CN103670556A - 一种双工质循环余热发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双工质循环余热发电系统，包括驱动发电机的汽轮机，以及与汽轮机共轴连接的低沸点工质透平；汽轮机由余热锅炉产生的蒸汽驱动，在余热锅炉产生的蒸汽输送至汽轮机膨胀做功后，排汽通过管道依次流经工质蒸发器和工质加热器进行热交换，放热凝结成液体，经水泵再回到余热锅炉被加热成蒸汽；低沸点工质透平由工质气体驱动，工质液体依次流经工质加热器和工质蒸发器，吸热蒸发成工质气体，进入低沸点工质透平膨胀做功，做功后的工质气体排气通过回热器放热。本发明通过对双工质循环进行合理的设计，通过多次换热处理，能够充分的将蒸汽循环过程中产生的排汽余热作为低沸点工质循环过程的热源来利用，可大幅度提高余热利用效率。
Description
技术领域
本发明属于余热利于技术领域，涉及一种双工质循环余热发电系统。
背景技术
在工业过程中，为了有效地利用烟气或其他气源的余热以节约能源，常规的余热利用是通过单一的余热锅炉加热水产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机膨胀做功推动叶轮旋转，从而带动发电机发电。常规的蒸汽循环只有30%左右的热能转变为电能，而其中70%的热量在蒸汽凝结中被凝汽器的循环冷却水带走，余热利用效率不高。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种双工质循环余热发电系统，包含水循环和低沸点工质循环两种工质的循环，能大幅度提高余热利用率。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种双工质循环余热发电系统，包括驱动发电机的汽轮机，以及与汽轮机共轴连接的低沸点工质透平；
汽轮机由余热锅炉产生的蒸汽驱动，在余热锅炉产生的蒸汽输送至汽轮机膨胀做功后，排汽通过管道依次流经工质蒸发器和工质加热器进行热交换，放热凝结成液体，经水泵再回到余热锅炉被加热成蒸汽；
低沸点工质透平由工质气体驱动，工质液体依次流经工质加热器和工质蒸发器，吸热蒸发成工质气体，进入低沸点工质透平膨胀做功，做功后的工质气体排气通过回热器放热，进入冷凝器凝结为工质液体，经工质泵加压后再通过回热器吸热，回到工质加热器。
所述的汽轮机、低沸点工质透平共同驱动的发电机替换为泵或风机。
所述的余热锅炉为带有补燃系统的余热锅炉，包括省煤器、水箱、蒸发器、补燃燃烧器和第一锅筒，通过的水流方向与余热烟气通过方向相反，经蒸发器产生的汽水混合物进入第一锅筒后，蒸汽进入汽轮机做功，水经过循环泵回到水箱。
所述的水箱还分出热水经过管道对工质蒸发器对工质液体进行加热，工质蒸发器排出的水进入工质加热器预热工质液体，工质加热器排出的水再经过水泵、省煤器回到水箱。
所述的水箱通过管道与工质蒸发器相连，管道上设有调节门来控制进入工质蒸发器中热水的流量。
所述的余热锅炉在加热时，余热气体与来自补燃燃烧器的高温烟气相混合进入余热锅炉，依次流经蒸发器和省煤器进行放热，待其温度降低后排出。
所述驱动汽轮机的蒸汽的水循环为：
水经过水泵后在省煤器被预热后进入水箱，水箱中的水部分进入蒸发器产生汽水混合物进入第一锅筒，汽水分离后，水经过循环泵回到水箱，蒸汽进入汽轮机膨胀做功，排汽进入工质蒸发器进行热交换，加热工质液体放热后变成水，同时来自水箱的部分水经过调节门后进入工质蒸发器也对工质液体进行加热，工质蒸发器排出的水进入工质加热器预热工质液体，工质加热器排出的水再经过水泵回到省煤器；
驱动低沸点工质透平的工质循环为：
工质液体经工质泵加压，通过回热器进行吸热，再进入工质加热器预热后，进入工质蒸发器变为气态进入第二锅筒，来自第二锅筒的工质气体进入低沸点工质透平膨胀做功，透平排气通过回热器放热，进入凝汽器凝结为工质液体，通过工质泵进入到回热器。
所述在透平排气进入回热器时，通过回热器进行换热，加热通过工质泵进入的工质液体。
所述的工质液体为低沸点工质，常压下其沸点为-27.07℃～14.9℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的双工质循环余热发电系统，采用蒸汽和低沸点工质的双工质进行发电系统，通过对双工质循环进行合理的设计，通过多次换热处理，能够充分的将蒸汽循环过程中产生的排汽余热作为低沸点工质循环过程的热源来利用，可大幅度提高余热利用效率。
本发明提供的双工质循环余热发电系统，其两种工质的循环设计巧妙，能够实现多次换热：
