CN104265390A - 一种具备废热回收功能的双工质循环发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有废热回收功能的双工质循环发电系统，包括：蒸汽发生器、膨胀机、发电机、系统冷凝器、工质泵和废热回收装置；蒸汽发生器，用于通过废热对工质进行加热，将工质变为高压蒸汽进入膨胀机；膨胀机，用于在高压蒸汽的驱动下工作；发电机，与膨胀机同轴连接，在膨胀机的驱动下发电；系统冷凝器，用于将膨胀机排出的低压蒸汽工质冷却为液态工质；工质泵，用于将从系统冷凝器排出的液态工质输送至蒸汽发生器；废热回收装置，用于接收从蒸汽发生器排出的废热，利用内部水溶液的沸点上升来回收废热。利用水溶液沸点上升的原理就可以实现热量从低温部分向高温部分转移。本实施例中就是利用这个原理来进一步利用废热。

Description

一种具备废热回收功能的双工质循环发电系统

技术领域

本发明涉及利用废热发电技术领域，特别涉及一种具有废热回收功能的双工质循环发电系统。

背景技术

目前，将工厂中的废热进行利用的双工质循环发电系统已经比较常见，例如，利用烟气排放的废热、热水排放的废热、地热等，使低沸点的工质蒸发，以驱动膨胀机及发电机发电。

参见图1，该图为现有技术中的双工质循环发电系统示意图。

图1中的标号代表的意义如下：

1、蒸汽发生器；2、膨胀机；3、发电机；4、系统冷凝器；5、冷却塔；6、冷却水泵；7、工质泵。

废热w1进入蒸汽发生器1，废热w1对工质进行加热。被加热后的工质成为高温高压的蒸汽。高温高压的蒸汽到达膨胀机2，通过压差驱动膨胀机2工作，同时驱动与膨胀机2同轴连接的发电机3进行发电。

从膨胀机2出来的低压蒸汽的工质进入系统冷凝器4，冷却水泵6将冷却塔5中的冷却介质w2输送到系统冷凝器4。从图1中可以看出，冷却塔5与系统冷凝器4之间需要通过冷却水配管连接。

低压蒸汽的工质在系统冷凝器4中被冷却介质w2冷却成为液态工质。从系统冷凝器4出来的液态工质通过工质泵7被送往蒸汽发生器1，至此一个循环结束。

现有技术中，利用废热w1加热工质后，从蒸汽发生器1排出的低温废热一般没有被有效利用，直接释放掉了。

因此，本领域技术人员需要提供一种具有废热回收功能的双工质循环发电系统，能够有效利用蒸汽发生器排出的废热，从而提高整个发电系统的工作效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有废热回收功能的双工质循环发电系统，能够有效利用蒸汽发生器排出的低温废热，提高整个发电系统的工作效率。

