CN100467833C - 工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种规模利用烟道余热和余蒸汽发电，并能收集烟气和烟尘的真空设备，主要用于火力发电厂、工业锅炉、工业窑炉等方面。本发明是利用工业余热使低沸点液体工作介质产生的蒸气为动力发电，主要由余热真空抽除系统、热能交换系统、涡轮机发电机组、工作介质余蒸汽回收系统等组成，使锅炉去掉烟囱，实施全封闭燃烧工艺，利用烟道余热发电；使汽轮机去掉凝汽器，发电不用冷却水，利用余蒸汽发电。使电厂实现零排放，收集烟气尘消除对环境污染，提高发电效率。

Description

工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置

一、技术领域

本发明工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，是一种利用各种烟道余热和余蒸汽为能源发电，并具有收集烟道烟气和烟尘的真空设备。主要用于火力发电厂、各类工业锅炉、工业窑炉等方面。

二、背景技术

目前我国约三分之二的一次能源消耗在发电厂锅炉、工业锅炉、工业窑炉上。在这些方面一般是采用通过烟囱的燃烧方法燃烧矿石燃料，这种敞开式的燃烧形式在燃烧过程中，通过烟囱排放掉的热能损失可达30％左右，所以在这三方面所产生的工业余热潜力很大。为此，我国政府早于1978年将工业余热利用列为国家重点推广的新技术项目之一，也是节能技术改造的重点。当今国内外在利用烟道热能技术研究方面取得了很大的进步，如开发出了多种形式的烟道余热锅炉和各种形式的真空热管工业余热利用装置，但其用途只能达到在有条件限制的前提下，部分的利用烟道余热的作用。再者，由于火力发电厂的大力发展而排放的大量温室气体，对大气环境造成了严重污染，使气候发生灾难性的变化，形成的各种自然灾害直接威胁人类的生存。为此，联合国研究气候变化的委员会指出：“人类不把温室气体的排量减少60％的话，最终将造成灾难性的影响，海平面上升，生态系统将遭到彻底破坏。沙漠扩大、风暴水灾将更加频繁和猛烈，诱发一些天灾并导致某些传染病流行。”目前的先污染后治理的环境保护政策，不但代价大而且收效不大。如日本资源与公害研究所调查研究表明，污染后再治理的投资要比预先防止污染的投资大100倍。所以，减少和收集处理燃烧矿石燃料排放的温室气体，是当今人类社会必须要解决的难题之一。

当今火力发电厂用于电厂汽轮机发电做功的蒸汽热量，仅占蒸汽总热量的40％左右，其余60％左右的热能经冷汽器用冷却水凝结为水，发电厂为此要付出很高的消耗，并造成严重的热污染，目前，虽然对于蒸汽的利用取得一些进展，但只限于少量的余蒸汽的利用方面，如何取得规模利用电厂余蒸汽发电是尚未解决的难点。

三、发明内容

本发明的主要目的是，向能源工业界提供一种规模利用电厂烟道余热和余蒸汽为能源发电，并收集由烟道排放出的烟气和烟尘的真空设备。使火力发电厂实现零排放，锅炉燃烧不用烟囱，利用烟道余热发电；使电厂汽轮机发电去掉冷汽器，不用冷却水，利用余蒸汽发电，达到在消除对环境污染的同时，提高一次能源的利用效率；为创建工业余热和低热能发电产业提供先进的手段。

本发明的结构包括由多个隧道式热交换器、多条尾管、第一台水泵、多个电动阀、清水池、沉淀池、公共工作平台组成的热能交换系统；包括两台由多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、水泵、电器控制箱、温度传感器、循环水池，真空泵工作平台组成的水柱塞式真空泵；包括由第一台水柱塞式真空泵、真空罐、公共工作平台组成的余热真空抽除系统；包括由第二台水柱塞式真空泵、真空制冷室、冷汽器、管道泵、第二台水泵、压缩机、循环水池、公共工作平台组成的工作介质余蒸汽回收系统；包括由涡轮机、发电机、公共工作平台组成的涡轮机发电机组系统等，用管路将其各系统连接成一体组成。其中，水柱塞式真空泵中的真空获得器是包括由真空室、尾管、真空阀、排气阀、水位传感器、给水管、真空管、排气管、两个电动阀组成，真空制冷器包括由真空室、制冷室、尾管、真空阀、排气阀、水位传感器、给水管、放水管、真空管、两个电动阀组成，气水分离器包括分离室、水位传感器、压力表、放水管、电动阀组成；其中，热能交换系统中的隧道式热交换器是包括由热交换室、隔离板、多条真空热管、输水管、水流喷嘴等组成。

本发明的工作原理，是以低沸点液体(如CO₂、异丁烷、正丁烷、丙烷、氨等，CO₂的临界点为31°C，7.3mpa)为工作介质简称工作介质，利用各种锅炉烟道余热和电厂余蒸汽为能源，使工作介质液体汽化。用其产生的蒸汽带动涡轮机发电机组发电，其工作过程：利用余热真空抽除系统，通过热能交换系统对由烟道排放的烟气或由电厂汽轮机排放的余蒸汽进行抽除，使其烟气或余蒸汽所载热量在热能交换系统中转化为工作介质蒸汽，用工作介质蒸汽驱动涡轮机发电机组运行发电，完成将低热能量转化成电能的工作，由涡轮机排放出的工作介质余蒸汽，经工作介质余蒸汽回收系统冷却压缩成液体，并将工作介质液体压入热能交换系统中循环使用。

