CN106765018B - 一种低品质余热回收发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低品质余热回收发电装置，包括资源回收系统、发电系统和供水系统；所述资源回收系统包括热管蒸汽发生器、下降蒸汽管路、汽包、上升蒸汽管路、烟气入口、烟气主路、烟气旁路、省煤器、进省煤器烟气管路和多余烟气排出管路；所述发电系统包括蒸汽旁路、蒸汽主路、储气罐、罗茨式动力机、发电机和电能质量监测仪；所述供水系统包括凝汽器、除氧器、排水管道、补水箱、凝补泵、凝汽器液位计、补水管道、凝结泵、给水泵和除氧器液位计。该装置中循环工质为水与蒸汽的循环，可以对低品质余热资源中的烟气进行回收再利用，结构简单、成本低，能源利用率高。

Description

一种低品质余热回收发电装置
技术领域
本发明涉及一种工业余热回收发电的装置，具体是一种低品质余热回收发电装置。
背景技术
工业余热能源的产生是由于工业生产过程中消耗煤炭、石油以及各种可燃气体排放的资源，属于二次能源。随着煤、石油等燃料消耗增加，工业余热能源的排放量势必大量增加，其中蕴含的潜在能源若不加以回收利用，将造成能源的巨大浪费。如今，各行各业已经产业化的余热发电技术为：焦化行业所使用的焦炉尾气余热回收发电技术、钢铁行业所使用的干熄焦发电技术，高炉炉顶余压、转炉、烧结和加热炉余热发电技术等。但上述发电技术大多针对于中高温余热资源进行回收，而对于浓度小、能量少的350℃以下低品质余热资源，因其回收利用的经济性和可行性限制，传统余热能源回收技术并不适用于此类余热资源的回收。在低品质余热回收中，低压蒸汽用于发电技术相对成熟，而低品余热不止包括低压蒸汽，还有包括烟气等，传统余热能源回收技术对烟气的利用率更低。
目前对于低品质能源的再利用主要包括有机工质余热发电技术、半导体温差发电技术、汽轮机发电技术、螺杆动力机发电技术以及罗茨式蒸汽动力机发电技术等。有机工质余热发电技术中有机朗肯循环常用的有机工质有氟利昂、丙烷、丁烷、氯乙烷、氨等，其中丙烷、丁烷来源方便，廉价，但系统密封性能较高；使用氨时系统压力要求较高；而氟利昂CFC类工质会破坏臭氧层。半导体温差发电技术是指余热能通过半导体等中间传热介质转换成电能，这种发电技术具有结构简单、使用方便、安全无污染等优点，但由于成本较高等原因，该项技术只局限应用在军事以及航天等一些尖端领域。在汽轮机发电技术以及螺杆动力机发电技术中，利用余热发电节能和经济效益相当可观，具有较好的推广和利用价值，但其需要很多配套的系统和设备，占地面积大，成本较高。此外由于汽轮机和螺杆动力机自身对蒸汽需求较高，当汽源不足时导致无法推动超大功率蒸汽发电机组。而在罗茨式蒸汽动力机发电技术中主要应用低品质余热中的蒸汽，在工业中的烟气含量较多，因此要想对蒸汽之外的低品质余热的利用较局限。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种低品质余热回收发电装置。该装置包括资源回收系统、发电系统和供水系统。该装置中循环工质为水与蒸汽的循环，可以对低品质余热资源中的烟气进行回收再利用，结构简单、成本低，能源利用率高。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种低品质余热回收发电装置，包括资源回收系统、发电系统和供水系统；所述资源回收系统包括热管蒸汽发生器、下降蒸汽管路、汽包、上升蒸汽管路、烟气入口、烟气主路、烟气旁路、省煤器、进省煤器烟气管路和多余烟气排出管路；所述发电系统包括蒸汽旁路、蒸汽主路、储气罐、罗茨式动力机、发电机和电能质量监测仪；所述供水系统包括凝汽器、除氧器、排水管道、补水箱、凝补泵、凝汽器液位计、补水管道、凝结泵、给水泵和除氧器液位计；