本发明实施例提供一种具有废热回收功能的双工质循环发电系统，包括：蒸汽发生器、膨胀机、发电机、系统冷凝器、工质泵和废热回收装置；

所述蒸汽发生器，用于通过废热对工质进行加热，将所述工质变为高压蒸汽进入所述膨胀机；

所述膨胀机，用于在所述高压蒸汽的驱动下工作；

所述发电机，与所述膨胀机同轴连接，在所述膨胀机的驱动下发电；

所述系统冷凝器，用于将所述膨胀机排出的低压蒸汽工质冷却为液态工质；

所述工质泵，用于将从所述系统冷凝器排出的液态工质输送至所述蒸汽发生器；

所述废热回收装置，用于接收从所述蒸汽发生器排出的废热，利用内部水溶液的沸点上升来回收废热。

优选地，所述废热回收装置包括：通过所述废热加热的再生器、冷却所述废热的蒸发器、制取温水的吸收器和冷凝器；

所述蒸汽发生器排出的废热串联从所述再生器进入所述蒸发器；

所述温水由所述吸收器进入所述冷凝器，或，所述温水由所述冷凝器进入所述吸收器。

优选地，所述废热回收装置还包括：温水换热器；

所述再生器排出的废热进入所述温水换热器的加热端；所述温水换热器排出的废热经过所述蒸发器流出；

所述冷凝器或吸收器出来的温水进入所述温水换热器的被加热端。

优选地，所述工质泵排出的液态工质经过所述废热回收装置中的所述吸收器、冷凝器或温水换热器加热后再被送往所述蒸汽发生器。

优选地，还包括：设置在所述工质泵与所述蒸汽发生器之间的预热换热器；

在所述预热换热器与所述吸收器和冷凝器之间设置散热介质回路；

所述预热换热器，用于将所述工质泵排出的液态工质加热后供往所述蒸汽发生器；

所述预热换热器通过所述散热介质回路被所述吸收器、冷凝器或温水换热器加热。

优选地，所述散热介质回路上设置旁侧回路；所述散热介质回路上设置有第一组阀门，所述旁侧回路上设置第二组阀门；

所述第一组阀门打开，所述第二组阀门关断时，所述预热换热器与所述冷凝器、吸收器或温水换热器通过所述散热介质回路进行换热；

或，所述第一组阀门关断，所述第二组阀门打开时，所述冷凝器、吸收器或温水换热器通过所述旁侧回路与加热负荷进行换热；

或，所述第一组阀门打开，所述第二组阀门也打开时，所述冷凝器、吸收器或温水换热器同时与所述预热换热器和加热负荷进行换热。

优选地，所述系统冷凝器为蒸发式冷凝器；

所述蒸发式冷凝器包括：第一喷淋器件、传热管群、喷淋泵和风机；

所述传热管群，用于使所述膨胀机排出的低压蒸汽工质在管内流通；

所述第一喷淋器件，用于将所述喷淋泵传送过来的喷淋水喷淋在所述传热管群的表面；

所述风机，用于向所述传热管群表面吹风。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本实施例提供的双工质循环发电系统，利用水溶液沸点上升的原理来回收废热，相比一般的换热器，本实施例提供的废热回收装置可以大幅降低废热的温度。利用水溶液沸点上升的原理就可以实现热量从低温部分向高温部分转移。本实施例中就是利用这个原理来进一步利用废热，例如废热w1进入蒸汽发生器之间是95℃，从蒸汽发生器出来之后的废热的温度是90℃，一般这的90℃废热就被释放到空气中，直接浪费掉，而本实施例中可以继续利用这90℃的废热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的双工质循环发电系统示意图；

图2是本发明提供的具有废热回收功能的双工质循环发电系统实施例一示意图；

图3是一般的吸收式冷冻机的概念图；

图4是本发明提供的具有废热回收功能的工作原理图；

图5是本发明提供的具有废热回收功能的双工质循环发电系统实施例四示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一：

参见图2，该图为本发明提供的具有废热回收功能的双工质循环发电系统实施例一示意图。

本实施例提供的具有废热回收功能的双工质循环发电系统，包括：蒸汽发生器1、膨胀机2、发电机3、系统冷凝器4、工质泵7和废热回收装置8；

可以理解的是，还包括冷却塔5，用来给系统冷凝器4提供冷却水。

所述蒸汽发生器1，用于通过废热w1对工质进行加热，将所述工质变为高压蒸汽进入所述膨胀机2；

所述膨胀机2，用于在所述高压蒸汽的驱动下工作；

所述发电机3，与所述膨胀机2同轴连接，在所述膨胀机2的驱动下发电；

所述系统冷凝器4，用于将所述膨胀机2排出的低压蒸汽工质冷却为液态工质；

所述工质泵7，用于将从所述系统冷凝器4排出的液态工质输送至所述蒸汽发生器1；

所述废热回收装置8，用于接收从所述蒸汽发生器1排出的废热，利用内部水溶液的沸点上升来回收废热。

在一般的热力学常识中，热量从低温部分向高温部分转移是不可能的，例如，32℃的水与7℃的水进行换热时，热量会从32℃的水向7℃的水转移。

但是，利用水溶液的沸点上升原理，可以使热量从温度低的部分向温度高的部分转移，使低温的变得更低，温度高的变得更高。

例如，与7℃水的饱和压力等压的浓度为55％的溴化锂水溶液的温度约为35℃，这个27℃温差就可以使沸点上升。溴化锂水溶液的浓度越浓，沸点上升的幅度就越大。

因此，利用水溶液沸点上升的原理就可以实现热量从低温部分向高温部分转移。本实施例中就是利用这个原理来进一步利用废热，例如废热w1进入蒸汽发生器之间是95℃，从蒸汽发生器出来之后的废热的温度是90℃，一般这的90℃废热就被释放到空气中，直接浪费掉，而本实施例中可以继续利用这90℃的废热。