本发明的目的是这样实现的：将热能交换系统的多个隧道式热交换器平卧并排安装在高于沉淀池水面10.3公尺的公共工作平台上面，将各个隧道式热交换器底部的尾管下端深入到公共工作平台下面的沉淀池的水面之下，将各个隧道式热交换器的烟气或余蒸汽进口并联，通过管道与锅炉烟道或电厂汽轮机排汽口相连通，将各个隧道式热交换器的烟气或余蒸汽出口并联，通过管道与余热真空抽除系统的真空罐相连通，再将涡轮机发电机组安装在公共工作平台上层面上，通过管道将涡轮机的进汽口和多个隧道式热交换器的工作介质蒸汽排出口相连通，涡轮机的排汽管路与工作介质余蒸汽回收系统中的冷汽器的进汽口相连通，工作介质余蒸汽回收系统中的第二台水柱塞式真空泵的真空管路与真空制冷室的抽气口相连通，安装在循环水池上面的第二台水泵，通过管道于真空制冷室的进水口相连通，真空制冷室的冷水出口通过管道泵与冷汽器的冷水进口相连通，冷汽器乏水排出口通过管道与循环水池相连通，冷汽器的工作介质余蒸汽的排出口通过压缩机与各个隧道式热能交换器的工作介质液体进口相连通，使其各系统连接一体。通过余热真空抽除系统中的第一台水柱塞式真空泵工作获得真空能量，用其真空能量通过各个隧道式热能交换器完成抽除由烟道排出的烟气或由电厂汽轮机排出的余蒸汽的工作，被抽除的烟气或余蒸汽在流经各个隧道式热能交换器的过程中，用其所载的热量将工作介质液体汽化产生工作介质蒸汽，在各个隧道式热能交换器中完成将低热能量转化为工作介质蒸汽能量的工作。用其工作介质蒸汽驱动涡轮机发电机组运行发电，完成将工作介质蒸汽转化为电能的工作。由涡轮机排放出的工作介质余蒸汽，被工作介质余蒸汽回收系统冷却压缩成工作介质液体后再压入各个隧道式热交换器中循环使用，沉积在各个隧道式热交换器内的烟尘，利用压力水流通过其底部的尾管排放到沉淀池内，完成收集烟尘的工作。被余热真空抽除系统抽除的烟气通过其系统压缩后输出，完成烟气的收集工作。

隧道式热交换器的工作是这样完成的，隧道式热交换器的热交换室是由金属管道构成，在其室内的中间位置装置一隔离板，并在隔离板上垂直地安装多条真空热管，用其隔离板将热交换室隔离成上下两个各自独立的容腔，上容腔内装置CO₂、氨等低沸点液体工作介质成为工作介质液体汽化室，下容腔为烟气或蒸汽通道。上容腔的工作介质蒸汽出口通过管道与涡轮机的工作介质蒸汽进口相连通，上容腔工作介质液体进口通过管道与工作介质余蒸汽回收系统中的空压机的出口相连通；下容腔的烟气或蒸汽进口通过管道与锅炉烟道或电厂汽轮机的排气口相连通，下容腔的烟气或蒸汽出口与余热真空抽除系统的真空罐相连通。在下容腔的底部安装一条输水管道，并在其管道上安装多个水力喷嘴，当烟气或余蒸汽流经下容腔时，其所载的热量便通过多条真空热管及时传递到上容腔的工作介质液体，用其热量使工作介质液体汽化产生工作介质蒸汽，完成将低热能转化为工作介质蒸汽能的工作，产生的工作介质蒸汽通过管道输出，供涡轮机发电机组工作。沉积在下容腔的烟尘，定时利用水力清理，通过尾管排入沉淀池内，完成烟尘的收集工作。

水柱塞式真空泵获得真空的工作是这样完成的：将水柱塞式真空泵的多个真空获得器、真空制冷器安装在高于循环水池水面10.3公尺的真空泵工作平台上面，并将多个真空获得器、真空制冷器的尾管末端沉入到地下循环水池的水面之下。水池内安装温度传感器，安装在水池上面的水泵通过管道分别与多个真空获得器和真空制冷器的真空室相连通。真空获得器的工作是分两个工作程序来完成的。第一程序是排除气体：其工作过程是关闭真空获得器尾管下部的电动阀，开启给水管道上的电动阀，由水泵向其真空室输水，水量在真空室上升的过程形成了水柱塞的工况，将真空室水柱上面的气体压缩，压缩气体将真空室上方的真空阀压紧封严，并压开真空室上方的排气阀，通过管道将压缩气体排放到气水分离器内，当真空室内压满水量时，便完成了排除气体的工作，同时水位传感器发出电信号，指令电器控制箱进入第二工作程序：关闭给水管道上的电动阀，停止供水，开启尾管下部的电动阀，真空室内的水量便通过尾管排放到下面的循环水池内，真空室内因水位的下降，使其上部形成真空，这种工况，真空室上部的排气阀被大气压紧封严，被抽除的气体通过真空管路压开真空阀进入真空室，当真空室内的水位下降到高于循环水池水面的高度，小于10.3公尺时，大气压力便阻止真空室内的水位继续下降(在真空环境中气压水柱的极限高度不大于10.3公尺)，使真空获得器完成获得真空抽除气体的工作；当真空室内的水位下降到所给定的下限位置时，水位传感器发出电信号，指令电器控制箱停止第二工作程序，再进入第一工作程序：关闭尾管下部的电动阀，开启给水管道上的电动阀。如此周而复始的交替工作，便使真空获得器连续的完成获得真空抽除气体的工作。