其特征在于所述烟气主路具有烟气入口；烟气主路上烟气入口位置处安装有压力计、温度计和流量计；烟气主路上安装有热管蒸汽发生器；烟气旁路的两端与烟气主路连接，与热管蒸汽发生器并联；所述热管蒸汽发生器通过下降蒸汽管路和上升蒸汽管路与汽包连接；所述烟气主路的末端分别与多余烟气排出管路和进省煤器烟气管路连接；多余烟气排出管路上安装有阀门；所述进省煤器烟气管路上安装有温度计、阀门和省煤器；所述省煤器通过管路与除氧器的出口连接；所述汽包通过管路与省煤器连接，其管路上安装有阀门、压力计、温度计和流量计；所述汽包通过管路与储气罐的入口连接，其管路上安装有压力计、温度计和流量计；
所述储气罐的一个出气口通过蒸汽旁路与凝汽器连接，蒸汽旁路上安装有阀门；所述储气罐的另一个出气口通过蒸汽主路与罗茨式动力机连接，蒸汽主路上安装有阀门、压力计、温度计和流量计；所述罗茨式动力机通过蒸汽主路与凝汽器连接；所述发电机与罗茨式动力机连接；所述电能质量监测仪与发电机连接；
所述凝汽器液位计安装于凝汽器上；所述补水箱与凝汽器通过排水管道和补水管道连接，排水管道上安装有阀门，补水管道上安装有凝补泵和阀门，凝补泵位于阀门之上；所述凝汽器通过管道与除氧器的入口连接，其管道上安装有凝结泵、阀门和流量计；所述除氧器液位计安装于除氧器上；所述除氧器的出口通过管道与省煤器连接，其管道上设有给水泵、阀门和流量计。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1、该装置中循环工质为水与蒸汽的循环。水与蒸汽的循环对环境无污染，且水与蒸汽对于中小企业较为常见，避免了有机朗肯循环中部分有机工质获取不方便、易燃、有毒等缺点。
2、该装置发电系统中动力机选用罗茨式动力机，属于小型动力机，这种动力机结构简单、成本低，能源利用率高，适用于中小企业。避免了使用螺杆式动力机或汽轮式动力机因成本高而不适合中小企业应用的问题。且以罗茨式动力机为核心的蒸汽发电装置为小功率发电装置，蒸汽易推动罗茨式动力机做功。
3、该装置设计了水和蒸汽的循环系统，其包括资源回收系统、发电系统以及供水系统。可以对低品质余热资源中的烟气进行回收再利用，供水系统用于整个过程的水的补给。
附图说明
图1是本发明低品质余热回收发电装置一种实施例的整体结构示意图；(图中：1、资源回收系统；2、发电系统；3、供水系统)
图2是本发明低品质余热回收发电装置一种实施例的资源回收系统示意图；(图中：1.1、热管蒸汽发生器；1.2、下降蒸汽管路；1.3、汽包；1.4、上升蒸汽管路；1.5、烟气入口；1.6、烟气主路；1.7、烟气旁路；1.8、省煤器；1.9、进省煤器烟气管路；1.10、多余烟气排出管路)
图3是本发明低品质余热回收发电装置一种实施例的发电系统示意图；(图中：2.1、蒸汽旁路；2.2、蒸汽主路；2.3、储气罐；2.4、罗茨式动力机；2.5、发电机；2.6、电能质量监测仪)
图4是本发明低品质余热回收发电装置一种实施例的供水系统示意图。(图中：3.1、凝汽器；3.2、除氧器；3.3、排水管道；3.4、补水箱；3.5、凝补泵；3.6、凝汽器液位计；3.7、补水管道；3.8、凝结泵；3.9、给水泵；3.10、除氧器液位计)