本实施例提供的双工质循环发电系统，利用水溶液沸点上升的原理来回收废热，相比一般的换热器，本实施例提供的废热回收装置可以大幅降低废热的温度。

实施例二：

继续参见图2。

本实施例中，所述废热回收装置包括：通过废热加热的再生器G、冷却废热的蒸发器E、制取温水的吸收器A和冷凝器C；

可以理解的是，该废热回收装置包括的几个部分均可以由吸收式冷冻机中的器件来实现。

所述蒸汽发生器1排出的废热w1串联从所述再生器G进入所述蒸发器E；

所述温水由所述吸收器A进入所述冷凝器C，或，所述温水由所述冷凝器C进入所述吸收器A。

所述蒸发器E，用于冷却从蒸汽发生器1流过来的废热，以进一步进行热量回收；产生的冷剂蒸汽供往所述吸收器A，被吸收器A中的水溶液吸收。吸收器A中的水溶液吸收了冷剂蒸汽以后浓度变低，即变稀。

图3是一般的吸收式冷冻机的概念图。

再生器G用于利用废热，给从吸收器A中吸收冷剂后浓度变稀的吸收溶液加热。

被再生器G加热所产生的水蒸气通过冷凝器C液化冷凝，返回蒸发器E。

在再生器G中产生冷剂，浓度变浓的吸收溶液返回吸收器A。

在蒸发器E中通冷水，通过蒸发器内冷剂的蒸发使冷水降温，供往制冷负荷。

蒸发器E中产生的冷剂蒸汽向吸收器A移动，被浓度浓的吸收溶液吸收。

浓度变稀的吸收溶液再被送往再生器G。

吸收器A和冷凝器C中通冷却水，有效利用这部分冷却水时，被称为吸收热泵，冷却水作为温水被利用。

通常的吸收式冷冻机，吸收溶液使用溴化锂水溶液，冷剂使用水。

冷水出口温度通常为7℃，冷却水入口温度通常为32℃。

被输往蒸发器E的热量(制冷负荷)向吸收器A中的冷却水转移，最后被释放到大气中。

本实施例中，即使蒸发器E的温度下降，也可以从吸收器A中制取出有用的高温，即通过蒸发器E降低废热的温度，从废热中回收更多的能量，同时从吸收器A中制取可以利用的高温流体。

实施例三：

参见图4，该图为本发明提供的具有废热回收功能的双工质循环发电系统实施例三的工作原理图。

本实施例中，废热回收装置还包括：温水换热器H；

所述再生器G排出的废热进入所述温水换热器H的加热端；所述温水换热器H排出的废热经过所述蒸发器E流出；

所述冷凝器C或吸收器A出来的温水进入所述温水换热器H的被加热端。

所述工质泵排出的液态工质经过所述废热回收装置中的所述吸收器A、冷凝器C或温水换热器H加热后再被送往所述蒸汽发生器。

可以理解的是，温水可以串联流入吸收器A、冷凝器C和温水换热器H。

这种废热回收装置的蒸发器E的目的不是制取冷水，而是为了降低废热温度。

蒸发器E出口的废热温度能降低到多少摄氏度，取决于进入吸收器A的温水温度。

例如，进入吸收器A的温水温度为50℃，从中减去沸点上升幅度30℃的温度，则蒸发器E出口的废热温度可以降到20℃。

假设进入双工质循环发电系统蒸汽发生器的废热温度为95℃，这样从蒸汽发生器出来的废热温度一般约为90℃。可以将其出口温度降下来，但如果降得过多，则从蒸汽发生器出来的蒸汽压力也会下降，这样会大大影响发电效率，因此降低的温度是有界限的。

