一种可换式多热源余热发电机组的制作方法

1.本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种可换式多热源余热发电机组。


背景技术：

2.余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。余热发电是利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术，余热发电不仅节能，还有利于环境保护。通过利用废气、废液等工质中的热或可燃质作热源，生产蒸汽用于发电。用于发电的余热主要有：高温烟气余热，化学反应余热，废气、废液余热，低温余热等。
3.现有技术中，在通过余热发电时，通常为单一热源，且在热源输入时，无法根据实际发电量及时调整余热输入降低热源损耗，从而导致余热发电效率低。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种可换式多热源余热发电机组，用以克服现有技术中由于无法通过实时发电量对热源输入进行精确控制导致的发电效率低的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种可换式多热源余热发电机组，包括，
6.蒸发器，用以对输入的热源进行蒸发，并将蒸发后形成的高温高压气体传输至膨胀机中，所述蒸发器设置有第一输入口和第二输入口，所述第一输入口用以向所述蒸发器中输入烟气热源，所述第二输入口用以向所述蒸发器中输入热水热源，以保证多热源输入，各所述输入口处均设有电磁阀，以精确控制热源输入；
7.所述膨胀机用以对输入的气体进行绝热膨胀，并将气体做功产生的内能传输至发电机中，所述发电机用以将输入的内能转化为电能，所述发电机与控制器连接，所述控制器用以控制余热发电的过程；
8.所述膨胀机与冷凝器连接，所述冷凝器用以将膨胀后的气体降温以转换为液体，所述冷凝器与工质泵连接，所述工质泵的另一端与所述蒸发器连接，所述工质泵用以将所述冷凝器中的工质液体抽送至所述蒸发器中，以对热源重复利用；
9.所述控制器的控制过程包括，在控制所述蒸发器的热源输入时，所述控制器将实时获取的发电机发电量q与预设值比对，以控制各所述热源的输入，当各所述热源均完全输入时，所述控制器根据各所述热源的输入流量计算发电指数k，并根据所述发电指数k对热源的发电能力进行判定，以调节发电机发电量并重新进行发电量比对，从而及时调整热源输入状态；当实时获取的发电机发电量q在预设范围内时，所述控制器根据所述蒸发器内工质液体体积va选取对应的调节系数对热水热源的输入流量进行调节，在进行调节时，所述控制器根据输入的热水热源的温度ta对工质液体体积va进行修正，以保证对热水热源的输入流量调节的精确度；当单烟气热源输入时，所述控制器根据获取的发电机发电量q对烟气
热源的输入流量b进行调节，调节完成后，所述控制器根据烟气热源的温度tb对调节后的烟气热源的输入流量b’进行修正，以保证烟气热源输入流量的精确度。
10.进一步地，所述控制器在控制热源输入时，所述控制器将实时获取的发电机发电量q与各预设发电量进行比对，并根据比对结果控制热源的输入，其中，
11.当q＜q1时，所述控制器判定热源输入不足，并控制各所述电磁阀均全部开启；
12.当q1≤q＜q2时，所述控制器判定热源输入正常，并对热水热源的输入流量进行调节；
13.当q2≤q时，所述控制器判定热源输入过高，并阻断热水热源输入，以降低热源消耗；
14.其中，q1为第一预设发电量，q2为第二预设发电量，q1＜q2。
15.进一步地，当判定热源输入不足时，所述控制器获取热水热源的输入流量a和烟气热源的输入流量b，并根据各所述输入流量计算发电指数k，所述发电指数k用以判断热源的发电能力，设定k＝a/a0 b/b0 (ta tb)/t0，式中，a0为预设热水热源的标准输入流量，b0为预设烟气热源的标准输入流量，ta为热水热源的温度，tb为烟气热源的温度，t0为预设热源的标准温度。
