本发明专利技术公开了一种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；本发明专利技术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。行。行。
【技术实现步骤摘要】
一种ORC系统启机并网系统及方法
[0001]本专利技术涉及中小型余热发电
，具体为一种ORC系统启机并网系统及方法。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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
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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。
技术实现思路
[0004]本专利技术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。
[0005]本专利技术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。
[0006]作为本专利技术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；所述工质泵用于将冷凝器内的有机工质液体输送至蒸发器，蒸发器用于对余热源进行工质换热，以实现将有机工质液体蒸发为高温高压的气体并将其输送至透平，高温高压的气体进入透平内推动透平内的叶轮旋转做功；透平用于通过减速箱及超越离合器驱动两极感应式电动机发电；两极感应式电动机和低速变频器通过并网开关柜接入电网。
[0007]作为本专利技术的一种优选实施方式，所述减速箱内安装有透平转速传感器，冷凝器上安装有冷凝器压力传感器、冷凝器液位计，蒸发器上安装有蒸发器压力传感器；管道一上安装有透平进口电动调节阀。
[0008]作为本专利技术的一种优选实施方式，所述并网开关柜内还安装有无功补偿装置、并网开关、变频器开关和电机变频启动开关。
[0009]一种ORC系统启机并网的方法，包括以下步骤：步骤一：对冷凝器通冷却水和对蒸发器通余热源，即打开冷却水阀门，使冷凝器通水；打开蒸发器热源阀门，使余热源进入蒸发器；步骤二：检测蒸发器与冷凝器之间的压差，当压差大于300kpa时，打开透平进口电动调节阀，使其开度到30%，此时蒸发器的有机工质高温蒸气进入管道一及透平，依据暖机时长对机组管路和壳体进行暖机操作；步骤三：暖机完成后，变频器开关和电机变频启动开关合闸，根据设置的升速曲线设置低速变频器频率增加过程，此时两极感应式电动机工作在电动机模式，逐步达到电网同步转速空载运转；用有机朗肯循环机组中的低速变频器启动透平及两极感应式电动机，以降低启机电流和对电网的冲击；步骤四：根据设置的延时时间设置低速变频器切除屏蔽，即延时断开电机变频启动开关并耦合联锁闭合并网开关，由电网直接拖动两极感应式电动机在同步转速下空转；步骤五：根据透平进口电动调节阀设定的开启曲线逐步全开，按照透平转速100转/秒的速度升速到额定，超过电网同步转速转后，超越离合器啮合，此时保持透平进口电动调节阀开度增加5%开度稳定运行十分钟，此时电动机转为小功率发电模式并向电网馈电；步骤六：低速变频器的频率设定复位，工质泵变频控制开关闭合；当冷凝器的液位超过设定上限，控制启动工质泵，初设频率给定35Hz；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；步骤七：有机朗肯循环机组进入正常运行和并网发电状态，此时两极感应式电动机功率自动跟随余热源波动，通过工质泵变频运行保证液位稳定。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术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；2、本专利技术启机并网可以明显减少有机朗肯循环发电机组的设备配置、降低复杂程度，加快启机并网流程，降低启机和并网难度以及变工况适应难度，从而改善有机朗肯循环发电系统的运维特性和经济性，有利于降低余热回收系统的成本和运维难度，从而有利于相关机组的推广应用。
附图说明
[0011]为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0012]图1为本专利技术的有机朗肯循环机组示意图；图2为本专利技术的并网控制模块示意图；图3为本专利技术的启机和并网流程图。
[0013]附图标记：1、两极感应式电动机；2、并网开关柜；3、工质泵变频控制开关；4、低速变频器；5、透平进口电动调节阀；6、工质泵；7、蒸发器压力传感器；8、冷凝器压力传感器；9、冷凝器液位计；10、超越离合器；11、透平转速传感器；12、减速箱；13、冷凝器；14、透平；15、蒸发器；21、并网控制模块；22、并网开关；23、变频器开关；24、电机变频启动开关；31、管道一；32、管道二；33、管道三；34、管道四。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种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（2），有机朗肯循环机组通过并网开关柜（2）接入电网；有机朗肯循环机组包括两极感应式电动机（1）、工质泵变频控制开关（3）、低速变频器（4）、工质泵（6）、超越离合器（10）、减速箱（12）、冷凝器（13）、透平（14）和蒸发器（15）；其特征在于，所述并网开关柜（2）内安装有并网控制模块（21），并网控制模块（21）包括：信息采集单元，用于采集蒸发器压力传感器（7）和冷凝器压力传感器（8）检测的压力数据以及冷凝器液位计（9）检测的液位数据；阀门控制单元，用于控制安装在冷凝器（13）和蒸发器（15）上的阀门开启或关闭以及透平进口电动调节阀（5）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（14）进行过热气体暖机；开关控制单元，用于控制工质泵（6）变频控制开关（3）、并网开关（22）、变频器开关（23）和电机变频启动开关（24）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（4）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（4）的频率进行PID控制，使工质泵（6）变频运行。2.根据权利要求1所述的一种ORC系统启机并网系统，其特征在于，所述两极感应式电动机（1）的一端通过超越离合器（10）与减速箱（12）的一端连接，减速箱（12）的另一端与透平（14）动力输入端连接；蒸发器（15）通过管道一（31）与透平（14）的进口处连接，透平（14）的出口处通过管道二（32）与冷凝器（13）的一端连接，冷凝器（13）的另一端通过管道三（33）与工质泵（6）的一端连接，工质泵（6）的另一端通过管道四（34）与蒸发器（15）连接；工质泵（6）通过工质泵变频控制开关（3）与低速变频器（4）的一端连接；所述工质泵（6）用于将冷凝器（13）内的有机工质液体输送至蒸发器（15），蒸发器（15）用于对余热源进行工质换热，以实现将有机工质液体蒸发为高温高压的气体并将其输送至透平（14），高温高压的气体进入透平（14）内推动透平（14）内的叶轮旋转做功；透平（14）用于通过减速箱（12）及超越离合器（10）驱动两极感应式电动机（1）发电；两极感应式电动机（1）和低速变频器（4）通过并网开关柜（2）接入电网。3.根据权利要求2所述的一种ORC系统启机并网系统，其特征在于，所述减速箱（12）内安装有透平转速传感器（11），冷凝器（1...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶加银，张泽国，赵湖滨，段艺村，
申请(专利权)人：安徽润安思变能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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