采用本发明中的废热回收装置，将90℃的废热依次进入再生器G、温水换热器H、蒸发器E，假设进入吸收器A的温度为50℃，则蒸发器E出口废热的温度能够降到20℃，能大幅度增加回收的热量。将回收的这部分热量用于双工质循环发电系统的工质预热，能够改善系统效率。再有，也可以给外部加热装置供给热量，应用面更广。

虽然图3中的各个部件与吸收式冷冻机中的各个器件相同，但是本发明中并没有发挥吸收式冷冻机的作用，而是发挥了废热回收装置的作用，但是又与普通的换热装置作用不同，本发明中主要利用了水溶液沸点上升的原理。

可以理解的是，本实施例中的蒸汽发生器1以降膜式蒸汽发生器为例进行说明，当然也可以为满液式蒸汽发生器。当蒸汽发生器为降膜式蒸汽发生器时，废热w1进入蒸汽发生器1的蛇盘管内，给从蒸汽发生器内部的喷淋装置1a喷淋下来的工质加热。被加热的工质成为高压蒸汽到达膨胀机2，通过压差驱动膨胀机2，同时驱动与膨胀机2相连的发电机3进行发电。

从膨胀机2出来的低压蒸汽进入系统冷凝器4，被冷却水泵6送过来的冷却介质w2冷却液化。冷却低压蒸汽后变为高温的冷却介质W2出了系统冷凝器4，被送往冷却塔5。被冷却塔5冷却下来的冷剂介质再次返回系统冷凝器4。从系统冷凝器过来的工质液被工质泵7送往废热回收装置的吸收器A、冷凝器C，被加热后供往蒸汽发生器1的喷淋装置1a。从蒸汽发生器1出来的废热w1经由废热回收装置的再生器G、蒸发器E排出。利用废热回收装置的回收热给工质液预热，来提高系统效率。

另外，工质液的循环量能够根据蒸汽发生器入口工质的温度T，通过控制工质泵7的转数进行控制。

图4对应的实施例提供的这种方式不用预热换热器，因此更经济。

下面介绍一种利用预热换热器的情况。

实施例四：

参见图5，该图为本发明提供的具有废热回收功能的双工质循环发电系统实施例四示意图。

本实施例中，还包括：设置在所述工质泵7与所述蒸汽发生器1之间的预热换热器9；

在所述预热换热器9与所述吸收器A和冷凝器C之间设置散热介质回路；

所述预热换热器9，用于将所述工质泵7排出的液态工质加热后供往所述蒸汽发生器1；

所述预热换热器9通过所述散热介质回路被所述吸收器A、冷凝器C或温水换热器(图中未示出)加热。

所述散热介质回路上设置旁侧回路；所述散热介质回路上设置有第一组阀门V1和V2，所述旁侧回路上设置第二组阀门V3和V4；

所述第一组阀门打开V1和V2，所述第二组阀门V3和V4关断时，所述预热换热器与所述冷凝器、吸收器或温水换热器通过所述散热介质回路进行换热；

或，所述第一组阀门V1和V2关断，所述第二组阀门V3和V4打开时，所述冷凝器、吸收器或温水换热器通过所述旁侧回路与加热负荷进行换热；

或，所述第一组阀门V1和V2打开，所述第二组阀门V3和V4也打开时，所述冷凝器C、吸收器A或温水换热器同时与所述预热换热器9和所述加热负荷10进行换热。

其中，加热负荷10可以考虑给采暖供热，或者给水加热等。

所述系统冷凝器为蒸发式冷凝器11；

所述蒸发式冷凝器11包括：第一喷淋器件11c、传热管群11a、喷淋泵11b和风机11d；

所述传热管群11a，用于使所述膨胀机2排出的低压蒸汽工质在管内流通；

所述第一喷淋器件11c，用于将所述喷淋泵11b传送过来的喷淋水喷淋在所述传热管群11a的表面；

所述风机11d，用于向所述传热管群11a表面吹风。

蒸发式冷凝器11底部的喷淋水通过喷淋泵11b送往第一喷淋器件11c，从第一喷淋器件11c喷淋下来的水顺着传热管群11a的外面依次落到下方。落下来的喷淋水与传热管群11a内部流动的低压蒸汽进行换热，一部分喷淋水蒸发。蒸发的喷淋水被风机11d抽引，与空气一起释放到大气中。