16.进一步地，在计算得到所述发电指数k后，所述控制器将发电指数k与预设发电指数k0进行比对，并根据比对结果对热源的发电能力进行判定，其中，
17.当k≤k0时，所述控制器判定热源的发电能力正常；
18.当k＞k0时，所述控制器判定热源的发电能力高，并将获取的发电机发电量q调节为q’，设定q’＝q
×
[1 (k
‑
k0)/k]，调节后重复发电量的比对，以调整热源的输入。
[0019]
进一步地，当判定热源输入正常时，所述控制器将所述蒸发器内工质液体体积va与预设工质液体体积v0进行比对，并根据比对结果选取对应的调节系数对热水热源的输入流量进行调节，其中，
[0020]
当所述控制器选取第i调节系数ai对热水热源的输入流量进行调节时，设定i＝1,2，调节后的热水热源的输入流量为a0，设定a0＝a
×
ai，a为所述第二输入口处电磁阀全部开启时热水热源的输入流量，其中，
[0021]
当va≤v0时，所述控制器选取第一调节系数a1对热水热源的输入流量进行调节，a1为预设值，0.9＜a1＜1；
[0022]
当va＞v0时，所述控制器选取第二调节系数a2对热水热源的输入流量进行调节，设定a2＝a1
×
[1
‑
(va
‑
v0)/va]。
[0023]
进一步地，所述控制器在获取所述蒸发器内工质液体体积va后，所述控制器将输入的热水热源的温度ta与预设热水温度ta0进行比对，并根据比对结果选取对应的修正系数对工质液体体积va进行修正，其中，
[0024]
当ta≤ta0时，所述控制器判定热水热源温度正常，不对工质液体体积va进行修正；
[0025]
当ta＞ta0时，所述控制器判定热水热源温度高，并将工质液体体积修正为vb，设定vb＝va
×
[1 (ta
‑
ta0)/ta]。
[0026]
进一步地，当判定热源输入过高时，所述控制器根据获取的发电机发电量q对烟气热源的输入流量b进行调节，调节后的烟气热源的输入流量为b’，设定b’＝b
×
[1
‑
(q
‑
q2)/
q]。
[0027]
进一步地，当所述控制器对烟气热源的输入流量b调节完成后，所述控制器将烟气热源的温度tb与预设热源的标准温度t0进行比对，并根据比对结果对调节后的烟气热源的输入流量b’进行修正，其中，
[0028]
当tb≤t0时，所述控制器判定温度正常，不进行修正；
[0029]
当tb＞t0时，所述控制器判定温度高，并将烟气热源的输入流量修正为b”，设定b”＝b
’×
[1
‑
(tb
‑
t0)/tb]。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，所述蒸发器设置有至少两个输入口，每个输入口分别连接不同热源，从而实现多热源输入，以避免单一热源不足对发电效率的影响，所述蒸发器通过控制输入口的开闭，以控制热源输入数量，通过及时控制热源的输入以控制形成的气体的温度和压力，从而保证通过膨胀机时所做的功满足发电需求，以提高通过余热进行发电的发电效率，所述膨胀机内气体膨胀后，气体的压力和温度大幅度降低，通过冷凝器将膨胀后的气体转换为液体，再通过工质泵将液体抽送至所述蒸发器中，以重复利用，通过持续不断的热源输入及循环可有效保证所述膨胀机中气体做功满足所述发电机的发电需求，从而提高通过余热进行发电的发电效率；所述控制器在控制热源输入时，通过将实时获取的发电机发电量与预设值比较控制热源输入，可保证发电量不同时控制不同的热源输入，从而实现多热源输入及自动切换过程，以节约热源提高发电效率，当热源不足时，通过将各所述电磁阀全部打开，保证烟气热源和热水热源快速输入，从而迅速提高发电量，以使发电量满足需求，当热源输入正常时，保持烟气热源输入不变，降低热水热源的输入流量，以使发电量满足需求的同时减少热源输入，从而提高发电效率，当热源输入过高时，仅维持烟气热源输入，并控制烟气热源的输入流量，以将热源输入维持在正常范围，从而进一步提高发电效率；所述控制器通过各热源的输入流量计算发电指数k，通过发电指数对热源的发电能力进行判定，当发电能力高时，所述控制器将获取的发电机的发电量提高，通过提高发电量以提高对热源输入控制的准确度，在进行发电量调节时，所述控制器根据发电指数k与预设值的差值控制调节后的发电量，且调节后的发电量与电指数k虽然呈正比，但是非线性增加，从而实现对发电量的柔性调节，以保证调节后对热源输入控制的更加精确，从而提高发电效率。
