一种气液混合回收的低品质余热发电系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业低品质余热回收领域，尤其涉及一种新型发动机低品质废气、废水联合，有机朗肯循环余热发电系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]朗肯循环是指一种理想的简单的水蒸气动力循环，有锅炉、汽轮机、冷凝器和水栗组成。其简要工作原理如下:水在锅炉和过热器中吸热，由饱和水变为过热蒸汽；过热蒸汽进入汽轮机膨胀，对外做功；在汽轮机出口，过热蒸汽变为低压湿蒸汽，进入冷凝器对冷却水放热冷凝至饱和水；水栗消耗外功，将凝结水升压送回锅炉，完成动力循环。有机朗肯循环在朗肯循环基础上，使用低沸点制冷剂作为循环工质完成动力循环。
[0003]有机朗肯循环虽然在工业余热回收领域有广泛运用，但是发明人在发明此系统的过程中，发现现有技术存在以下问题:
[0004]1.没有采用环保工质，不能满足环保要求。
[0005]2.余热回收功能单一，未能针对废气、废水联合回收。
[0006]3.系统开发周期长，针对某一类型热源，未能使用先进计算和校验方法。
[0007]4.自动化程度不高，系统对热源变化，冷源变化适应性不强。
【发明内容】
[0008]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种气液混合回收的低品质余热发电系统及控制方法，解决现有有机朗肯循环的余热回收功能单一、计算和校验方法落后、对热源变化，冷源变化适应性不强的问题。
[0009]为实现本发明的上述目标，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种气液混合回收的低品质余热发电系统，包括控制器、热源循环回路、工质循环回路和冷源循环回路，所述热源循环回路和工质循环回路通过蒸发器进行热量交换，所述工质循环回路和冷却液循环回路通过冷凝器进行热量交换；所述控制器用于控制各个循环回路中阀门和栗的工作；所述热源循环回路包括废气制热循环回路和废水制热循环回路，所述废气制热循环回路包括压力水箱、热水循环栗和烟气换热器，加压水在压力水箱的作用下被热水循环栗打入烟气换热器与热源尾气发生热交换，提高温度并作为高温热源进入蒸发器的高温热源管道，所述废水制热循环回路中热源废水作为低温热源直接进入蒸发器的低温热源管道；工质在蒸发器内先与低温热源进行热交换，再与高温热源进行热交换，所述蒸发器的工质出口连接膨胀机的工质进口，所述膨胀机对外做功，带动发电机发电，从所述膨胀机流出的工质经过冷凝器进入工质栗，从所述工质栗流出的工质进入蒸发器工质进口。
[0010]在本发明的另一种优选实施方式中，还包括电动球阀，所述电动球阀设置于蒸发器与膨胀机之间的工质回路中，用于控制膨胀机进气。
[0011 ] 在本发明的再一种优选实施方式中，还包括电动调节阀，所述电动调节阀所在的工质旁路使进入膨胀机的工质分流，所述电动调节阀的工质入口与电动球阀的工质入口并联，所述电动调节阀的工质出口与膨胀机的工质出口并联。
[0012]在本发明的另一种优选实施方式中，还包括润滑油循环回路，所述润滑油循环回路包括油箱、油栗、温度传感器、三通恒温阀、油冷器、油分配、过滤器和油气分离器；所述油箱的出油口与油栗的进油口相连，油栗的出油口与三通恒温阀的进油口相连，三通恒温阀的第一出油口与油分配器的入口相连，三通恒温阀的第二出油口与油冷器的进油口相连，油冷器的出油口与油分配器的入口相连，所述油分配器的出油口与膨胀机轴承、轴封和平衡活塞的进油口相连，所述膨胀机轴承、轴封和平衡活塞的出油口与油箱的进口相连；所述膨胀机的工质蒸汽出口经电磁阀与油箱内的加热管路相连；所述温度传感器检测油温并传输给控制器，所述控制器根据温度传感的信号控制三通恒温阀和电磁阀的工作；所述润滑油从油箱里出来，经油栗升压到三通恒温阀，温度传感器检测油温，当温度正常，则控制器控制三通恒温阀的第一出油口打开第二出油口关闭，润滑油进入油分配器；当温度过高，则控制器控制三通恒温阀的第一出油口关闭第二出油口打开，润滑油经油冷器冷却后进入油分配器，所述油分配器分配一定油量进入膨胀机轴承、轴封和平衡活塞，润滑后回到油箱；如果润滑油油温过低，则控制器控制电磁阀打开，从膨胀机出来的有机工质蒸汽经电磁阀进入油箱加热，经油气分离器回到工质主循环系统，分离出来的油经单向阀回到油箱。