以往的冷凝器、冷却水泵、冷却水配管、冷却塔可以用具有相同功能的结构紧凑的1台蒸发式冷凝器11取而代之。

喷淋泵11b所需要的动力比冷却水泵6(图1中)的动力小很多，因此可以大幅减少耗电。再有，不需要冷却水配管设备，这部分设备费也能大幅减少。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种具有废热回收功能的双工质循环发电系统，其特征在于，包括：蒸汽发生器、膨胀机、发电机、系统冷凝器、工质泵和废热回收装置；

所述蒸汽发生器，用于通过废热对工质进行加热，将所述工质变为高压蒸汽进入所述膨胀机；

所述膨胀机，用于在所述高压蒸汽的驱动下工作；

所述发电机，与所述膨胀机同轴连接，在所述膨胀机的驱动下发电；

所述系统冷凝器，用于将所述膨胀机排出的低压蒸汽工质冷却为液态工质；

所述工质泵，用于将从所述系统冷凝器排出的液态工质输送至所述蒸汽发生器；

所述废热回收装置，用于接收从所述蒸汽发生器排出的废热，利用内部水溶液的沸点上升来回收废热。

2.根据权利要求1所述的具有废热回收功能的双工质循环发电系统，其特征在于，所述废热回收装置包括：通过所述废热加热的再生器、冷却所述废热的蒸发器、制取温水的吸收器和冷凝器；

所述蒸汽发生器排出的废热串联从所述再生器进入所述蒸发器；

所述温水由所述吸收器进入所述冷凝器，或，所述温水由所述冷凝器进入所述吸收器。

3.根据权利要求2所述的具有废热回收功能的双工质循环发电系统，其特征在于，所述废热回收装置还包括：温水换热器；

所述再生器排出的废热进入所述温水换热器的加热端；所述温水换热器排出的废热经过所述蒸发器流出；

所述冷凝器或吸收器出来的温水进入所述温水换热器的被加热端。

4.根据权利要求3所述的具有废热回收功能的双工质循环发电系统，其特征在于，所述工质泵排出的液态工质经过所述废热回收装置中的所述吸收器、冷凝器或温水换热器加热后再被送往所述蒸汽发生器。

5.根据权利要求3所述的具有废热回收功能的双工质循环发电系统，其特征在于，还包括：设置在所述工质泵与所述蒸汽发生器之间的预热换热器；

在所述预热换热器与所述吸收器和冷凝器之间设置散热介质回路；

所述预热换热器，用于将所述工质泵排出的液态工质加热后供往所述蒸汽发生器；

所述预热换热器通过所述散热介质回路被所述吸收器、冷凝器或温水换热器加热。

6.根据权利要求5所述的具有废热回收功能的双工质循环发电系统，其特征在于，所述散热介质回路上设置旁侧回路；所述散热介质回路上设置有第一组阀门，所述旁侧回路上设置第二组阀门；

所述第一组阀门打开，所述第二组阀门关断时，所述预热换热器与所述冷凝器、吸收器或温水换热器通过所述散热介质回路进行换热；

或，所述第一组阀门关断，所述第二组阀门打开时，所述冷凝器、吸收器或温水换热器通过所述旁侧回路与加热负荷进行换热；

或，所述第一组阀门打开，所述第二组阀门也打开时，所述冷凝器、吸收器或温水换热器同时与所述预热换热器和加热负荷进行换热。

7.根据权利要求1所述的具有废热回收功能的双工质循环发电系统，其特征在于，所述系统冷凝器为蒸发式冷凝器；

所述蒸发式冷凝器包括：第一喷淋器件、传热管群、喷淋泵和风机；

所述传热管群，用于使所述膨胀机排出的低压蒸汽工质在管内流通；

所述第一喷淋器件，用于将所述喷淋泵传送过来的喷淋水喷淋在所述传热管群的表面；

所述风机，用于向所述传热管群表面吹风。