质回流。

5.根据权利要求1所述的一种螺杆膨胀机余热发电装置，其特征在于：所述二台工质增压泵，可以采用齿轮泵，也可以是刮片泵或柱塞泵，泵的高、低压腔室间设有可调安全阀或溢流阀；所述二台工质增压泵由膨胀机螺杆驱动，也可由发电机轴机械联动；与螺杆连接时，可以是阳螺杆，也可以是阴螺杆；所述二台工质增压泵与螺杆或发电机连接方式可以是轴头螺纹旋入式或凸台镶嵌式连接，可以是齿轮传动连接，也可以是联轴器(硬性、弹性、链轮)连接，也可以用以其它变送机构连接。