CN104265388A - 一种蓄能型余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄能型余热回收系统，包括满液式蒸发器、过热器、膨胀机、回热器、冷凝器、工质泵和发电机；余热管路出口通过第一管路分流器分为三路，第一路连接至过热器的管程，第二路连接至蒸发器的管程，第三路连接至第二分流器形成过热器管程的旁路，第二分流器连接废气排放管和蒸发器管程出口；自蒸发器壳程依次经过过热器壳程、膨胀机、回热器管程、冷凝器管程、工质泵、回热器壳程至蒸发器壳程形成工质循环回路；冷凝器壳程通入冷源；蒸发器壳程出口通过一背压阀连接至过热器壳程进口；膨胀机与发电机同轴相连。热源热流量波动时，通过调节蒸发器背压和工质蓄能，达到削弱该波动对热回收系统冲击、延长余热回收时间、提高余热回收总量的目的。

Description

一种蓄能型余热回收系统
技术领域
本发明属于余热利用技术，具体涉及一种将余热转化为电能的系统及蓄能式蒸发器。
背景技术
现有余热回收系统，如公开号为CN103983036A，其公开日为2014年8月13日的中国发明专利申请中公开的一种用于内燃机余热回收的CO2循环多联产系统，是以CO2为工质，以内燃机余热为能量来源，通过集成跨临界CO2制冷循环和超临界CO2动力循环实现冷、热、电联产。经中压冷却器降温后的超临界CO2气体被分成两路，一路进入制冷回路，先经膨胀机或节流阀降压发生相变，产生的低温CO2液体用于降低环境温度；另一路进入动力回路，先通过高压压缩机增压并吸收内燃机余热，然后进入动力透平膨胀做功，驱动系统自身的压缩机，多余的功用于发电。
公开号为CN103994667A，公开日为2014年8月20日的中国发明专利申请公开了一种轧钢加热炉余热回收系统，包括主烟道，在主烟道内沿烟气流向依次设置二级蒸发器、二级空气换热器、一级蒸发器、一级空气换热器；一级空气换热器设置有冷空气入口，并通过管路与设置有热空气出口的二级空气换热器串联；一级蒸发器设置有水源入口，并通过管路与设置有汽水混合物出口的二级蒸发器串联；主烟道外侧与二级蒸发器并列处设置有用于调节通过二级空气换热器烟气量的辅助烟道，辅助烟道内沿烟气流向依次设置有辅助烟道蒸发器、辅助烟道闸板。本发明通过在主烟道内设置两级蒸发器，有效增加蒸汽受热面积；通过交错布置空气换热器和蒸发器，并将一级空气换热器置于主烟道最尾端，这样的排布方式保证了换热时的温差，有效提高换热效率。主要在于提高系统传热性能和能量梯级利用，虽然能达到提高热效率的目的，但未考虑余热回收系统本身稳定性方面的问题。
公开号为CN103994683A，其公开日为2014年8月20日的中国发明专利申请中公开了一种高温烟气余热回收利用和储存装置及方法，其中的储热室箱体内部空隙填充有相变储热材料，高温烟气进入储热室箱体内，与传热流体进行换热，同时，相变储热材料以相变潜热的方式存储热量，并与传热流体热交换，冷却后结晶为固态并放出相变潜热。是利用相变储热技术削弱热源波动，但其具有体积大、造价高、结构复杂的缺陷，难以制造出结构紧凑的余热回收系统。
发明内容
蒸发器是朗肯循环回收余热的重要组件，由于实际余热热源热流量多呈现阶跃性变化，因此，针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种蓄能型余热回收系统，采用由余热驱动的有机朗肯循环系统，采用可变出口压力的蒸发器作为换热和蓄热组件，根据余热热流量调节蒸发器出口压力，提高热回收质量。其中，将满液式蒸发器内存储的工质用于蓄能，以弥补尾气热流量不足时造成的系统波动和停机，从而可以保证系统的稳定运行。同时可延长余热回收时间，使得热回收总量增加。此外，蒸发器代替了储液罐，简化了系统。
为解决上述技术问题，本发明一种蓄能型余热回收系统采用的技术方案为：该系统包括蒸发器、过热器、膨胀机、回热器、冷凝器、工质泵和发电机，所述蒸发器为满液式蒸发器；所述过热器的管程出口处连接有第一管路分流器，所述蒸发器的管程出口连接至所述第一管路分流器，所述第一管路分流器上连接有废气排放管；余热管路的进口连接至热源，余热管路的出口通过第一管路分流器分为三路，第一路连接至所述过热器的管程，第二路连接至所述蒸发器的管程，第三路连接至第二分流器形成一过热器管程的旁路；自所述蒸发器的壳程依次经过过热器的壳程、膨胀机、回热器的管程、冷凝器的管程、工质泵回热器的壳程至所述蒸发器的壳程形成一工质循环回路；所述冷凝器的壳程进出口之间连接有提供冷源的设施；所述蒸发器的壳程出口通过一背压阀连接至过热器的壳程进口；所述膨胀机与所述发电机同轴相连。