[0031]
尤其，通过对热水热源的输入流量进行调节，以保证在发电量满足的同时较少热源消耗，以提高发电效率，在对热水热源的输入流量进行调节时，根据所述蒸发器内工质液体体积va选取对应的调节系数进行调节，当va在预设值以内时，通过固定值进行调节，当va大于预设值时，根据va与预设值的差值计算调节系数，以保证调节的精确度，va越大时蒸发出的气体量越大从而通过膨胀机做工越多，通过对热水热源的输入流量调小，从而实现对热源输入的精确控制，进一步提高了发电效率，在调节完成后，所述控制器根据热水热源的温度ta对工质液体体积va进行修正，温度ta越大时，其蒸发量越大做功越多，通过温度ta对va进行修正，有效保证了修正后工质液体体积va的准确度，从而提高对热水热源的输入流量调节的精确度，从而进一步提高发电效率；所述控制器控制烟气热源单热源输入，以减少热源输入，从而提高发电效率，且在控制烟气热源输入时，根据发电量对烟气热源的输入流量b进行调节，通过调节，当发电量越大时烟气热源的输入流量越小，以及时降低热源的输入，同时保证发电量满足需求，在调节完成后，所述控制器根据烟气热源的温度tb对调节后
的烟气热源的输入流量b’进行修正，烟气热源的温度tb越大时烟气热源的输入流量越小，通过对烟气热源的输入流量进行修正，进一步保证减少热源损耗的同时发电量满足需求，从而进一步提高发电效率。
[0032]
尤其，所述控制器通过将实时获取的发电机发电量q与各预设发电量进行比对控制热源的输入，通过发电机发电量q的比对有效提高了控制热源的输入的精确度，从而提高了发电效率。
[0033]
尤其，所述控制器通过将发电指数k与预设发电指数k0进行比对对热源的发电能力进行判定，通过判定对发电机发电量q进行调节以调整热源输入，有效提高了控制热源的输入的精确度，从而提高了发电效率。
[0034]
尤其，所述控制器通过将所述蒸发器内工质液体体积va与预设工质液体体积v0进行比对选取对应的调节系数对热水热源的输入流量进行调节，通过精确调节热水热源的输入流量，进一步提高了发电效率。
[0035]
尤其，所述控制器通过将输入的热水热源的温度ta与预设热水温度ta0进行比对选取对应的修正系数对工质液体体积va进行修正，通过修正进一步提高热水热源的输入流量精确度，从而进一步提高了发电效率。
[0036]
尤其，所述控制器通过将烟气热源的温度tb与预设热源的标准温度t0进行比对对调节后的烟气热源的输入流量b’进行修正，通过修正进一步提高了烟气热源的输入流量的精确度，从而进一步提高了发电效率。
附图说明
[0037]
图1为本实施例可换式多热源余热发电机组的结构框架图。
具体实施方式
[0038]
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0039]
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
[0040]
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0041]
请参阅图1所示，其为本实施例可换式多热源余热发电机组的结构框架图，所述发电机组包括，
[0042]
蒸发器1，用以对输入的热源进行蒸发，并将蒸发后形成的高温高压气体传输至膨胀机3中，所述蒸发器1设置有第一输入口201和第二输入口202，所述第一输入口201用以向所述蒸发器1中输入烟气热源，所述第二输入口202用以向所述蒸发器1中输入热水热源，以保证多热源输入，各所述输入口处均设有电磁阀，以精确控制热源输入，所述膨胀机3用以对输入的气体进行绝热膨胀，并将气体做功产生的内能传输至发电机4中，所述发电机4用