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种低品质余热回收发电装置(参见图1-4，简称装置)；包括资源回收系统1、发电系统2和供水系统3；所述资源回收系统1包括热管蒸汽发生器1.1、下降蒸汽管路1.2、汽包1.3、上升蒸汽管路1.4、烟气入口1.5、烟气主路1.6、烟气旁路1.7、省煤器1.8、进省煤器烟气管路1.9和多余烟气排出管路1.10；所述发电系统2包括蒸汽旁路2.1、蒸汽主路2.2、储气罐2.3、罗茨式动力机2.4、发电机2.5和电能质量监测仪2.6；所述供水系统3包括凝汽器3.1、除氧器3.2、排水管道3.3、补水箱3.4、凝补泵3.5、凝汽器液位计3.6、补水管道3.7、凝结泵3.8、给水泵3.9和除氧器液位计3.10；
所述烟气主路1.6具有烟气入口1.5，用于低品质余热中的烟气的进入；烟气主路1.6上烟气入口1.5位置处安装有压力计、温度计和流量计，用来检测烟气入口1.5处的低品质余热的流量、压力和温度；烟气主路1.6上安装有热管蒸汽发生器1.1，使烟气进入热管蒸汽发生器1.1；烟气旁路1.7的两端与烟气主路1.6连接，与热管蒸汽发生器1.1并联，用于烟气入口1.5处进入的多余烟气的流动；所述热管蒸汽发生器1.1通过下降蒸汽管路1.2和上升蒸汽管路1.4与汽包1.3连接，热管蒸汽发生器1.1的内部结构是上部为水和蒸汽通道，下边为烟气通道，中间用隔板隔开；热管蒸汽发生器1.1中的热管吸收低品质余热中烟气的热量，然后热管蒸汽发生器1.1中的水冲刷热管将水进行加热，使水转换成蒸汽；所述烟气主路1.6的末端分别与多余烟气排出管路1.10和进省煤器烟气管路1.9连接；多余烟气排出管路1.10上安装有阀门，通过阀门的控制用于将多余资源排出，直接排入大气或外接其他利用余热的装置；所述进省煤器烟气管路1.9上安装有温度计、阀门和省煤器1.8，使烟气通过进省煤器烟气管路1.9进入省煤器1.8，而后将多余资源排出，直接排入大气或外接其他利用余热的装置；所述省煤器1.8通过管路与除氧器3.2的出口连接，省煤器1.8内部结构是上部为水通道，下部为烟气通道，用于完成水的第一次预热；所述汽包1.3通过管路与省煤器1.8连接，其管路上安装有阀门、压力计、温度计和流量计，汽包1.3用于完成水和蒸汽的分离；所述汽包1.3通过管路与储气罐2.3的入口连接，其管路上安装有压力计、温度计和流量计；
所述储气罐2.3用于储存从汽包1.3中分离出来的蒸汽；所述储气罐2.3的一个出气口通过蒸汽旁路2.1与凝汽器3.1连接，蒸汽旁路2.1上安装有阀门；所述储气罐2.3的另一个出气口通过蒸汽主路2.2与罗茨式动力机2.4连接，蒸汽主路2.2上安装有阀门、压力计、温度计和流量计；所述罗茨式动力机2.4通过蒸汽主路2.2与凝汽器3.1连接，蒸汽作用于罗茨式动力机2.4产生机械能；所述发电机2.5与罗茨式动力机2.4连接，用于电能的产生；所述电能质量监测仪2.6与发电机2.5连接，用于电能的监测；
在罗茨式动力机2.4内作功后的蒸汽通过蒸汽主路2.2与蒸汽旁路2.1内的蒸汽混合后进入凝汽器3.1，凝汽器3.1用于将蒸汽冷凝成水；所述凝汽器液位计3.6安装于凝汽器3.1上，用于检测凝汽器3.1中水的液位，以判断补水或排水；所述补水箱3.4与凝汽器3.1通过排水管道3.3和补水管道3.7连接，其中排水管道3.3上安装有阀门，补水管道3.7上安装有凝补泵3.5和阀门，凝补泵3.5位于阀门之上，凝补泵3.5用于补水箱3.4对凝汽器3.1补水时，为水的传输提供动力；所述凝汽器3.1通过管道与除氧器3.2的入口连接，其管道上安装有凝结泵3.8、阀门和流量计；凝结泵3.8用于将凝汽器3.1中的水抽出，打入除氧器3.2中；除氧器3.2用于水的净化，除去水中的氧气，以及CO2、NH3、H2S等气体，以免对设备造成腐蚀；所述除氧器液位计3.10安装于除氧器3.2上，用于检测除氧器3.2中水的液位；所述除氧器3.2的出口通过管道与省煤器1.8连接，其管道上设有给水泵3.9、阀门和流量计；给水泵3.9用于提高压力使除氧器3.2中的水进入省煤器1.8。