四、附图说明

附图1工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置结构图

附图2本发明实施例结构图

附图3余热真空抽除系统图

附图4隧道式热交换器结构图

附图5热能交换系统图

附图6工作介质余蒸汽回收系统图

附图7水柱塞式真空泵结构与工作原理图

附图8真空获得器结构图

附图9真空制冷器结构图

附图10气水分离器结构图

如附图1所示，工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置是由两台水柱塞式真空泵2、涡轮发电机组6、多个隧道式热交换器8、真空罐10、真空制冷室3、管道泵4、冷汽器5、压缩机16、两台水泵13、多条尾管20、循环水池14、清水池18、沉淀池21、公共工作平台22、烟气或余蒸汽输送管道1等，由工作介质液体输送管路17、循环水管路12、清水管路19、放水管路15、烟气或余蒸汽排出管路9、工作介质蒸汽管路7连结成一体组成。

如附图2所示的本发明实施例结构图，为本发明利用电厂烟道热与余蒸汽同时发电和收集烟气尘装置的结构图。按附图2中的(a)图所示，本发明工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置中的热能交换系统8的烟气进气口通过管道1与发电厂锅炉23的烟道24相连通后，便能实现利用锅炉排放出的烟道余热生产电能和收集烟尘的工作；按附图2中的(b)图所示，锅炉23所产生的水蒸气通过管道25与汽轮机26相连通，汽轮机26工作后排放出的余蒸汽通过管道1与本发明工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置中的热能交换系统8的余蒸汽进气口相连通，这种结构便能使本发明实现利用电厂余蒸汽发电的工作，由热能交换系统的排放到沉淀水池21的凝结水，由水泵19经过管道27输送到锅炉23中循环使用。

如附图3所示，余热真空抽除系统是由第一台水柱塞式真空泵2和真空罐10通过真空管路28相连通组成，真空罐10安装在公共工作平台22上面，通过烟气或余蒸汽排出管路9与热能交换系统相连通。

如附图4所示，隧道式热交换器是由热交换室30、隔离板31、多条真空热管32、输水管37、多个水力喷嘴36等组成。在热交换室30的中间位置安装一隔离板31，多条真空热管32通过隔离板31，垂直的安装在隔离板31上面，利用隔离板31将热交换室30的内腔隔离成各个独立的密闭的上下两个容腔。上容腔33内装置CO₂、氨等沸点低于31℃的液体工作介质成为工作介质液体汽化室，下容腔40为烟气或蒸汽通道。下容腔40两端管道35和41分别为烟气或蒸汽的进气口和排气口，上容腔33的管道29为工作介质蒸汽出口，上容腔33的管道34为工作介质液体进口，在下容腔40底部装置一个漏斗式出口38，在下容腔40内装一条输水管道37，并在输水管道9上面安装多个水力喷嘴36。

如附图5所示，热能交换系统是由多个隧道式热交换器8、公共工作平台22、清水管19、清水池18、第一台水泵13、多条尾管20、沉淀池21、烟气或余蒸汽输送管路1、烟气或余蒸汽排出管路9、工作介质液体输送管路17、工作介质蒸汽管路7等组成。

如附图6所示，工作介质余蒸汽回收系统是由第二台水柱塞式真空泵2、真空制冷室3、管道泵4、冷汽器5、压缩机16、公共工作平台22、循环水池14、第二台水泵13等由真空管路28、冷水管路43、放水管路15、循环水管路12、工作介质余蒸汽管路44连接成为一体组成。

如附图7所示，水柱塞式真空泵是由多个真空获得器47、真空制冷器46、气水分离器51、循环水池56、水泵55、电器控制箱45、温度传感器57、真空泵工作平台52等组成。将多个真空获得器47、真空制冷器46、气水分离器51、电器控制箱45安装在高于循环水池56水面10.3公尺的真空泵工作平台52上面，多个真空获得器47和真空制冷器46的尾管末端沉入到循环水池56的水面之下，水泵55通过输水管53与各真空获得器47和真空制冷器46的真空室相连通，温度传感器57安装在循环水池56的水中，各个真空获得器47通过排气管道49与气水分离器51相连通，并通过真空管48与被抽除系统相连通。

如附图8所示，真空获得器是由真空室61、真空阀62、真空管48、排气阀63、排气管49、水位传感器60、给水管53、两个电动阀58、尾管59、真空泵工作平台52等组成。真空室61安装在高于循环水池56水面10.3公尺的真空泵工作平台52上面，尾管59沉入到循环水池56的水面之下，在尾管59的下部安装第一个电动阀58，水位传感器60安装在真空室61内部，真空阀62安装在真空室上部的真空管的48下面，排气阀63安装在真空室61上部的排气管49的下面，给水管53安装在真空室61的下部，在给水管53上面安装第二个电动阀58。

