CN104712402A - 利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，其包括发动机、膨胀做功段、冷凝段、升压段以及吸热段，有机工质通过管道在膨胀做功段、冷凝段、升压段以及吸热段间循环，所述膨胀做功段包括膨胀动力机及与膨胀动力机相连的发电装置，所述吸热段包括汽包、吸热部、放热部、上升管、下降管和蒸发器，所述放热部和吸热部通过上升管和下降管相连，所述吸热部、蒸发器均设于发动机排气烟道内，所述汽包与蒸发器相连，所述管道将所述膨胀动力机、冷凝段、升压段、放热部和汽包串联并构成闭合回路。本发明降低了排烟损失，从而提高烟气余热利用效率，不仅提高了朗肯循环效率，且有效避免了酸露腐蚀问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机朗肯循环发电系统，特别是涉及一种利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统。
背景技术
朗肯循环发电是目前应用的比较成熟的一种回收中低温余热发电系统，而将其应用在回收发动机排气废热却鲜有报道，即使有，也未提及如何有效的防止酸露腐蚀。传统的朗肯循环分为两种。
第一种为水蒸汽朗肯循环，采用汽轮机作为膨胀发电设备，它的不足之处在于：
1、余热资源利用范围较窄，只能利用高于300℃以上的余热资源。
2、冷凝压力低于大气压，容易导致不凝性气体的渗入。
3、水系统需增加额外的除镁、钙、氧设备。
4、为了避免汽轮机的叶轮腐蚀，余热锅炉需设置过热段，增加了换热器的面积从而增加了运行费用。
第二种为有机工质朗肯循环，采用螺杆膨胀动力机作为膨胀发电设备，从螺杆膨胀动力机排出的低温乏汽经有机工质循环泵加压后直接通向余热锅炉。该循环的不足之处在于，由于进入余热锅炉的有机工质温度较低，易产生酸露腐蚀；且朗肯循环效率较低。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，用于解决现有技术中有机朗肯循环发电系统利用烟气余热时易使烟道内的设备产生酸露腐蚀的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，其包括发动机、膨胀做功段、冷凝段、升压段以及吸热段，有机工质通过管道在膨胀做功段、冷凝段、升压段以及吸热段间循环，所述膨胀做功段包括膨胀动力机及与膨胀动力机相连的发电装置，所述吸热段包括汽包、吸热部、放热部、上升管、下降管和蒸发器，所述放热部和吸热部通过上升管和下降管相连，所述吸热部、蒸发器均设于发动机排气烟道内，所述汽包与蒸发器相连，所述膨胀动力机、冷凝段、升压段、放热部和汽包串联并构成闭合回路。
优选的，所述吸热段还包括设于发动机排气烟道内并位于所述吸热部前方的省煤器，所述有机工质的管道经所述放热部后与所述省煤器相连，再与所述汽包相连。
优选的，所述冷凝段冷凝方式为水冷凝或风冷凝。
优选的，所述吸热部、放热部、上升管和下降管内设有传热介质，所述传热介质为冷凝水。
如上所述，本发明的利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，具有以下有益效果：本发明将吸热部设于发动机排气烟道内最大限度地吸收烟气余热，然后通过放热部来加热管道内的有机工质，使有机工质升温进入汽包内，在汽包内的液态有机工质进入蒸发器后再加热，产生的饱和蒸汽随循环管进入汽包中，汽包中的饱和蒸汽进入膨胀动力机做功，本发明采用吸热部来吸收烟气余热，其可以最大限度地利用烟气余热，降低排烟损失从而提高烟气余热利用效率，另一方面，利用烟气余热对进入余热锅炉的工质进行预热，不仅提高了朗肯循环效率，且有效避免了酸露腐蚀问题。而由于吸热部可以有效控制其最低壁面温度在酸露点温度以上，从而避免了常规回热器所引起的酸露腐蚀问题。
附图说明
图1显示为本发明的利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统的第一实施例示意图。
图2显示为本发明的利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统的第二实施例示意图。
图3显示为本发明的余热回收装置的结构示意图。
元件标号说明
1 膨胀动力机
2 发电装置
3 冷凝器
4 增压泵
5 吸热部
6 放热部
7 上升管
8 下降管
9 蒸发器
10 汽包
11 烟道
12 省煤器
13 发动机
20 膨胀做功段
30 冷凝段
40 升压段
50 吸热段
