一种基于水平管喷淋降膜蒸发器的低温地热有机朗肯循环发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于水平管喷淋降膜蒸发器的低温地热有机朗肯循环发电系统，包括：水平管喷淋降膜蒸发器，所述水平管喷淋降膜蒸发器设有工质入口、工质气相出口、热水入口和热水出口；透平发电机，所述透平发电机的进气口与所述工质气相出口连通；冷凝器，所述冷凝器包括冷凝器管程和冷凝器壳程，所述冷凝器壳程的进气口与透平发电机的出气口连通，所述冷凝器壳程的出液口与所述工质入口连通；热水系统；冷却水系统。本发明专利技术提供的低温地热有机朗肯循环发电系统通过水平管喷淋降膜蒸发器有效实现工质蒸发，该蒸发器传热效率高，能够降低设备整体占用空间，便于建造维护，节约设备初期投入和运行维护。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水平管喷淋降膜蒸发器的低温地热有机朗肯循环发电系统
本专利技术涉及低温地热能利用
，更具体地，涉及一种基于水平管喷淋降膜蒸发器的低温地热有机朗肯循环发电系统。
技术介绍
随着经济的持续快速发展，人类对能源的依赖程度不断增强，而化石能源消耗量的剧增和由此带来的环境污染问题，已引起全世界的重视。正是在此大背景下，近些年来，可再生能源的发电技术获得了空前的关注。地热能是大自然献给人类的礼物，是蕴藏在地球内部巨大的自然能源，已成为新世纪能源发展中必受重视的可再生能源之一，也是可再生能源中最现实和最具有竞争力的资源之一。根据其开发深度不同，地热资源又可划分为浅层地热（距地表200米以内）、水热型地热（距地表3000米以内）以及增强型地热（3000米以深，也称为“干热岩”）三种。据初步估算，我国在深度2000米以内的地热资源所包含的热能相当于2500亿吨标准煤，保守估计可以开发其中的20%。相对于其他可再生能源，稳定性和连续性是地热能的最大优势。2007年，联合国世界能源评价报告给出的可再生能源发电的对比数字中，地热发电的利用系数约在72%-76%之间，明显高于生物质能（52%）、风能（21%）和太阳能（14%）等可再生能源发电。地热能用来发电全年可供应约7000小时以上，有些地热电站甚至可高达8000小时，同样地热能用来提供冷、热负荷也是非常稳定。因此，地热能在未来能源利用中可以供应稳定、连续的基础负荷，将在国家未来的可再生能源结构中占据重要的位置。我国地热资源分布的显著特点就是以中低温地热为主，而且分布广而地处偏远，故在高温地热发电受限的同时需要努力探索中低温地热发电技术。有机朗肯循环ORC及其它双循环技术的应用及推广，使得80~150ºC的中低温地热资源，也具备了发电利用的可能性与经济性，这使得可经济发电的地热资源温度还在逐渐降低，学者开始关注以往一直被认为温度低于90ºC、不具备发电经济性的低温地热资源的发电潜力和经济性。蒸发器在系统发电过程中起着传递热量的作用，循环有机工质在蒸发过程中吸收热量后变成蒸汽，然后推动汽轮机旋转，带动发电机发电。而蒸发器中存在巨大的传热不可逆损失，是ORC系统效率低于卡诺循环效率的重要原因。蒸发器是ORC发电系统的关键部件，也是整个ORC发的系统中㶲损失最大的设备之一，故提高蒸发器的传热性能和蒸发效率对于整个系统性能提高和工程投资具有重要意义。目前，用于有机朗肯循环的主要是满液式蒸发器，通常存在传热效率低，能耗高，设备初期投入大的共同缺点，且需占用较大的立体空间，维护困难，安全性较低。因此，需要设计出蒸发器传热效率高、能够降低设备整体占用空间、便于建造维护以及节约设备初期投入和运行维护的地热有机朗肯循环发电系统。