如附图9所示，真空制冷器是由真空室61、真空阀62、真空管48、排气阀63、排气管49、水位传感器60、给水管53、两个电动阀58、放水管63、电动真空阀65、制冷室64、挡水板67、尾管59、温度传感器57、真空泵工作平台52、循环水池56等组成，真空室61安装在高于循环水池56水面10.3公尺的真空泵工作平台52上面，在真空室61的上部安装真空阀62，通过真空管48与制冷室64相连通，排气阀63通过排气管49与大气相通，在真空室61下部的给水管53上安装第一个电动阀58，在真空室61下面通过放水管63和第二个电动阀58安装制冷室64，制冷室64下部的尾管59的末端沉入到循环水池56的水面之下，在制冷室64内部分层安装多块挡水板67，温度传感器57安装在循环水池56的水中。

如附图10所示，气水分离器是由分离室68、水位传感器60、进气管70、排气管49、放水管63、电动阀58、压力表69等组成。将分离室68安装在真空泵工作平台52上面，水位传感器60安装在分离室68内部，放水管63伸向循环水池56内。

五、具体实施方式

下面结合附图1对本发明的动态操作进行描述：

如附图1工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置结构图所示，由安装在涡轮机发电机组6下面的冷汽器5、管道泵4、真空制冷室3、第二台水柱塞式真空泵2、第二台水泵13、循环水池14等组成工作介质余蒸汽回收系统，将涡轮机发电机组6排放出的工作介质余蒸汽冷却压缩成为工作介质液体，再经管路17压送到多个隧道式热交换器8内循环使用；由第一台水柱塞式真空泵2和真空罐10等组成的余热抽除系统，通过多个隧道式热交换器8、烟气或蒸汽输送管道1对由锅炉烟道排放的烟气或电厂汽轮机排放的余蒸汽进行真空抽除，达到在保证锅炉或汽轮机正常运行的工况下，对烟道余热或余蒸汽利用的目的，收集的烟气由管道11压缩输出。由安装在高于沉淀水池水面10.3公尺的公共工作平台22上面的多个隧道式热交换器8、清水池18、第一台水泵13、多条尾管20、沉淀池21等组成的热能交换系统，完成将烟气或余蒸汽所载的热量转化成为工作介质蒸汽能量的工作。产生的工作介质蒸汽通过管路7输送给涡轮机发电机组6，使涡轮机发电机组运行发电。用烟气为热源时，沉积在各个隧道式热交换器8内的烟尘由第一台水泵13供给的压力水流清理，经尾管20排入沉淀水池21内，用余蒸汽为热源时，凝结在各个隧道式热交换器8内的凝结水经尾管20排入沉淀水池21内。

下面结合附图3对余热真空抽除系统的动态操作进行描述：

如附图3余热真空抽除系统图所示，通过第一台水柱塞式真空泵2的工作，大抽速的获得真空能量，用其真空能量通过真空罐10、管道9和热能交换系统，大抽速的抽除由锅炉烟道排放的烟气或由电厂汽轮机排放的余蒸汽，达到在保证锅炉或电厂汽轮机正常运行的状况下完成对烟道烟气或余蒸汽的收集工作。

下面结合附图4对隧道式热交换器的动态操作进行描述：

如附图4隧道式热交换器结构图所示，当被余热真空抽除系统抽除的由锅炉烟道排出的烟气或电厂汽轮机排除的余蒸汽，经过进气口35、下容腔40、出气口41流经的过程中，烟气或余蒸汽所载热量便通过多条真空热管32传递给上容腔33中的工作介质液体，用其热量使工作介质液体汽化，产生的工作介质蒸汽由管道29排出，完成将烟道热或余蒸汽的低热能转化成为工作介质蒸汽能的工作。循环使用的工作介质液体由管道34压入上容腔33内，用烟道余热时，沉淀在下容腔40的烟尘由输水管37和水力喷嘴36喷出的压力水流清除后，经出口38排出，用余蒸汽时，凝结在下容腔40的凝结水经出口38排出。

下面结合附图5对热能交换系统的动态操作进行描述：

如附图5热能交换系统图所示，将多个隧道式热交换器8卧式并排的安装在高于沉淀池21水面10.3公尺的公共工作平台22上面，将多个隧道式热交换器8通过烟气或余蒸汽输送管道1与锅炉烟道或电厂汽轮机排气口相连通，将多个隧道式热交换器8通过烟气或余蒸汽的排出管道9与余热真空抽除系统的真空罐相连通，将多个隧道式热交换器8通过工作介质液体输送管道17与工作介质余蒸汽回收系统中的压缩机排出口相连通，再将多个隧道式热交换器8通过的工作介质蒸汽管道7与涡轮机的进入口相连通，将安装在各个隧道式热交换器8底部的尾管20的末端沉入到沉淀池21的水面之下，安装在清水池18上面的第一台水泵13通过管道19与各个隧道式热交换器8内的输水管相连通。这种结构可达到扩大烟气或余蒸汽的交换容积，扩大真空热管的热交换面积，提高余热的利用率，并能降低烟气的流动速度，达到将烟气所携带的烟尘沉积在隧道式热交换器的下容腔内，利用第一台水泵13供给的压力水流将沉积的烟尘通过多条尾管20排放到沉淀池21内，完成收集烟尘的工作。多条尾管20通过沉淀池21内的水，封住大气压入各个隧道式热交换器8内，保证烟气或余蒸汽流经各个隧道式热交换器8的通导能力不受破坏。