以将输入的内能转化为电能，所述发电机4与控制器5连接，所述控制器5用以控制余热发电的过程，所述膨胀机3与冷凝器6连接，所述冷凝器6用以将膨胀后的气体降温以转换为液体，所述冷凝器6与工质泵7连接，所述工质泵7的另一端与所述蒸发器1连接，所述工质泵7用以将所述冷凝器6中的工质液体抽送至所述蒸发器1中，以对热源重复利用。工质是实现热、功转换的工作物质，热能与机械功的相互转换是通过工质一系列的状态变化来实现的，常见的工质有燃烧气体、水蒸汽、制冷剂以及空气等。
[0043]
具体而言，本实施例中所述蒸发器设置有至少两个输入口，每个输入口分别连接不同热源，从而实现多热源输入，以避免单一热源不足对发电效率的影响，所述蒸发器通过控制输入口的开闭，以控制热源输入数量，通过及时控制热源的输入以控制形成的气体的温度和压力，从而保证通过膨胀机时所做的功满足发电需求，以提高通过余热进行发电的发电效率，所述膨胀机内气体膨胀后，气体的压力和温度大幅度降低，通过冷凝器将膨胀后的气体转换为液体，再通过工质泵将液体抽送至所述蒸发器中，以重复利用，通过持续不断的热源输入及循环可有效保证所述膨胀机中气体做功满足所述发电机的发电需求，从而提高通过余热进行发电的发电效率。
[0044]
具体而言，本实施例中所述控制器在控制热源输入时，所述控制器将实时获取的发电机发电量q与各预设发电量进行比对，并根据比对结果控制热源的输入，其中，
[0045]
当q＜q1时，所述控制器判定热源输入不足，并控制各所述电磁阀均全部开启；
[0046]
当q1≤q＜q2时，所述控制器判定热源输入正常，并对热水热源的输入流量进行调节；
[0047]
当q2≤q时，所述控制器判定热源输入过高，并阻断热水热源输入，以降低热源消耗；
[0048]
其中，q1为第一预设发电量，q2为第二预设发电量，q1＜q2。
[0049]
具体而言，本实施例所述控制器在控制热源输入时，通过将实时获取的发电机发电量与预设值比较控制热源输入，可保证发电量不同时控制不同的热源输入，从而实现多热源输入及自动切换过程，以节约热源提高发电效率，当热源不足时，通过将各所述电磁阀全部打开，保证烟气热源和热水热源快速输入，从而迅速提高发电量，以使发电量满足需求，当热源输入正常时，保持烟气热源输入不变，降低热水热源的输入流量，以使发电量满足需求的同时减少热源输入，从而提高发电效率，当热源输入过高时，仅维持烟气热源输入，并控制烟气热源的输入流量，以将热源输入维持在正常范围，从而进一步提高发电效率。可以理解的是，本实施例中在进行单热源输入时，选用的烟气热源输入，还可以选用热水热源输入，通过单热源输入以使发电量维持在正常范围，但需注意的是，热水热源在蒸发器蒸发后通过膨胀机及冷凝器会以液体状态被工质泵输送至蒸发器中重复使用，因此热水热源的输入会增加蒸发器中的工质液体，因此在控制单热源输入时，最佳实施方式是仅控制烟气热源输入，以提高余热的转化，从而提高发电效率。
[0050]
具体而言，当判定热源输入不足时，所述控制器获取热水热源的输入流量a和烟气热源的输入流量b，并根据各所述输入流量计算发电指数k，所述发电指数k用以判断热源的发电能力，设定k＝a/a0 b/b0 (ta tb)/t0，式中，a0为预设热水热源的标准输入流量，b0为预设烟气热源的标准输入流量，ta为热水热源的温度，tb为烟气热源的温度，t0为预设热源的标准温度。
[0051]
具体而言，在计算得到所述发电指数k后，所述控制器将发电指数k与预设发电指数k0进行比对，并根据比对结果对热源的发电能力进行判定，其中，
[0052]
当k≤k0时，所述控制器判定热源的发电能力正常；
[0053]
当k＞k0时，所述控制器判定热源的发电能力高，并将获取的发电机发电量q调节为q’，设定q’＝q
×
[1 (k
‑
k0)/k]，调节后重复发电量的比对，以调整热源的输入。
[0054]
