CN106870041B - 利用火炬余热的发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用火炬余热的发电系统，包括用于架设在火炬上方的导流筒及密封壳体，密封壳体内设有蒸气发电机构，导流筒上下两端均开口；导流筒内设有蒸发管路，蒸发管路包括至少一个蒸发换热管；导流筒外设有冷凝管路，冷凝管路包括至少一个冷凝换热管；蒸发管路的工质出口与密封壳体内腔连通，冷凝管路的工质入口端连接于密封壳体底部且与密封壳体内腔导通，冷凝管路的工质出口与蒸发管路的工质入口连通。本实施例提供的发电系统结构简单、紧凑，安全性高，不影响火炬工作，可有效利用火炬余热，提高经济效益。

Description

利用火炬余热的发电系统

技术领域

本发明涉及一种利用火炬余热的发电系统，利用火炬放空的废气在燃烧过程中释放的余热进行发电，适用于石油、化工及冶金等行业。

背景技术

火炬是一种用于放空燃烧各种工业废气的装置，被广泛应用于石油、化工、冶金等行业。火炬放空的废气在燃烧过程中释放大量热能。由于火炬的高度所限，释放的热能难以得到有效利用，造成能源浪费。

发明内容

本发明实施例涉及一种利用火炬余热的发电系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种利用火炬余热的发电系统，包括用于架设在火炬上方的导流筒及密封壳体，所述密封壳体内设有蒸气发电机构，所述导流筒上下两端均开口；所述导流筒内设有蒸发管路，所述蒸发管路包括至少一个蒸发换热管；所述导流筒外设有冷凝管路，所述冷凝管路包括至少一个冷凝换热管；所述蒸发管路的工质出口与所述密封壳体内腔连通，所述冷凝管路的工质入口端连接于所述密封壳体底部且与所述密封壳体内腔导通，所述冷凝管路的工质出口与所述蒸发管路的工质入口连通。

作为实施例之一，各所述蒸发换热管均为翅片管。

作为实施例之一，各所述冷凝换热管均为翅片管。

作为实施例之一，所述蒸发换热管的数量与所述冷凝换热管的数量相同且一一对应连接。

作为实施例之一，各所述蒸发换热管在所述导流筒内环形布置。

作为实施例之一，所述蒸发管路包括多个所述蒸发换热管；各所述蒸发换热管均包括竖直段和连接于所述竖直段底端的水平段，沿竖直方向在所述导流筒内形成有至少一层水平换热层，每一所述水平换热层包括平行布置的多个所述水平段，每一所述水平换热层中，以垂直于对应的各所述水平段的所述导流筒的对称平面为基准面，每一所述水平段的两端分别位于所述基准面的两侧。

作为实施例之一，所述水平换热层为两层，上层的各所述水平段在下层中的投影均垂直于下层的各所述水平段。

作为实施例之一，所述导流筒筒壁内具有隔热层。

作为实施例之一，所述导流筒筒壁包括外层筒体和内层筒体，所述外层筒体与所述内层筒体之间形成有真空间隙层。

作为实施例之一，所述蒸气发电机构包括透平和发电机，所述透平与所述发电机的转子连接。

本发明实施例至少具有如下有益效果：火炬放空的废气燃烧后，流过上方的导流筒，并加热各蒸发换热管内的液态工质，在各蒸发换热管形成高压蒸气，高压蒸气在蒸发换热管内上升过程中，持续被导流筒内的废气加热，从而可提高蒸气的品质；高压蒸气进入密封壳体内驱动蒸气发电机构进行发电，实现火炬放空废气燃烧余热的利用；高压蒸气膨胀做功后成为饱和蒸气，进入各冷凝换热管中，与外界空气换热后冷凝成为液态工质，实现工质的循环。本实施例提供的发电系统结构简单、紧凑，安全性高，不影响火炬工作，可有效利用火炬余热，提高经济效益。

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它的附图。

图1为本发明实施例一提供的利用火炬余热的发电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的各蒸发换热管与各冷凝换热管在导流筒上的布局示意图；

图3为本发明实施例二提供的利用火炬余热的发电系统的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的水平换热层中各蒸发换热管的布局示意图。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1和图2，本发明实施例提供一种利用火炬余热的发电系统，包括用于架设在火炬上方的导流筒1及密封壳体2，所述密封壳体2内设有蒸气发电机构，所述导流筒1上下两端均开口；所述导流筒1内设有蒸发管路，所述蒸发管路包括至少一个蒸发换热管3；所述导流筒1外设有冷凝管路，所述冷凝管路包括至少一个冷凝换热管4；所述蒸发管路的工质出口与所述密封壳体2内腔连通，所述冷凝管路的工质入口端连接于所述密封壳体2底部且与所述密封壳体2内腔导通，所述冷凝管路的工质出口与所述蒸发管路的工质入口连通。火炬放空的废气燃烧后，流过上方的导流筒1，并加热各蒸发换热管3内的液态工质5，在各蒸发换热管3形成高压蒸气，高压蒸气在蒸发换热管3内上升过程中，持续被导流筒1内的废气加热，从而可提高蒸气的品质；高压蒸气进入密封壳体2内驱动蒸气发电机构进行发电，实现火炬放空废气燃烧余热的利用；高压蒸气膨胀做功后成为饱和蒸气，进入各冷凝换热管4中，与外界空气换热后冷凝成为液态工质5，实现工质5的循环。本实施例提供的发电系统结构简单、紧凑，安全性高，不影响火炬工作，可有效利用火炬余热，提高经济效益。