下面结合附图6对工作介质余蒸汽回收系统的动态操作进行描述；

如附图6工作介质余蒸汽回收系统图所示，用第二台水柱塞式真空泵2大抽速获得的真空能量，通过真空管道28使真空制冷室3保持真空环境，在这种工况下，当由第二台水泵13将循环水池14中的水压入真空制冷室3并形成扩散开的水流时，在真空环境中水便迅速汽化，产生的水蒸汽及时被第二台水柱塞式真空泵2抽除，由此完成真空制冷的工作，获得冷水由管道泵4经冷水管路43压入冷汽器5内，再经放水管15排入到循环水池14内。在这种工况下，当由进汽口42排入冷汽器5内的工作介质余蒸汽便被冷水冷却，冷却后的工作介质余蒸汽经管道44排入到压缩机16内，由压缩机16压缩为工作介质液体并压力输出，完成工作介质余蒸汽的回收工作。

下面结合附图8对真空获得器的动态操作进行描述：

如附图8真空获得器结构图所示，通过电器控制箱控制，当尾管59下部的第一个电动阀58关闭和给水管53上的第二个电动阀58开启时，这种工况，给水管53开始向真空室61内输水，输入真空室61的水流在其室内形成了水柱塞的工作状况，水柱塞在上升的过程便将真空室61内上部的气体进行压缩，被压缩的气体将其室上部的真空阀62压紧封严，同时将其室上部的排气阀63压开，被压缩的气经排气阀63和排气管49排出，其工况如附图7中a图所示，当输入的水流注满真空室61，完成排出气体的工作时，水位传感器60便向电器控制箱发出电信号，指令关闭给水管53的第二个电动阀58，同时开启尾管59下部的第一个电动阀58，这种工况，真空室61内的水量便通过尾管59排放到循环水池56中，当真空室61的水位在下降的过程便使其室内上部形成真空，这种工况，真空室61上部的排气阀63便被大气压紧封严，被抽除的气体便通过真空管48压开真空阀62进入真空室61内，其工况如附图7中b图所示，当真空室61内的水位下降到离循环水池56的水面的垂直高度小于10.3公尺时，由于大气压力的作用，其室内的水位便停止下降(因为真空室61在真空状态下，大气压力将循环水池56的水通过尾管59压向真空室61的极限高度不高于10.3公尺)，此时真空室61的水便全部排放到循环水池56中(因为真空室61是安装在高于循环水池56水面10.3公尺的真空泵工作平台52上面)，完成获得真空抽除气体的工作。当真空室61内的水位下降到给定的下限位置时，水位传感器60便向电器控制箱发出电信号，指令关闭尾管59上的第一个电动阀58和开启给水管53上的第二个电动阀58，给水管53又开始向真空室61内供水。如此周而复始工作便使真空获得器连续的完成获得真空和压力输出气体的工作。

下面结合附图9对真空制冷器的动态操作进行描述：

如附图9真空制冷器结构图所示，当循环水池56的水温超过所给定的上限温度时，温度传感器57便向电器控制箱发出电信号，指令进入制冷工作程序，开启给水管53上的第一个电动阀58，由给水管53开始向真空室61内输水，水位在真空室61上升的过程，形成水柱塞的工作状况，将其室上部的气体压缩，被压缩的气体将真空阀62压紧封严，同时压开排气阀63将压缩气体排放到大气中，当输水注满真空室61时，便完成排除气体的工作，水位传感器60向电器控制箱发出电信号，指令关闭给水管53上的第一个电动阀58，开启放水管63上的第二个电动阀58和真空管48上的电动真空阀65，这种工况，真空室61内的水便通过放水管63、第二个电动阀58、制冷室64、尾管59排放到循环水池56中，水在流经制冷室64的过程中，经挡水板67多次阻挡，使其水流扩散成众多细水流，真空室61在排放水的过程即是获得真空的过程，获得真空便吸开真空阀62，通过真空管48和电动真空阀65对制冷室64抽气，使制冷室64获得真空环境，这种工况，使在制冷室64形成的众多细水流在真空环境中汽化，完成真空制冷的工作，产生的水蒸气不断的被真空室61获得的真空抽除，其工况如附图7中的图c所示，冷却后的水流排放到循环水池56中，当真空室61内的水位下降到所给定的下降位置时，水位传感器60便向电器控制箱发出电信号，指令关闭电动真空阀65和放水管63上的第二个电动阀58，同时开启给水管53上的第一个电动阀58，给水管53又重复开始向真空室61内输水。这样周而复始的工作，循环水池56的水每流经真空制冷器一次便得到一次冷却。如此连续工作，循环水池56中的水温便开始下降，当水温下降到所给定的下限温度时，温度传感器57便向电器控制箱发出电信号，指令终止制冷工作程序，关闭给水管53和放水管63上的两个电动阀58，同时关闭真空管48上的电动真空阀65，使真空制冷器停止工作。

下面结合附图10对气水分离器的动态操作进行描述：

如附图10气水分离器结构图所示，由真空获得器排放的气体，通过进气管70排入分离室68内，再通过排气管49排出，由压力表69显示压力，排入气体所携带水分被分离滴在分离室68内，当其室内的积水的水位上升到所给定的上限位置时，水位传感器60便向电器控制箱发出电信号，指令开启放水管63上的电动阀58，分离室68内的积水便通过放水管63排放到循环水池56内。当其室内积水水位下降到所给定的下限位置时，水位传感器60便向电器控制箱发出电信号，指令关闭电动阀58，便完成了排放积水的工作。