本发明低品质余热回收发电装置的工作原理和工作流程是：当装置工作稳定时，资源回收系统1主要是水吸收烟气中的热量，完成水与蒸汽的转换，水与蒸汽再通过汽包1.3完成水与蒸汽的分离，使分离出的蒸汽进入到发电系统2的储气罐2.3中。其中在资源回收系统1中水转换成蒸汽分为两步，即水在省煤器1.8中进行预热以及预热过的水在热管蒸汽发生器1.1再吸热转换为蒸汽。其主要过程为：
装置工作稳定时，低品质余热中的烟气通过烟气入口1.5进入到烟气主路1.6，通过烟气主路1.6进入到热管蒸汽发生器1.1中，进入到热管蒸汽发生器1.1中的烟气对其内部水及蒸汽管道中的水进行加热，使水变成蒸汽；当低品质余热较多时，打开烟气旁路1.7的阀门，使多余资源通过烟气旁路1.7流往下一环节。烟气作用于热管蒸汽发生器1.1后通过烟气主路1.6与烟气旁路1.7中的烟气汇合，汇合后的烟气进入到进省煤器烟气管路1.9和多余烟气排出管路1.10，然后烟气通过进省煤器烟气管路1.9进入到省煤器1.8。汇合后的烟气较多时，多余烟气排出管路1.10上的阀门打开，通过阀门的控制用于将多余资源排出，直接排入大气或外接其他利用余热的装置。省煤器1.8中的水吸收烟气热量后通过与汽包1.3之间的管路进入到汽包1.3中，再通过下降蒸汽管路1.4进入到热管蒸汽发生器1.1，此时烟气主路1.6的烟气进入到热管蒸汽发生器1.1中，热管蒸汽发生器1.1中的热管吸收烟气的热量，然后热管蒸汽发生器1.1中的水吸收热管的热量，完成水与蒸汽的进一步转化。在热管蒸汽发生器1.1中进行转换后的蒸汽通过上升蒸汽管路1.4进入到汽包1.3中，水与蒸汽在汽包1.3中完成分离。
在汽包1.3中分离出来的蒸汽通过管路进入到发电系统2的储气罐2.3中，储汽罐2.3中的蒸汽通过蒸汽主路2.2进入到罗茨式动力机2.4中，蒸汽作用于罗茨式动力机2.4，使蒸汽的内能转换为机械能，罗茨式动力机2.4又与发电机2.5相连，将机械能转换成电能。通过发电机2.5发出的电能通过电能质量监测仪2.6进行检测。对罗茨式动力机2.4做功后的蒸汽与蒸汽旁路2.1中的蒸汽混合进入凝汽器3.1中。
蒸汽在冷凝器3.1冷凝成水，然后通过凝结泵3.8将水抽出，然后打入到除氧器3.2，在除氧器3.2中除去水中的氧、CO2等气体，完成水的净化。经除氧器3.2净化后的水在给水泵3.9的作用下进入到省煤器1.8，省煤器1.8中的烟气对水进行预热，预热后的水进入到汽包1.3中，再通过下降水汽管路1.2进入到热管蒸汽发生器1.1中的水与蒸汽管道，热管蒸汽发生器1.1中的烟气对其中的水加热，使水变成蒸汽，然后汽水再通过上升蒸汽管路1.4进入到汽包1.3中，完成汽水分离，以此循环。在整个循环过程中，水及蒸汽会有损耗，为保证整个装置水的平衡，安置了补水箱3.4。当凝汽器3.1中的水较多时，水通过排水管道3.3进入到补水箱3.4，完成排水。当凝汽器3.1中水较少时，补水箱3.4中的水在凝补泵3.5的作用下进入到凝汽器3.1，以此来弥补循环装置中水的损失。