进一步讲，将本发明用于汽车尾气余热回收时，所述热源为车辆内燃机的尾气余热，所述废气排放管上设有尾气三元催化器，所述冷源由风机盘管提供。
将本发明用于锅炉烟气余热回收时，所述热源为锅炉烟气余热，所述冷源由冷却塔提供。
本发明一种蓄能型余热回收系统中，工质循环回路中的工质为乙醇。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
当余热热源热流量波动时，本发明余热回收系统通过调节蒸发器背压和工质蓄能，达到削弱该波动对余热回收系统的冲击，同时延长余热回收时间、提高余热回收总量的目的。
附图说明
图1是本发明一种蓄能型余热回收系统示意图；
图2是本发明用于汽车尾气余热回收时的系统示意图；
图3是本发明用于锅炉烟气余热回收时的系统示意图；
图4是本发明余热回收系统循环工况温熵图。
图中：1-第一管路分流器，2-背压阀，3-蒸发器，4-过热器，5-第一管路分流器，6-冷凝器，7-工质泵，8-回热器，9-膨胀机，10-发电机，11-车辆内燃机，12-风机盘管，13-尾气三元催化器，14-冷却塔,15-锅炉.
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
如图1所示，本发明一种蓄能型余热回收系统，包括蒸发器3、过热器4、膨胀机9、回热器8、冷凝器6、工质泵7和发电机10，所述蒸发器为满液式蒸发器；所述过热器4的管程出口处连接有第一管路分流器5，所述蒸发器3的管程出口连接至所述第一管路分流器5，所述第一管路分流器5上连接有废气排放管，所述膨胀机9与所述发电机10同轴相连。
余热管路的进口连接至热源，余热管路的出口通过第一管路分流器1分为三路：其中，第一路连接至所述过热器4的管程，第二路连接至所述蒸发器3的管程，第三路连接至第二分流器5形成一过热器4管程的旁路，该旁路可实现：当过热器4内无工质流过时，第二管路分流器1不会将余热管路的余热流体分流至过热器4。
如图1所示，有关装置的连接关系是：自所述蒸发器3的壳程依次经过过热器4的壳程、膨胀机9、回热器8的管程、冷凝器6的管程、工质泵7回热器8的壳程至所述蒸发器3的壳程，从而形成一工质循环回路，本发明中的工质为乙醇或氨水；所述冷凝器的壳程进出口之间连接有提供冷源的设施。
所述蒸发器3的壳程出口通过一背压阀2连接至过热器4的壳程进口，当余热流体的热流量不足时，调低背压阀2的压力，使蒸发器3内的工质继续汽化。
将本发明用于汽车尾气余热回收时，所述热源为车辆内燃机11的尾气余热，所述废气排放管上设有尾气三元催化器13，所述冷源由一风机盘管12提供。
将本发明用于锅炉烟气余热回收时，所述热源为锅炉15烟气余热，所述冷源由一冷却塔14提供。
本发明一种蓄能型余热回收系统的工作原理为：
余热流体分别流入蒸发器3和过热器4与工质换热后流出。工质在蒸发器3中吸收余热汽化(如图4状态7)，当蒸发器3内压力高于背压阀2设定压力时，工质蒸汽流出蒸发器3，进入过热器4继续吸收余热(如图4状态1)，后流出过热器4进入膨胀机8做功，带动与膨胀机8同轴的发电机9发电。工质乏汽(如图4状态2)流出膨胀机8后进入回热器7预热工质泵6加压后的工质(如图4状态3、状态6)，最后进入冷凝器5放热(如图4状态4)，再经过工质泵6加压后(如图4状态5)进入回热器7与膨胀机8与乏汽换热后进入蒸发器3，完成一个热力循环。当热源热流量下降至不足以将蒸发器3出口压力升至背压阀2设定压力时，调低背压阀压力2。使得蒸发器3内工质汽化，流入过热器4(如图4状态1’)启动上述热力循环，继续做功发电。
以下结合附图通过实例例对本发明原理与系统做进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而非限定性的，不此限定本发明的保护范围。