下面结合附图7、8、9、10对水柱塞式真空泵的动态操作进行概括描述：

如附图7水柱塞式真空泵结构与工作原理图所示，当水泵55通过管路53向a图所示的真空获得器47内输水时，其真空室便完成排除气体的工作；当其真空室将其尾管下部的电动阀开启，同时关闭管路53上的电动阀，将输满其室内的水排放到循环水池56中的过程，便完成了获得真空抽除气体的工作，其工况如b图所示。通过各个真空获得器47中的水位传感器和电器控制箱45的控制，通过使各个真空获得器47在周而复始的交换输水和放水的工作过程，便使水柱塞式真空泵连续的完成获得真空和压力排出气体的工作；当循环水池56的水温上升到所给定的上限温度时，温度传感器57便向电器控制箱45发出电信号，指令真空制冷器46进入制冷工作程序，通过水泵55将循环水池56中的水输入真空制冷器46中的真空室内完成排除气体的工作后，在排放其室内水流经制冷室的过程中，完成真空制冷的工作，冷水排入循环水池56中，由于真空制冷器46连续不断的工作，使循环水池56中的水温开始下降，当水温下降到给定的下限温度时，温度传感器57便向电器控制箱45发出电信号，指令终止制冷工作程序，关闭真空制冷器46上的两个电动阀和电动真空阀，使真空制冷器46停止工作，真空制冷器46周而复始的工作便使循环水池56中的水温控制在所给定的温度范围之内，确保水柱塞式真空泵的工作性能。

本发明具体实施方式有以下特征：

本发明的主要技术特征之一是，本发明是包括两台由多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、水泵、电器控制箱、温度传感器、循环水池、真空泵工作平台等组成的水柱塞式真空泵；包括由第一台水柱塞式真空泵、真空罐、公共工作平台等组成的余热真空抽除系统；包括由多个隧道式热交换器、多条尾管、第一台水泵、多个电动阀、清水池、沉淀池、公共工作平台等组成的热能交换系统；包括由涡轮机、发动机等组成的涡轮机发电机组；包括由第二台水柱塞式真空泵、真空制冷室、冷汽器、管道泵、第二台水泵、压缩机、循环水池、公共工作平台等组成的工作介质余蒸汽回收系统等系统部分，用管道将余热真空抽除系统中真空罐的进气口与热能交换系统中多个隧道式热交换器的余热总排出口相连通，再用管道将热能交换系统中多个隧道式热交换器的余热总进入口与火电厂锅炉烟道口或汽轮机余蒸汽排出口相连通，再利用管道将热能交换系统中多个隧道式热交换器的工作介质蒸汽总排出口与涡轮机的进汽口相连通，再用管道将涡轮机的排汽口与工作介质余蒸汽回收系统中的冷汽器的进汽口相连通，再用管道将工作介质余蒸汽回收系统中压缩机的排出口与热能交换系统中多个隧道式热交换器的工作介质液体总进入口相连通构成。这种结构可实现在不影响锅炉和汽轮机正常运行的状况下，用余热真空抽除系统获得的真空能量，通过热能交换系统抽除烟道烟气或汽轮机余蒸汽工作，被抽除的烟气或余蒸汽在流经热能交换系统的过程中，将其所载热量转化成工作介质蒸汽能量，用工作介质蒸汽能量驱动涡轮机发电机组运行发电。由涡轮机排放的工作介质余蒸汽，通过工作介质余蒸汽回收系统冷却压缩成为工作介质液体后，再压送回热能交换系统循环使用。

本发明的另一主要技术特征是，热能交换系统是由安装在公共工作平台上面的多个隧道式热交换器和工作平台下面的第一台水泵、清水池、沉淀池等组成。这种结构的主要作用是增大烟气热能或余蒸汽热能的交换容积，实现在不影响烟道或汽轮机排放量的工况下，降低烟气或余蒸汽在各个隧道式热交换器内的流动速度，延长热能交换时间，提高热能利用率。由于烟气流动速度的降低可使烟气所携带的烟尘沉积在各个隧道式热交换器内，可通过水泵供给的压力水流，将沉积在各个隧道式热交换器内的烟尘清除后排放到沉淀池内。

本发明的另一主要技术特征是，隧道式热交换器是由金属管道式热交换室、隔离板、多条真空热管、输水管、多个水力喷嘴等组成。隔离板是安装在热交换室的中间位置，多条真空热管通过隔离板垂直的安装在隔离板上面，利用隔离板将热交换室分隔成上下各个独立密闭的容腔。上容腔装置CO₂、氨等低沸点液体工作介质成为工作介质液体蒸发室，两端通过管道与外部相连通一端为工作介质蒸汽排出口，另一端为工作介质液体进入口；下容腔为烟气或余蒸汽通道，两端通过管路与外部相连通，一端为余热进入口，另一端为余热排出口，在下容腔装置一条输水管，在输水管上安装多个水力喷嘴，并在下容腔的底部设置一个漏斗式出口。这种结构的主要作用是增长烟气或余蒸汽流经下容腔的长度，延长热能交换时间。通过多条真空热管将烟气或余蒸汽所载热量迅速的传递给上容腔内的工作介质液体，用其热量使工作介质液体汽化产生工作介质蒸汽，完成将烟道热和余蒸汽热量转化成为工作介质蒸汽能量的工作。沉积在下容腔内的烟尘，利用输水管和多个水力喷嘴喷出的水流清除，经漏斗式的出口排出。