其中各个管路上的压力计、温度计和流量计分别用来检测其所在管道中烟气、水或蒸汽的压力、温度和流量。各个管路上的阀门用来控制各管路上的烟或蒸汽的走向，以及烟、蒸汽和水在相应管路中的流量。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种低品质余热回收发电装置，包括资源回收系统、发电系统和供水系统；所述资源回收系统包括热管蒸汽发生器、下降蒸汽管路、汽包、上升蒸汽管路、烟气入口、烟气主路、烟气旁路、省煤器、进省煤器烟气管路和多余烟气排出管路；所述发电系统包括蒸汽旁路、蒸汽主路、储气罐、罗茨式动力机、发电机和电能质量监测仪；所述供水系统包括凝汽器、除氧器、排水管道、补水箱、凝补泵、凝汽器液位计、补水管道、凝结泵、给水泵和除氧器液位计；
其特征在于所述烟气主路具有烟气入口；烟气主路上烟气入口位置处安装有压力计、温度计和流量计；烟气主路上安装有热管蒸汽发生器；烟气旁路的两端与烟气主路连接，与热管蒸汽发生器并联；所述热管蒸汽发生器通过下降蒸汽管路和上升蒸汽管路与汽包连接；所述烟气主路的末端分别与多余烟气排出管路和进省煤器烟气管路连接；多余烟气排出管路上安装有阀门；所述进省煤器烟气管路上安装有温度计、阀门和省煤器；所述省煤器通过管路与除氧器的出口连接；所述汽包通过管路与省煤器连接，其管路上安装有阀门、压力计、温度计和流量计；所述汽包通过管路与储气罐的入口连接，其管路上安装有压力计、温度计和流量计；
所述储气罐的一个出气口通过蒸汽旁路与凝汽器连接，蒸汽旁路上安装有阀门；所述储气罐的另一个出气口通过蒸汽主路与罗茨式动力机连接，蒸汽主路上安装有阀门、压力计、温度计和流量计；所述罗茨式动力机通过蒸汽主路与凝汽器连接；所述发电机与罗茨式动力机连接；所述电能质量监测仪与发电机连接；
所述凝汽器液位计安装于凝汽器上；所述补水箱与凝汽器通过排水管道和补水管道连接，排水管道上安装有阀门，补水管道上安装有凝补泵和阀门，凝补泵位于阀门之上；所述凝汽器通过管道与除氧器的入口连接，其管道上安装有凝结泵、阀门和流量计；所述除氧器液位计安装于除氧器上；所述除氧器的出口通过管道与省煤器连接，其管道上设有给水泵、阀门和流量计；
装置工作稳定时，低品质余热中的烟气通过烟气入口进入到烟气主路，通过烟气主路进入到热管蒸汽发生器中，进入到热管蒸汽发生器中的烟气对其内部水及蒸汽管道中的水进行加热，使水变成蒸汽；当低品质余热较多时，打开烟气旁路的阀门，使多余资源通过烟气旁路流往下一环节；烟气作用于热管蒸汽发生器后通过烟气主路与烟气旁路中的烟气汇合，汇合后的烟气进入到进省煤器烟气管路和多余烟气排出管路，然后烟气通过进省煤器烟气管路进入到省煤器；汇合后的烟气较多时，多余烟气排出管路上的阀门打开，通过阀门的控制用于将多余资源排出，直接排入大气或外接其他利用余热的装置；省煤器中的水吸收烟气热量后通过与汽包之间的管路进入到汽包中，再通过下降蒸汽管路进入到热管蒸汽发生器，此时烟气主路的烟气进入到热管蒸汽发生器中，热管蒸汽发生器中的热管吸收烟气的热量，然后热管蒸汽发生器中的水吸收热管的热量，完成水与蒸汽的进一步转化；在热管蒸汽发生器中进行转换后的蒸汽通过上升蒸汽管路进入到汽包中，水与蒸汽在汽包中完成分离。
2.根据权利要求1所述的低品质余热回收发电装置，其特征在于所述热管蒸汽发生器的内部结构是上部为水和蒸汽通道，下边为烟气通道，中间用隔板隔开。
3.根据权利要求1所述的低品质余热回收发电装置，其特征在于所述省煤器内部结构是上部为水通道，下部为烟气通道。
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