本发明蓄能型余热回收系统用于汽车尾气余热回收时，其构成和连接关系如图2所示，由车辆内燃机11排出的尾气分别经蒸发器3的管程和过热器4的管程组成各自的一个通路；由蒸发器3的壳程、过热器4的壳程、膨胀机9、回热器8的管程、冷凝器6的管程、工质泵7、回热器8的壳程返回至蒸发器3的壳程组成一个工质循环回路，其中的工质为乙醇。发电机10与膨胀机9同轴。本发明余热回收系统运行时，燃料在内燃机11中燃烧后，尾气经第二管路分流器1分别进入蒸发器3的管程和过热器4的管程，与两者壳程内的工质进行换热，在过热器4后汇合流入尾气三元催化器13进行催化处理，最后经废气排放管排出。内燃机11排气，首先经第二管路分流器1流入蒸发器3，背压阀2压力设定为0.43MPa，蒸发器3壳程内的工质汽化，当期压力高于0.43MPa时，工质流出蒸发器3，流入过热器4，此时控制第一管路分流器5使尾气流入过热器4，工质在过热器4中进一步被加热到过热状态后流入膨胀机9，做功后的乏汽流入回热器8与工质泵7升压后的工质换热后流入冷凝器6放热，至此完成一个循环。当汽车因为路况等原因减速或停车，导致内燃机排气热流量下降，蒸发器3出口压力无法达到0.43MPa时，降低背压阀设定压力至0.22MPa。蒸发器3内的工质则汽化，继续上述循环，维持余热回收系统运行。冷凝器管程连接风机盘管12，冷却流体采用防冻液，作为余热回收系统的的冷源。
本发明蓄能型余热回收系用于锅炉烟气余热回收时，其构成和连接关系如图3所示，由锅炉15排出的烟气分别经蒸发器3的管程、过热器4的管程组成各自的一个通路；由蒸发器3的壳程、过热器4的壳程、膨胀机9、回热器8管程、冷凝器6的管程、工质泵7、回热器8的壳程组成一个工质循环回路，其中的工质为乙醇。发电机10与膨胀机9同轴。本发明月回收系统运行时，燃料在锅炉15中燃烧后，烟气经第二管路分流器1分别进入蒸发器3的管程和过热器4的管程，与两者壳程内的工质进行换热，在过热器4后汇合排出。锅炉15排出的烟气首先经第二管路分流器1流入蒸发器3，背压阀2压力设定为0.43MPa，蒸发器3的壳程内的工质汽化，当期压力高于0.43MPa时工质流出蒸发器3，流入过热器4，此时，控制第一挂炉分流器5使烟气流入过热器4，工质在过热器4中进一步被加热到过热状态后流入膨胀机9，做功后的乏汽流入回热器8与工质泵7升压后的工质换热后流入冷凝器6放热，至此完成一个循环。当锅炉15因为运行需要改变工况，造成烟气热流量下降，蒸发器3出口压力无法达到0.43MPa时，降低背压阀设定压力至0.22MPa。蒸发器3内工质则汽化，继续上述循环，维持余热回收系统运行。冷凝器管程连接冷却塔14，冷却流体为水，作为余热回收系统的的冷源。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种蓄能型余热回收系统，包括蒸发器(3)、过热器(4)、膨胀机(9)、回热器(8)、冷凝器(6)、工质泵(7)和发电机(10)，其特征在于：
所述蒸发器为满液式蒸发器；
所述过热器(4)的管程出口处连接有第一管路分流器(5)，所述蒸发器(3)的管程出口连接至所述第一管路分流器(5)，所述第一管路分流器(5)上连接有废气排放管；
余热管路的进口连接至热源，余热管路的出口通过第一管路分流器(1)分为三路，第一路连接至所述过热器(4)的管程，第二路连接至所述蒸发器(3)的管程，第三路连接至第二分流器(5)形成一过热器(4)管程的旁路；
自所述蒸发器(3)的壳程依次经过过热器(4)的壳程、膨胀机(9)、回热器(8)的管程、冷凝器(6)的管程、工质泵(7)回热器(8)的壳程至所述蒸发器(3)的壳程形成一工质循环回路；所述冷凝器的壳程进出口之间连接有提供冷源的设施；
所述蒸发器(3)的壳程出口通过一背压阀(2)连接至过热器(4)的壳程进口；
所述膨胀机(9)与所述发电机(10)同轴相连。
2.根据权利要求1所述的一种蓄能型余热回收系统，其特征在于，所述热源为车辆内燃机(11)的尾气余热，所述废气排放管上设有尾气三元催化器(13)，所述冷源由一风机盘管(12)提供。
3.根据权利要求1所述的一种蓄能型余热回收系统，其特征在于，所述热源为锅炉(15)烟气余热，所述冷源由一冷却塔(14)提供。
4.根据权利要求1所述的一种蓄能型余热回收系统，其特征在于，工质循环回路中的工质为乙醇。
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