所述的水循环过程是：水在水泵中被加压后，进入余热锅炉的省煤器被烟气或其它气源加热，然后进入水箱，部分水箱的水进入蒸发器中被高温烟气或其它气源加热后进入锅筒，部分水变为蒸汽进入汽轮机中膨胀做功，驱动发电机发电或者其他设备转动。未变为蒸汽的水在循环泵的作用下回到水箱。汽轮机排汽进入工质蒸发器与部分来自水箱的水加热低沸点工质，蒸汽放热变为液态的水，水在工质加热器中预热低沸点工质，水的温度继续降低，然后流经水泵，进入余热锅炉，在省煤器中被低温烟气或其它气源预热，然后进入水箱和蒸发器，从而形成了水循环。
由于水循环过程中的汽轮机排汽仍具有一定的热量，因此将排汽引入低沸点工质循环系统中进行二次换热利用，提高能源利用效率。汽轮机排汽依次通过工质蒸发器和工质加热器，放热后凝结成液态，经水泵加压又回到余热锅炉中继续循环；而且水箱中的热水对循环工质同时进行加热，保证了循环工质的气化。
所述的低沸点工质循环过程是：低沸点工质经工质泵提升压力后，进入工质加热器被水预热，然后进入工质蒸发器继续加热进入锅筒，低沸点工质气体从锅筒出来后，进入低沸点工质透平膨胀做功，驱动发电机发电或者其他设备转动。做功后的排气通过回热器放热，进入冷凝器后变为液体，经工质泵加压后再通过回热器吸热，进入工质加热器继续循环，形成低沸点工质循环。
所述的回热器能够提高循环热效率：低沸点工质透平排气通过回热器进行换热，使温度降低，减少凝汽器中被循环冷却水所带走的热量，同时凝结加压后的工质液体再通过回热器吸热，提高工质液体的温度，减少工质液体在蒸发器中的吸热量，提高循环热效率和热经济性。
本发明提供的双工质循环余热发电系统，能够充分对余热进行利用：来自工业过程中的烟气或其它气源的余热在进入余热锅炉本体之前，与来自补燃燃烧器的高温烟气或其它气源相混合，混合烟气或其它其他进入锅炉本体之后，依次流经蒸发器和省煤器进行放热，其温度降低，最后将其排出。
附图说明
图1为本发明的双工质循环余热发电系统示意图。
其中，1.水泵，2.省煤器，3.水箱，4.蒸发器，5.第一锅筒，6.循环泵，7.汽轮机，8.发电机，9.调节门，10.工质蒸发器，11.工质加热器，12.工质泵，13.第二锅筒，14.低沸点工质透平，15.凝汽器，16.回热器。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，本发明提供的双工质循环余热发电系统，包括驱动发电机8的汽轮机7，以及与汽轮机7共轴连接的低沸点工质透平14；
汽轮机7由余热锅炉产生的蒸汽驱动，在余热锅炉产生的蒸汽输送至汽轮机7膨胀做功后，排汽通过管道依次流经工质蒸发器10和工质加热器11进行热交换，放热凝结成液体，经水泵1再回到余热锅炉被加热成蒸汽；
低沸点工质透平14由工质气体驱动，工质液体依次流经工质加热器11和工质蒸发器10，吸热蒸发成工质气体，进入低沸点工质透平14膨胀做功，做功后的工质气体排气通过回热器16放热，进入冷凝器15凝结为工质液体，经工质泵12加压后再通过回热器16吸热，回到工质加热器11。
所述的双工质为水和低沸点工质，所所述的低沸点工质包括：R245fa常压沸点为14.9℃，R134a常压沸点为－27.07℃。而所述的汽轮机7、低沸点工质透平14共同驱动的发电机8可以替换为其他负载，比如泵或风机。
具体的，水经过水泵1后在省煤器2被低温烟气或其它气体预热后进入水箱3，然后部分水进入蒸发器4产生汽水混合物进入第一锅筒5，水经过循环泵6回到水箱3，蒸汽进入汽轮机7膨胀做功带动发电机8发电，排汽进入工质蒸发器10加热低沸点工质后变成水，同时来自水箱3的部分水经过调节门9后进入工质蒸发器10也对低沸点工质进行加热，工质蒸发器10排出的水进入工质加热器11预热低沸点工质，然后经过水泵1加压，形成完整的水循环。
来自锅筒13的工质气体进入低沸点工质透平14膨胀做功带动发电机8发电，透平排气通过回热器16放热，进入凝汽器15凝结为液态，经工质泵12加压，再通过回热器16进行吸热，进入工质加热器11预热后，进入工质蒸发器10变为气态进入第二锅筒13，形成完整的低沸点工质循环。
在水循环过程中，水在水泵中被加压后，进入余热锅炉的省煤器被烟气或其它气源加热，然后进入水箱，部分水箱的水进入蒸发器中被高温烟气或其它气源加热后进入锅筒，部分水变为蒸汽进入汽轮机中膨胀做功，驱动发电机发电或者其他设备转动。未变为蒸汽的水在循环泵的作用下回到水箱。汽轮机排汽进入工质蒸发器与部分来自水箱的水加热低沸点工质，蒸汽放热变为液态的水，水在工质加热器中预热低沸点工质，水的温度继续降低，然后流经水泵，进入余热锅炉，在省煤器中被低温烟气或其它气源预热，然后进入水箱和蒸发器，从而形成了水循环。