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的蒸发器传热效率低、能耗高、初期设备投入大、空间占用大、维护困难和安全性较低缺陷，提供一种基于水平管喷淋降膜蒸发器的低温地热有机朗肯循环发电系统，提供的低温地热有机朗肯循环发电系统采用水平管喷淋降膜蒸发器，蒸发器传热效率高，能够降低设备整体占用空间，便于建造维护，节约设备初期投入和运行维护。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于水平管喷淋降膜蒸发器的低温地热有机朗肯循环发电系统，包括：水平管喷淋降膜蒸发器，所述水平管喷淋降膜蒸发器设有工质入口、工质气相出口、热水入口和热水出口；透平发电机，所述透平发电机的进气口与所述工质气相出口连通；冷凝器，所述冷凝器包括冷凝器管程和冷凝器壳程，所述冷凝器壳程的进气口与透平发电机的出气口连通，所述冷凝器壳程的出液口与所述工质入口连通；热水系统，所述热水系统的出水口与所述热水入口连通，所述热水系统的进水口与所述热水出口连通；冷却水系统，所述冷却水系统的出水口与所述冷凝器管程的进水口连通，所述冷却水系统的进水口与所述冷凝器管程的出水口连通。水平管喷淋降膜蒸发是通过顶部的布液器将工质喷淋到水平的换热管上，在换热管外部形成一层薄膜，通过薄膜传热，管外侧的有机工质与管内侧热流体进行换热的技术。在低温地热有机朗肯循环发电系统中，相比于满液式蒸发器，水平管喷淋降膜蒸发器的优势主要体现在以下几个方面：（1）传热系数高，因为在液固、液气界面上都可能发生相变，且由于管外的膜状有利于蒸汽与液相尽快分离，所以其换热系较高；（2）传热温差小，因为水平管喷淋降膜蒸发器没有液位静压引起的沸点升高而带来的温差损失；（3）体积小，由于换热系数高，相同热负荷条件下所需的换热面积小，所以减小了体积；（4）工质充注量较少，同时减小了工质泄露概率，安全性较高；（5）投入成本低，由于体积减小，工质充注量减小，所以降低了投入成本。水平管喷淋降膜蒸发器有利于提高ORC发电系统的系统性能，在ORC系统中具有重要影响。该低温地热有机朗肯循环发电系统通过水平管喷淋降膜蒸发器有效实现工质蒸发，蒸发器传热效率高，能够降低设备整体占用空间，便于建造维护，节约设备初期投入和运行维护。所述低温地热有机朗肯循环发电系统使用的有机工质可以为R245fa或R123。R245fa是指制冷剂五氟丙烷。优选地，所述水平管喷淋降膜蒸发器包括壳体、水平设置在所述壳体内的喷淋管、水平设置在所述壳体内的换热管；所述喷淋管位于所述换热管的上方；所述喷淋管与所述工质入口连通；所述壳体内的腔体与工质气相出口连通；所述换热管的进水口与所述热水入口连通，所述换热管的出水口与所述热水出口连通。所述壳体横置，壳体一端为固定连接的封头，另一端为可拆卸连接的封头。可拆卸连接的封头可采用法兰连接。优选地，所述喷淋管的下部设有用于喷淋工质的通孔，所述通孔设有导流片。优选地，所述导流片对准下方的换热管。喷淋管的下部的通孔使有机工质液体能均匀的通过喷淋管以液滴或液柱的形式淋洒在换热管上，形成沿圆周作降膜流动的液膜。液态有机工质流入喷淋管内，从通孔流出，并顺着导流片滴落到换热管表面。为保证喷淋效果，喷淋孔径为2mm，两喷淋孔间距为20mm。优选地，所述低温地热有机朗肯循环发电系统还包括换热器，所述换热器包括工质流道和热水流道，所述工质流道的进液口与冷凝器壳程的出液口连通，所述工质流道的出液口与所述工质入口连通；所述热水流道的进水口与所述热水出口连通，所述热水流道的出水口与所述热水系统的进水口连通。优选地，所述换热器为板式换热器。换热器能够充分利用水平管喷淋降膜蒸发器流出的热水，对进入水平管喷淋降膜蒸发器之前的工质进行预热，能量利用更加充分，有利于降低系统所需能耗。优选地，所述工质流道的进液口与冷凝器壳程的出液口之间的管道上设有工质泵。