CN104405461B - 一种有机工质朗肯循环余热发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种有机工质朗肯循环余热发电系统，本发明通过采用汽水循环和R123朗肯循环双循环方式，其中汽水循环为中间循环，介于烟气和R123循环之间，将烟气热传递给R123以实现热功转换，其中R123蒸发器（2）壳侧的R123吸热蒸发得到有机蒸汽驱动R123透平（3）带动发电机（4）产生电能，本发明具有操作简单、成本相对低廉、控制简单、安全性高的特点。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种发电系统，具体涉及一种有机工质朗肯循环余热发电系统。
【背景技术】
已知的，石灰回转窑工艺因具有产量大、石灰活性度高、热效率高、排放温度低的特点，因此在钢铁企业广为采用，其中石灰回转窑竖式预热器出口废气温度一般在200～250℃，属于低温烟气余热，目前，在国内低温排放型石灰回转窑余热发电技术基本属于空白，仅在情况较为特殊的石灰生产线上有应用，比如江西新余钢铁2×600t/d石灰窑排烟温度高达380℃，江苏永钢2×600t/d石灰窑排烟温度高达450℃，而配套建设余热电站发电效益良好，但不具有代表性，因此石灰回转窑余热发电技术目前仍存在如下缺点：
1、水蒸汽郎肯循环效率低下，无法高效回收烟气余热；
2、若采用单工质有机介质郎肯循环则存在工质充灌量大，相应的蒸发系统设计困难、工质回收、贮存困难等问题；
3、国内外习惯上采用导热油和有机工质的双工质系统，但导热油价格昂贵；
4、导热油为复杂高分子混合物，长期在高温条件下工作会产生聚合裂解等化学反应，降低油品质，且会在换热管壁结瘤，造成高温爆管等事故；
5、导热油有一定的服役周期，需定期更换，造成运行费用较高；
6、针对低温余热回收还可采用kalina技术，但该系统设计复杂、实施难度大、氨泄露易导致中毒、爆炸事故等缺点。
【发明内容】
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种有机工质朗肯循环余热发电系统，本发明通过采用汽水循环和R123朗肯循环，其中汽水循环为中间循环，介于烟气和R123循环之间，将烟气热传递给R123以实现热功转换，其中R123蒸发器壳侧的R123吸热蒸发得到有机蒸汽驱动R123透平带动发电机产生电能，本发明具有操作简单、成本相对低廉、控制简单、安全性高的特点。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种有机工质朗肯循环余热发电系统，包括余热锅炉、R123蒸发器、R123透平、发电机、凝汽器、R123工质泵、给水泵和R123预热器，在所述余热锅炉尾部烟道处设有R123预热器，所述R123预热器的R123出口通过管道连接R123蒸发器壳侧的R123入口，所述R123蒸发器壳侧的R123出口连接R123透平，所述R123透平连接发电机，R123透平的乏汽连接口连接凝汽器，所述凝汽器连接R123工质泵的R123进口，所述R123工质泵的R123出口连接R123预热器的R123入口，所述R123蒸发器管侧的出水口通过管道连接给水泵的进水口，所述给水泵的出水口通过管道连接省煤器的进水口，所述省煤器的出水口通过管道连接汽包的进水口，所述汽包的出水口通过管道连接锅炉本体蒸发器管侧的进水口，所述锅炉本体蒸发器的蒸汽出口通过管道连接汽包的蒸汽入口，所述汽包的蒸汽出口通过管道连接锅炉本体过热器的蒸汽入口，所述锅炉本体过热器的蒸汽出口通过管道连接R123蒸发器管侧的进口形成所述的有机工质朗肯循环余热发电系统。
所述的有机工质朗肯循环余热发电系统，所述R123蒸发器为满液式R123蒸发器，所述满液式R123蒸发器采用强化换热铜管，满液式R123蒸发器的壳侧为R123，管侧为蒸汽。
所述的有机工质朗肯循环余热发电系统，所述R123工质泵为隔膜泵或者螺杆泵。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明所述的一种有机工质朗肯循环余热发电系统，本发明通过采用汽水循环和R123朗肯循环双循环方式，其中汽水循环为中间循环，介于烟气和R123循环之间，将烟气热传递给R123以实现热功转换，其中R123蒸发器壳侧的R123吸热蒸发得到有机蒸汽驱动R123透平带动发电机产生电能，本发明具有操作简单、成本相对低廉、控制简单、安全性高的特点。
【附图说明】
图1是本发明的工艺系统图；
在图中：1、余热锅炉；2、R123蒸发器；3、R123透平；4、发电机；5、凝汽器；6、R123工质泵；7、给水泵；8、R123预热器；9、省煤器；10、汽包；11、锅炉本体蒸发器；12、锅炉本体过热器。
【具体实施方式】
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