由于水循环过程中的汽轮机排汽仍具有一定的热量，因此将排汽引入低沸点工质循环系统中进行二次换热利用，提高能源利用效率。汽轮机排汽依次通过工质蒸发器和工质加热器，放热后凝结成液态，经水泵加压又回到余热锅炉中继续循环。
在低沸点工质循环过程中，低沸点工质经工质泵提升压力后，进入工质加热器被水预热，然后进入工质蒸发器继续加热进入锅筒，低沸点工质气体从锅筒出来后，进入低沸点工质透平膨胀做功，驱动发电机发电或者其他设备转动。做功后的排气通过回热器放热，进入冷凝器后变为液体，经工质泵加压后再通过回热器吸热，进入工质加热器继续循环，形成低沸点工质循环。
所述的回热器主要作用：低沸点工质透平排气通过回热器进行换热，使温度降低，减少凝汽器中被循环冷却水所带走的热量，同时凝结加压后的工质液体再通过回热器吸热，提高工质液体的温度，减少工质液体在蒸发器中的吸热量，提高循环热效率和热经济性。
Claims (9)
1.一种双工质循环余热发电系统，其特征在于，包括驱动发电机（8）的汽轮机（7），以及与汽轮机（7）共轴连接的低沸点工质透平（14）；
汽轮机（7）由余热锅炉产生的蒸汽驱动，在余热锅炉产生的蒸汽输送至汽轮机（7）膨胀做功后，排汽通过管道依次流经工质蒸发器（10）和工质加热器（11）进行热交换，放热凝结成液体，经水泵（1）再回到余热锅炉被加热成蒸汽；
低沸点工质透平（14）由工质气体驱动，工质液体依次流经工质加热器（11）和工质蒸发器（10），吸热蒸发成工质气体，进入低沸点工质透平（14）膨胀做功，做功后的工质气体排气通过回热器（16）放热，进入冷凝器（15）凝结为工质液体，经工质泵（12）加压后再通过回热器（16）吸热，回到工质加热器（11）。
2.如权利要求1所述的双工质循环余热发电系统，其特征在于，所述的汽轮机（7）、低沸点工质透平（14）共同驱动的发电机（8）替换为泵或风机。
3.如权利要求1所述的双工质循环余热发电系统，其特征在于，所述的余热锅炉为带有补燃系统的余热锅炉，包括省煤器（2）、水箱（3）、蒸发器（4）、补燃燃烧器和第一锅筒（5），通过的水流方向与余热烟气通过方向相反，经蒸发器（4）产生的汽水混合物进入第一锅筒（5）后，蒸汽进入汽轮机（7）做功，水经过循环泵（6）回到水箱（3）。
4.如权利要求3所述的双工质循环余热发电系统，其特征在于，所述的水箱（3）还分出热水经过管道对工质蒸发器（10）对工质液体进行加热，工质蒸发器（10）排出的水进入工质加热器（11）预热工质液体，工质加热器（11）排出的水再经过水泵（1）、省煤器（2）回到水箱（3）。
5.如权利要求4所述的双工质循环余热发电系统，其特征在于，所述的水箱（3）通过管道与工质蒸发器（10）相连，管道上设有调节门（9）来控制进入工质蒸发器（10）中热水的流量。
6.如权利要求3所述的双工质循环余热发电系统，其特征在于，所述的余热锅炉在加热时，余热气体与来自补燃燃烧器的高温烟气相混合进入余热锅炉，依次流经蒸发器（4）和省煤器（2）进行放热，待其温度降低后排出。
7.如权利要求1-6任何一项所述的双工质循环余热发电系统，其特征在于，驱动汽轮机（7）的蒸汽的水循环为：
水经过水泵（1）后在省煤器（2）被预热后进入水箱（3），水箱（3）中的水部分进入蒸发器（4）产生汽水混合物进入第一锅筒（5），汽水分离后，水经过循环泵（6）回到水箱（3），蒸汽进入汽轮机（7）膨胀做功，排汽进入工质蒸发器（10）进行热交换，加热工质液体放热后变成水，同时来自水箱（3）的部分水经过调节门（9）后进入工质蒸发器（10）也对工质液体进行加热，工质蒸发器（10）排出的水进入工质加热器（11）预热工质液体，工质加热器（11）排出的水再经过水泵（1）回到省煤器（2）；
驱动低沸点工质透平（14）的工质循环为：
工质液体经工质泵（12）加压，通过回热器（16）进行吸热，再进入工质加热器（11）预热后，进入工质蒸发器（10）变为气态进入第二锅筒（13），来自第二锅筒（13）的工质气体进入低沸点工质透平（14）膨胀做功，透平排气通过回热器（16）放热，进入凝汽器（15）凝结为工质液体，通过工质泵（12）进入到回热器（16）。
8.如权利要求7所述的双工质循环余热发电系统，其特征在于，在透平排气进入回热器（16）时，通过回热器（16）进行换热，加热通过工质泵（12）进入的工质液体。
9.如权利要求7所述的双工质循环余热发电系统，其特征在于，所述的工质液体为低沸点工质，常压下其沸点为-27.07℃～14.9℃。
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