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，其包括发动机13、膨胀做功段20、冷凝段30、升压段40以及吸热段50，有机工质通过管道在膨胀做功段20、冷凝段30、升压段40以及吸热段50间循环，膨胀做功段20包括膨胀动力机1以及与膨胀动力机1相连的发电装置2，吸热段50包括汽包10、余热回收装置和蒸发器9，余热回收装置又包括吸热部5、放热部6、上升管7和下降管8，如图3所示，放热部6位于吸热部5的上方，放热部6和吸热部5通过上升管7和下降管8相连，且在放热部6内，上升管7的管口高于下降管8的管口，使上升的传热介质与下降的传热介质互不干涉。吸热部5、蒸发器9均设于烟道11内，汽包10与蒸发器9相连（即为现有技术中的余热锅炉部分），膨胀动力机1、冷凝段30、升压段40、放热部6和汽包10串联并构成闭合回路。本发明将吸热部5设于余热锅炉后方的烟道11内吸收烟气余热，然后通过放热部6来加热管道内的有机工质，使有机工质升温进入汽包10内产生饱和有机工质蒸汽，然后去膨胀动力机1做功发电。本发明将吸热部设置于烟道尾部，可以最大限度地利用烟气余热，降低排烟损失从而提高烟气余热利用效率，另一方面，利用烟气余热对进入余热锅炉的工质进行预热，不仅提高了朗肯循环效率，且有效避免了酸露腐蚀问题。而由于吸热部可以有效控制其最低壁面温度在酸露点温度以上，从而避免了常规回热器所引起的酸露腐蚀问题。
本发明中的有机工质可以为R245fa、R123、R600或其他有机工质，上述膨胀动力机可以为螺杆膨胀动力机。上述冷凝段30的冷凝方式为水冷凝或风冷凝，其包括冷凝器3以及冷凝系统。上述升压段40包括增压泵4，从膨胀动力机1排出的低温乏汽经增压泵加压后通向上述吸热段吸热。上述吸热部、放热部、上升管和下降管内设有传热介质，所述传热介质为水或其他介质。
如图2所示，本发明的利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统的第二实施例，其与上述第一实施例的不同之处在于：上述吸热段还包括设于烟道11内并位于吸热部5前方的省煤器12，上述有机工质的管道经放热部6后与省煤器12相连，再与所述汽包10相连。此实施例中，有机工质通过放热部6后进入省煤器12进一步预热，再通过管道进入汽包。
本发明的工作原理为：上述吸热部5安装在烟道11中，吸收烟气余热，进一步使排烟温度降低，受热产生的水蒸汽或其他传热介质蒸汽，随上升管7上升至放热部6，在放热部6内加热从升压段40（即增压泵）流出的低温高压过冷（饱和）有机工质，而上述水蒸汽得到冷凝从而成为液态水，受重力影响随下降管8重新返回吸热部5。而经过预热的有机工质进入汽包10，上述汽包10通过循环管与蒸发器9相连，汽包10内装设有汽水分离器，有机工质经过下降循环管进入蒸发器9加热形成有机工质汽体，通过上升循环管回到汽包10，然后从汽包10的出口排出通过管道进入膨胀动力机1膨胀做功，带动发电装置2发电，做完功的有机工质乏汽进入冷凝段30，在冷凝段30的冷凝器内被冷凝，将有机工质乏汽从汽态冷凝至液态，液态的有机工质经升压段40加压后重新进入上述放热部开始下一个循环。
为提高有机工质的温度，更好地在汽包10内产生饱和有机工质蒸汽，在吸热部的前方烟道内设置省煤器，使有机工质经过上述放热部6、省煤器12双重吸热后再进入汽包8。
以上实施例中的发动机也可以是燃煤燃油锅炉和加热炉等。
综上所述，本发明利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，其采用吸热部来最大限度的利用烟气余热，降低排烟损失从而提高锅炉效率，另一方面，利用烟气余热对进入余热锅炉的工质进行预热，不仅提高了朗肯循环效率，且有效避免了酸露腐蚀问题。而由于吸热部可以有效控制其最低壁面温度在酸露点温度以上，从而避免了常规回热器所引起的酸露腐蚀问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，包括发动机（13）、膨胀做功段（20）、冷凝段（30）、升压段（40）以及吸热段（50），有机工质通过管道在膨胀做功段（20）、冷凝段（30）、升压段（40）以及吸热段（50）间循环，所述膨胀做功段（20）包括膨胀动力机（1）以及与膨胀动力机（1）相连的发电装置（2），其特征在于，所述吸热段（50）包括汽包（10）、吸热部（5）、放热部（6）、上升管（7）、下降管（8）和蒸发器（9），所述放热部（6）和吸热部（5）通过上升管（7）和下降管（8）相连，所述吸热部（5）、蒸发器（9）均设于发动机排气烟道（11）内，所述汽包（10）与蒸发器（9）相连，所述膨胀动力机（1）、冷凝段（30）、升压段（40）、放热部（6）和汽包（10）串联并构成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述吸热段还包括设于发动机排气烟道（11）内并位于所述吸热部（5）前方的省煤器（12），所述有机工质的管道经所述放热部（6）后与所述省煤器（12）相连，再与所述汽包（10）相连。
3.根据权利要求1所述的利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述冷凝段（30）的冷凝方式为水冷凝或风冷凝。
4.根据权利要求1所述的利用发动机排气废热的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述吸热部、放热部、上升管和下降管内设有传热介质，所述传热介质为水。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Granted publication date: 20170405 |
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