[0013]在本发明的一种优选实施方式中，所述工质栗为变频工质栗，通过变频工质栗调节循环工质流量，保证系统稳定运行。
[0014]为实现本发明的上述目标，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种气液混合回收的低品质余热发电系统的控制方法，启动过程包括如下步骤:
[0015]S1，控制器启动余热发电系统，经过A秒启动循环水栗，经过B秒启动有机工质栗，经过C秒启动冷却水栗，经过D秒启动油栗，所述A、B、C、D为正数；
[0016]S2，压力检测传感器检测膨胀机进口压力数值，温度传感器检测膨胀机进口温度数值，当压力值、温度值满足设定范围时，关闭电动调节阀，逐渐打开电动球阀，在打开电动球阀过程中始终保持工质压力值、温度值在设定范围内；
[0017]S3，膨胀机驱动发电机运行，当发电机指标达标后发电机并网发电；
[0018]S4，电流传感器检测发电机电流大小并传输给控制器，当发电过程中发电机电流变小则有机工质栗变频器频率减少，控制器增加进入蒸发器的工质量，并满足工质压力值、工质温度值在设定范围内；当不能调节时，发出报警；当电流为负时，发电机脱网；停机。
[0019]停止过程包括如下步骤:
[0020]S11，控制器停止余热发电系统，发电机脱网，停励磁；
[0021]S12，打开电动调节阀，关闭电动球阀，关闭循环水栗，；
[0022]S13，当工质出口温度为X°C时，关闭工质栗，F秒后冷却水栗停止，所述X、F为；
[0023]S14，当膨胀机转速为0时，关闭油栗。
[0024]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0025]1.实现了废气、废水的联合利用，采用加压水对烟气(废气)换热，不仅比传统烟气利用中使用的导热油经济实惠，还解决了水因为常压沸点低不能产生高品质热源的难题。系统蒸发器采用定制的六接头板式换热器，对缸套水(废水)和加压水联合利用，蒸发环保有机工质。
[0026]2.具有更高的环保性能，采用环保工质R245fa，即使意外泄漏也不会对臭氧层进行破坏，不会使工作人员中毒。
[0027]3.为热源工况和冷却环境变化对系统的影响开发专门控制程序，比于传统计算方法有数十倍的效率提升。
[0028]4.系统在控制中，采用了多类传感器，能够在一定热源波动范围内自动调节有机工质的流量，自动适配热力平衡，能够克服因为膨胀机发热带来的油温不稳，自动调节润滑油温度。
[0029]5.安全性高，系统中膨胀机前设有电动球阀，当用户所用负荷减小，发电机超速时，可紧急关闭膨胀机进气，打开旁路电动调节阀，保护膨胀机和管路安全。
[0030]6.稳定性好，由于系统变频电动机的选择，当热源发生波动时，控制系统可依据蒸发器工质出口过热度对工质循环量进行增减，从而使系统稳定运行。
[0031]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0032]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0033]图1是本发明的系统原理图；
[0034]图2是本发明的开机及自动维持稳定的流程图；
[0035]图3是本发明的故障和正常停机流程图。
[0036]附图标记:
[0037]1.截止阀；2.循环水栗；3.烟气换热器；4.压力水箱；5.管道过滤器；
[0038]6.六接口蒸发器；7.三通阀；8.电动球阀；9.电动调节阀；10.安全阀；
[0039]11.膨胀机；12.联轴器；13.异步发电机；14.油分配座；15.油箱；
[0040]16.截止阀；17.油粗过滤器；18.油栗；19.三通恒温阀；20.截止阀；
[0041]21.油冷却器；22.截止阀；23.管道过滤器；24.截止阀；25.截止阀；
[0042]26.单向阀；27.油气分离器；28.管壳式冷凝器；29.截止阀；
[0043]30.管道过滤器；31.工质栗；32.单向阀；33.电磁阀；34.冷却水栗；
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