本发明的再一主要技术特征是，余热真空抽除系统是由第一台水柱塞式真空泵、真空罐等组成。利用管道通过热能交换系统与锅炉烟道或汽轮机排气管道相连通。其系统的主要作用是利用第一台水柱塞式真空泵大抽速获得真空能量，通过热能交换系统抽除烟道排放的烟气或汽轮机排放的余蒸汽，实现在不影响锅炉或汽轮机正常运行的工况下，利用烟道余热和余蒸汽热能的目的。

本发明还有一主要技术特征是，工作介质余蒸汽回收系统是由第二台水柱塞式真空泵、真空制冷室、冷汽器、管道泵、第二台水泵、压缩机、循环水池、公共工作平台等组成，第二台水柱塞式真空泵通过真空管和真空制冷室的抽气口相连通，循环水池上面的第二台水泵通过输水管与真空制冷室的进水口相连通。真空制冷室的冷水出口利用管道通过管道泵与冷汽器的冷水进口相连通。冷汽器的乏水出口通过管路伸向循环水池，通过管道将冷汽器下部的工作介质余蒸汽体出口与压缩机进入口相连通。其系统的主要作用是利用第二台水柱塞式真空泵获得的真空能量在真空制冷室内大流量生产冷水。再通过管道泵将其冷水及时供给冷汽器工作，实现将排入冷汽器的工作介质余蒸汽冷却的工作，冷却的工作介质余蒸汽由压缩机压缩成为工作介质液体并压力输出。

本发明的再一主要技术特征是，水柱塞式真空泵是由安装在高于循环水池水面10.3公尺的真空泵工作平台上面的多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、电器控制箱和在工作平台下面的循环水池、水泵、温度传感器等组成。通过管道将各部分相连通，并将多个真空获得器和真空制冷器的尾管末端沉入到循环水池的水面之下，将温度传感器安装在循环水池的的水中。在这种结构中，由于设置了多个真空获得器，所以只要相应的增大水泵的供水量和供水压力，便能实现大抽速的获得真空能量和高压力输气性能；由于设置了真空制冷器，便能达到控制水温度的要求。

本发明的另一主要技术特征是，真空获得器是由真空室、真空阀、排气阀、真空管、排气管、水位传感器、给水管、尾管、两个电动阀等组成。真空室安装在真空泵工作平台上，真空泵工作平台高于下面循环水池的水面10.3公尺。在真空室的上部分别安装真空阀和排气阀，在真空室的内部安装水位传感器，给水管安装在真空室的下部，在给水管上安装第一个电动阀，尾管安装在真空室的底部，在尾管的下端安装第二个电动阀，尾管的末端沉入到循环水池的水面之下。这种结构可通过水位传感器和控制电路，使其给水管路的第一个电动阀和尾管下端的第二个电动阀相互交替的改变工作状况，当开启给水管路的第一个电动阀和关闭尾管下端的第二个电动阀工况下，压力水流开始压入真空室内，使真空室完成压力排出气体的工作；当关闭给水管路的第一个电动阀和开启尾管下端的第二个电动阀工况下，真空室内的水量开始排放，使真空室完成获得真空抽除气体的工作。

本发明的再一主要技术特征是，真空制冷器是由真空室、真空阀、排气阀、真空管、排气管、水位传感器、给水管、放水管、制冷室、多块挡水板、两个电动阀、尾管等组成。真空室安装在真空泵工作平台上，真空泵工作平台高于下面循环水池的水面10.3公尺。真空阀和排气阀分别安装在真空室的上部，水位传感器安装在真空室的内部，给水管安装在真空室的下部，在给水管上安装第一个电动阀，制冷室通过放水管和第二个电动阀安装在真空室的底部，再通过真空管和真空阀将制冷室和与真空室上部的真空阀相连通。尾管安装在真空室的底部，尾管的末端沉入到循环水池的水面之下。这种结构通过水位传感器和控制电路使给水管和放水管上的两个电动阀，在相互交替的改变工作状况下，便能使真空室完成获得真空抽除气体的工作，用其获得的真空能量使流经制冷室排放到循环水池的水流实现真空蒸发，完成冷却水温的工作。

Claims (7)

1.一种工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，包括两台由多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、水泵、电器控制箱、温度传感器、循环水池、真空工作平台组成的水柱塞式真空泵；包括两台水泵；包括一个公共工作平台；包括由第一台水柱塞式真空泵、公共工作平台、真空罐组成的余热真空抽除系统；包括由多个隧道式热交换器、多条尾管、第一台水泵、多个电动阀、清水池、沉淀池、公共工作平台组成的热能交换系统；包括由第二台水柱塞式真空泵、真空制冷器、冷汽器、管道泵、第二台水泵、压缩机、循环水池、公共工作平台组成的工作介质余蒸汽回收系统；包括由涡轮机、发电机、公共工作平台组成的涡轮机发电机组系统，将涡轮机和发电机安装在公共工作平台顶层面上，用管道将热能交换系统中的余热总进入口与火力电厂锅炉烟道排出口或汽轮机余蒸汽排出口相连通，再用管道将热能交换系统中的余热总排出口与余热真空抽除系统中真空罐的进气口相连通，再用管道将热能交换系统中工作介质蒸汽总排出口与涡轮机的进汽口相连通，再用管道将涡轮机的排汽口与工作介质余蒸汽回收系统中的冷汽器的进入口相连通，再用管道将工作介质余蒸汽回收系统中压缩机的排出口与热能交换系统中的工作介质液体总进入口相连通构成一体。