还可以在工质泵出水口设置流量测量装置，以用于调节有机工质的流量。系统压力与有机工质的蒸发量以及进出口流量有关，故通过调节流量可以实现对系统压力的控制。优选地，所述水平管喷淋降膜蒸发器的底部设有工质液相出口，所述工质液相出口与工质泵的进液口通过管道连通。优选地，所述换热管在所述壳体内均匀布置。优选地，所述换热管的一部分位于所述壳体内底部。来不及降膜蒸发的有机工质会聚集在壳体内底部，壳体底部的部分换热管能够加热这些来不及降膜蒸发的有机工质。这些来不及降膜蒸发的有机工质经换热管加热后，再进入换热器进行预热，进行工质内循环。优选地，所述热水系统包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水平管喷淋降膜蒸发器的低温地热有机朗肯循环发电系统，其特征在于，包括：水平管喷淋降膜蒸发器（1），所述水平管喷淋降膜蒸发器（1）设有工质入口（11）、工质气相出口（12）、热水入口（14）和热水出口（15）；透平发电机（2），所述透平发电机（2）的进气口与所述工质气相出口（12）连通；冷凝器（3），所述冷凝器（3）包括冷凝器管程和冷凝器壳程，所述冷凝器壳程的进气口与透平发电机（2）的出气口连通，所述冷凝器壳程的出液口与所述工质入口连通；热水系统（6），所述热水系统（6）的出水口与所述热水入口（14）连通，所述热水系统（6）的进水口与所述热水出口（15）连通；冷却水系统（7），所述冷却水系统（7）的出水口与所述冷凝器管程的进水口连通，所述冷却水系统（7）的进水口与所述冷凝器管程的出水口连通。

【技术特征摘要】
1.一种基于水平管喷淋降膜蒸发器的低温地热有机朗肯循环发电系统，其特征在于，包括：水平管喷淋降膜蒸发器（1），所述水平管喷淋降膜蒸发器（1）设有工质入口（11）、工质气相出口（12）、热水入口（14）和热水出口（15）；透平发电机（2），所述透平发电机（2）的进气口与所述工质气相出口（12）连通；冷凝器（3），所述冷凝器（3）包括冷凝器管程和冷凝器壳程，所述冷凝器壳程的进气口与透平发电机（2）的出气口连通，所述冷凝器壳程的出液口与所述工质入口连通；热水系统（6），所述热水系统（6）的出水口与所述热水入口（14）连通，所述热水系统（6）的进水口与所述热水出口（15）连通；冷却水系统（7），所述冷却水系统（7）的出水口与所述冷凝器管程的进水口连通，所述冷却水系统（7）的进水口与所述冷凝器管程的出水口连通。2.根据权利要求1所述的低温地热有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述水平管喷淋降膜蒸发器（1）包括壳体（16）、水平设置在所述壳体（16）内的喷淋管（17）、水平设置在所述壳体（11）内的换热管（18）；所述喷淋管（17）位于所述换热管（18）的上方；所述喷淋管（17）与所述工质入口（11）连通；所述壳体（16）内的腔体与工质气相出口（12）连通；所述换热管（18）的进水口与所述热水入口（14）连通，所述换热管（18）的出水口与所述热水出口（15）连通。3.根据权利要求2所述的低温地热有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述喷淋管（17）的下部设有用于喷淋工质的通孔（171），所述通孔（171）设有导流片（172）。4.根据权利要求2或3所述的低温地热有机朗肯循环发电系统，其特征在于，所述低温地热有机朗肯循环发电系统还包括换...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡冰，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44