具体而言，本实施例中热源输入不足时，各所述热源均输入至所述蒸发器中，所述控制器通过各热源的输入流量计算发电指数k，通过发电指数对热源的发电能力进行判定，当发电能力高时，所述控制器将获取的发电机的发电量提高，通过提高发电量以提高对热源输入控制的准确度，在进行发电量调节时，所述控制器根据发电指数k与预设值的差值控制调节后的发电量，且调节后的发电量与电指数k虽然呈正比，但是非线性增加，从而实现对发电量的柔性调节，以保证调节后对热源输入控制的更加精确，从而提高发电效率。
[0055]
具体而言，当判定热源输入正常时，所述控制器将所述蒸发器内工质液体体积va与预设工质液体体积v0进行比对，并根据比对结果选取对应的调节系数对热水热源的输入流量进行调节，其中，
[0056]
当所述控制器选取第i调节系数ai对热水热源的输入流量进行调节时，设定i＝1,2，调节后的热水热源的输入流量为a0，设定a0＝a
×
ai，a为所述第二输入口处电磁阀全部开启时热水热源的输入流量，其中，
[0057]
当va≤v0时，所述控制器选取第一调节系数a1对热水热源的输入流量进行调节，a1为预设值，0.9＜a1＜1；
[0058]
当va＞v0时，所述控制器选取第二调节系数a2对热水热源的输入流量进行调节，设定a2＝a1
×
[1
‑
(va
‑
v0)/va]。
[0059]
具体而言，本实施例中所述控制器在获取所述蒸发器内工质液体体积va后，所述控制器将输入的热水热源的温度ta与预设热水温度ta0进行比对，并根据比对结果选取对应的修正系数对工质液体体积va进行修正，其中，
[0060]
当ta≤ta0时，所述控制器判定热水热源温度正常，不对工质液体体积va进行修正；
[0061]
当ta＞ta0时，所述控制器判定热水热源温度高，并将工质液体体积修正为vb，设定vb＝va
×
[1 (ta
‑
ta0)/ta]。
[0062]
具体而言，本实施例中热源输入正常时，通过对热水热源的输入流量进行调节，以保证在发电量满足的同时较少热源消耗，以提高发电效率，在对热水热源的输入流量进行调节时，根据所述蒸发器内工质液体体积va选取对应的调节系数进行调节，当va在预设值以内时，通过固定值进行调节，当va大于预设值时，根据va与预设值的差值计算调节系数，以保证调节的精确度，va越大时蒸发出的气体量越大从而通过膨胀机做工越多，通过对热水热源的输入流量调小，从而实现对热源输入的精确控制，进一步提高了发电效率，在调节完成后，所述控制器根据热水热源的温度ta对工质液体体积va进行修正，温度ta越大时，其蒸发量越大做功越多，通过温度ta对va进行修正，有效保证了修正后工质液体体积va的准确度，从而提高对热水热源的输入流量调节的精确度，从而进一步提高发电效率。
[0063]
具体而言，当判定热源输入过高时，所述控制器根据获取的发电机发电量q对烟气热源的输入流量b进行调节，调节后的烟气热源的输入流量为b’，设定b’＝b
×
[1
‑
(q
‑
q2)/
q]。
[0064]
具体而言，当所述控制器对烟气热源的输入流量b调节完成后，所述控制器将烟气热源的温度tb与预设热源的标准温度t0进行比对，并根据比对结果对调节后的烟气热源的输入流量b’进行修正，其中，
[0065]
当tb≤t0时，所述控制器判定温度正常，不进行修正；
[0066]
当tb＞t0时，所述控制器判定温度高，并将烟气热源的输入流量修正为b”，设定b”＝b
’×
[1
‑
(tb
‑
t0)/tb]。
[0067]
具体而言，本实施例中热源输入过高时，所述控制器控制烟气热源单热源输入，以减少热源输入，从而提高发电效率，且在控制烟气热源输入时，根据发电量对烟气热源的输入流量b进行调节，通过调节，当发电量越大时烟气热源的输入流量越小，以及时降低热源的输入，同时保证发电量满足需求，在调节完成后，所述控制器根据烟气热源的温度tb对调节后的烟气热源的输入流量b’进行修正，烟气热源的温度tb越大时烟气热源的输入流量越小，通过对烟气热源的输入流量进行修正，进一步保证减少热源损耗的同时发电量满足需求，从而进一步提高发电效率。
[0068]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。