2.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于水柱塞式真空泵是由多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、水泵、电器控制箱、温度传感器、循环水池、真空泵工作平台组成，真空泵工作平台安装在循环水池上面，真空泵工作平台高于循环水池水面10.3公尺，温度传感器安装在循环水池的水中，多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、电器控制箱安装在真空工作平台上面，各个真空获得器和真空制冷器底部尾管末端沉入到循环水池的水面之下，用管道将各个真空获得器的真空抽气口并联为总真空抽气口，再用管道将各个真空获得器的排气口并联为总排气口，并通过管道与气水分离器的进气口相连通，水泵安装在循环水池上面，用管道将水泵排水口与各个真空获得器和真空制冷器的真空室进水管相联通构成一体。

3.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于水柱塞式真空泵的真空获得器是由真空室、真空阀、排气阀、真空管、排气管、水位传感器、给水管、尾管、2个电动阀、真空泵工作平台、循环水池组成，真空室安装在真空泵工作平台上面，真空泵工作平台高于其下面循环水池的水面10.3公尺，真空阀和排气阀分别安装在真空室的上部，水位传感器安装在真空室的内部，尾管安装在真空室的底部，第一个电动阀安装在尾管的下部，尾管末端沉入到循环水池的水面之下，给水管安装在真空室的下部，第二个电动阀安装在给水管道上。

4.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于水柱塞式真空泵的真空制冷器是由真空室、真空阀、排气阀、真空管、排气管、水位传感器、给水管、放水管、2个电动阀、制冷室、多块挡水板、尾管、真空泵工作平台组成，真空室安装在真空泵工作平台上面，真空泵工作平台高于其下面循环水池的水面10.3公尺，真空阀和排气阀分别安装在真空室的上部，水位传感器安装在真空室的内部，给水管安装在真空室的下部，在给水管的上安装第一个电动阀，制冷室通过放水管和第二个电动阀安装在真空室的底部，在制冷室的内部分层安装多个挡水板，尾管安装在制冷室的底部，尾管末端沉入到循环水池的水面之下，制冷室的上部通过管道和真空阀与真空室相连通。

5.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于热能交换系统是将多个隧道式热交换器卧式并排安装在公共工作平台上面，沉淀池和清水池设置在公共工作平台的下面，公共工作平台高于沉淀池水面10.3公尺，将各个隧道式热交换器底部安装的尾管末端沉入到沉淀水池的水面之下，每个隧道式热交换器的下部容腔是烟道气或余蒸汽的通道，用管道将各个隧道式热交换器下部容腔的进入口并联成为余热总进入口，再用管道将各个隧道式热交换器下部容腔的排出口并联成为余热总排出口，每个隧道式热交换器的上部容腔装置CO₂、异丁烷、正丁烷、丙烷、或者氨成为工作介质汽化室，用管道将各个隧道式热交换器上部容腔工作介质液体进入口并联成为工作介质液体总进入口，再用管道将各个隧道式热交换器上部容腔的工作介质蒸汽排出口并联成为工作介质蒸汽总排出口，第一台水泵安装在清水池上面，通过管道将第一台水泵的排水口与各个隧道式热交换器下部容腔内的输水管相连通构成一体。

6.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于热能交换系统的隧道式热交换器是由金属管道式热交换室、隔离板、多条真空热管、输水管、多个水力喷嘴组成，隔离板是安装在金属管道式热交换室的中间位置，利用隔离板将金属管道式热交换室分隔成上下两个各自独立密闭的容腔，多条真空热管通过隔离板垂直的安装在隔离板上，真空热管的上端伸向上容腔，下端伸向下容腔，上容腔装置CO₂、异丁烷、正丁烷、丙烷、或者氨工作介质，成为工作介质液体汽化室，上容腔的两端通过管道与外部相连通，一端为工作介质蒸汽排出口，另一端为工作介质液体输入口，下容腔的两端通过管道与外部相连通，一端为余热进入口，另一端为余热排出口，使下容腔成为烟气或余蒸汽的通道，在下容腔内装置一条输水管道，在输水管道上安装多个水力喷嘴，在下容腔的底部设置一个漏斗式出口，在漏斗式出口下面安装一条尾管。

7、根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于工作介质余蒸汽回收系统是将真空制冷器、冷汽器安装在公共工作平台上面，循环水池设置在公共工作平台的下面，第二台水泵安装在循环水池上面，通过管道将第二台水泵的排水口和真空制冷器的进水口相连通，再通过管道和管道泵将真空制冷器的冷水排出口与冷汽器冷水进入口相连通，再通过管道将冷汽器的乏水排出口与循环水池相连通，再通过管道将冷汽器的工作介质余蒸汽的排出口与压缩机的进汽口相连通，再通过管道将第二台水柱塞式真空泵的总真空抽汽口与真空制冷器的真空抽汽口相连通构成一体。

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