结合附图1本发明所述的一种有机工质朗肯循环余热发电系统，包括余热锅炉1、R123蒸发器2、R123透平3、发电机4、凝汽器5、R123工质泵6、给水泵7和R123预热器8，在所述余热锅炉1尾部烟道处设有R123预热器8，进一步回收余热锅炉排烟余热，实现余热资源的梯级利用，提高余热利用率；所述R123预热器8可采用翅片钢制换热管，所述R123预热器8的R123出口通过管道连接R123蒸发器2壳侧的R123入口，所述R123蒸发器2为满液式R123蒸发器，所述满液式R123蒸发器采用强化换热铜管，满液式R123蒸发器的壳侧为R123，管侧为蒸汽，这样的结构形式可增大传热面积，根据工艺要求的不同蒸发器采用满液式可避免扰流流速导致的蒸汽含液；所述R123蒸发器2壳侧的R123出口连接R123透平3，所述R123透平3连接发电机4，R123透平3的乏汽连接口连接凝汽器5，所述凝汽器5连接R123工质泵6的R123进口，所述R123工质泵6为隔膜泵或者螺杆泵，鉴于ORC系统有机工质工作特点，工质泵必须密封性好、无泄漏、有安全泄放装置、维护简单、压头高等特点，综合这些特点本系统工质泵拟定为隔膜泵或者螺杆泵等，综上所述，本发明是一种简单可行、可靠性高、易于实现的低温余热发电系统；所述R123工质泵6的R123出口连接R123预热器8的R123入口，所述R123蒸发器2管侧的出水口通过管道连接给水泵7的进水口，所述给水泵7的出水口通过管道连接省煤器9的进水口，所述省煤器9的出水口通过管道连接汽包10的进水口，所述汽包10的出水口通过管道连接锅炉本体蒸发器11管侧的进水口，所述锅炉本体蒸发器11的蒸汽出口通过管道连接汽包10的蒸汽入口，所述汽包10的蒸汽出口通过管道连接锅炉本体过热器12的蒸汽入口，所述锅炉本体过热器12的蒸汽出口通过管道连接R123蒸发器2管侧的进口形成所述的有机工质朗肯循环余热发电系统。
本发明以给水泵7为起点，水先进入省煤器9，从省煤器9出来后进入汽包10，再从汽包10出来，进入锅炉本体蒸发器11，此时锅炉本体蒸发器11将水蒸发成饱和态的蒸汽，饱和蒸汽再返回到汽包10中进行气液分离，气液分离后再离开汽包10进入锅炉本体过热器12成为过热态的蒸汽，过热态的蒸汽从锅炉本体过热器12出口进入R123蒸发器2，本发明中汽包10在锅炉本体的汽水系统中是为了满足一定的循环倍率而设置的，其作用主要是汽水分离。
本发明在具体实施时，整个系统分为两个循环，汽水循环和R123朗肯循环，其中汽水循环为中间循环，介于烟气和R123循环之间，将烟气热传递给R123以实现热功转换，本发明采用单压水蒸汽锅炉产生低压过热蒸汽，利用相变传热系数大，传热量大的特点减小传热面积和水流量；采用过热蒸汽可避免饱和蒸汽因管道散热损失引起的蒸汽管道内部积水问题。石灰回转窑废气余热锅炉1产生的过热蒸汽进入R123蒸发器2管侧加热管道外的R123得到R123高压蒸汽，其中R123蒸发器2为管壳式换热器，冷热流体均有相变发生，R123高压蒸汽驱动R123透平3带动发电机4产生电能，R123透平3乏汽经凝汽器5冷凝后由R123工质泵6加压送入余热锅炉尾部烟道布置的R123预热器8，经预热后再进入R123蒸发器2；其中水蒸汽在R123蒸发器2中凝结后由给水泵7再泵回锅炉继续吸热蒸发。
本发明余热锅炉1回收石灰回转窑废气余热，可采用低压过热蒸汽一方面可提高余热利用率，另一方面可避免蒸汽含湿导致蒸汽管道内的积水。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (1)
1.一种有机工质朗肯循环余热发电系统，包括余热锅炉（1）、R123蒸发器（2）、R123透平（3）、发电机（4）、凝汽器（5）、R123工质泵（6）、给水泵（7）和R123预热器（8），其特征是：在所述余热锅炉（1）尾部烟道处设有R123预热器（8），所述R123预热器（8）的R123出口通过管道连接R123蒸发器（2）壳侧的R123入口，所述R123蒸发器（2）为满液式R123蒸发器，所述满液式R123蒸发器采用强化换热铜管，满液式R123蒸发器的壳侧为R123，管侧为蒸汽，R123蒸发器（2）壳侧的R123出口连接R123透平（3），所述R123透平（3）连接发电机（4），R123透平（3）的乏汽连接口连接凝汽器（5），所述凝汽器（5）连接R123工质泵（6）的R123进口，所述R123工质泵（6）为隔膜泵或者螺杆泵，R123工质泵（6）的R123出口连接R123预热器（8）的R123入口，所述R123蒸发器（2）管侧的出水口通过管道连接给水泵（7）的进水口，所述给水泵（7）的出水口通过管道连接省煤器（9）的进水口，所述省煤器（9）的出水口通过管道连接汽包（10）的进水口，所述汽包（10）的出水口通过管道连接锅炉本体蒸发器（11）管侧的进水口，所述锅炉本体蒸发器（11）的蒸汽出口通过管道连接汽包（10）的蒸汽入口，所述汽包（10）的蒸汽出口通过管道连接锅炉本体过热器（12）的蒸汽入口，所述锅炉本体过热器（12）的蒸汽出口通过管道连接R123蒸发器（2）管侧的进口形成所述的有机工质朗肯循环余热发电系统。
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