其中，如图1，上述的蒸气发电机构优选为采用透平发电方式，即该蒸气发电机构包括透平6和发电机，所述透平6与所述发电机的转子7连接。其中，优选地，发电机的转子7安装于密封壳体2内，发电机的定子8安装于密封壳体2外壁上；发电机转子7上设有永磁铁，转子7随透平6转动时产生旋转磁场；发电机定子8优选为由多组线圈组成的绕组，在旋转的磁场中切割磁感线，可产生交变电流。上述透平6包括动叶栅与静叶栅，动叶栅与发电机转子7连接，静叶栅安装于密封壳体2内壁上，与动叶栅配合将高压蒸气的能量转化为机械能。上述密封壳体2优选为固连于导流筒1上部，其优选为采用环状结构，套装于导流筒1外，其顶端可与导流筒1顶端平齐，上述发电机定子8即设于密封壳体2与导流筒1之间的套装间隙中。

接续上述发电系统的结构，冷凝管路的出口端可由一分配管路将液态工质5均匀分配至各蒸发换热管3中，即设置一环形的分配管，各蒸发换热管3的入口端均与该分配管连通；本实施例中，优选为采取如图1和图2中的结构，即所述蒸发换热管3的数量与所述冷凝换热管4的数量相同且一一对应连接。

接续上述发电系统的结构，蒸发换热管3优选为采用多个，以提高火炬余热利用效率及发电效率；优选地，如图2，各所述蒸发换热管3在所述导流筒1内环形布置，进一步优选为均匀间隔环形布置，以减小各蒸发换热管3内产生的蒸汽品质的差异，提高发电机构的工作稳定性。

进一步优选地，如图1，各所述蒸发换热管3均优选为采用翅片管，可有效提高与火炬放空废气的换热效果。各所述冷凝换热管4均优选为采用翅片管，可有效提高与外界空气的换热效果。其中，每一翅片管式的蒸发换热管3可通过一蒸气管与密封壳体2连接，该蒸气管穿设在导流筒1的筒壁上；每一翅片管式的冷凝换热管4可通过一凝结水管与对应的蒸发换热管3连接，该凝结水管穿设在导流筒1的筒壁上。本实施例中，各蒸发换热管3及各冷凝换热管4均优选为竖直设置，当然也可倾斜设置，各蒸发换热管3之间以及各冷凝换热管4之间不发生互相干涉即可。进一步地，为提高冷凝换热管4与外界空气的换热效果，各冷凝换热管4可采用蛇形布置的方式。

进一步优选地，所述导流筒1筒壁内具有隔热层，通过该隔热层，实现导流筒1内燃烧废气与筒外空气之间的隔热，一方面保证导流筒1内燃烧废气的温度，提高与工质5的换热效果及发电效率，另一方面，避免导流筒1外周围空气被加热而影响与各冷凝换热管4的换热效果。本实施例中，优选地，所述导流筒1筒壁包括外层筒体和内层筒体，所述外层筒体与所述内层筒体之间抽真空形成有真空间隙层。

本实施例采用的工质5需满足：其沸点高于导流筒1外空气的最高温度，低于导流筒1内燃烧废气的最低温度，可采用水等无机物或四氯化碳等有机物。

实施例二

如图3和图4，本发明实施例提供一种利用火炬余热的发电系统，该发电系统的基本结构与上述实施例一中的发电系统的结构相同，区别在于导流筒1内各蒸发换热管3的布置方式。具体地，本实施例中，所述蒸发管路包括多个所述蒸发换热管3；各所述蒸发换热管3均包括竖直段和连接于所述竖直段底端的水平段301，沿竖直方向在所述导流筒1内形成有至少一层水平换热层，每一所述水平换热层包括平行布置的多个所述水平段301，每一所述水平换热层中，以垂直于对应的各所述水平段301的所述导流筒1的对称平面为基准面，每一所述水平段301的两端分别位于所述基准面的两侧。其中，每一水平段301的入口端连接于基准面一侧的导流筒1筒壁上，出口端延伸至基准面另一侧的导流筒1筒壁附近，以便于连接对应的竖直段；进一步优选地，每一水平换热层中，相邻两水平段301的入口端分列于对应的基准面的两侧，沿该基准面的延伸方向，对每一水平换热层中的各水平段301依次排序为1号、2号、3号、4号…，则奇数号的各水平段301连接的竖直段位于该基准面的同一侧，偶数号的各水平段301连接的竖直段位于该基准面的另一侧。通过上述结构，可充分利用导流筒1中部的燃烧废气热量和导流筒1内壁附近的燃烧废气热量，有效提高火炬燃烧废气的余热利用效果。

进一步地，本实施例中，所述水平换热层为两层，上层的各所述水平段301在下层中的投影均垂直于下层的各所述水平段301；也即上层水平换热层中的各水平段301在水平面上的投影与下层水平换热层中的各水平段301在水平面上的投影互相垂直。上述结构可进一步提高导流筒1中部的燃烧废气的热量利用效果，同时，使得导流筒1内壁附近沿周向均匀布置有竖直段，从而提高导流筒1内壁附近的燃烧废气的热量利用效果。当然，也可设置两层以上的水平换热层，但考虑到层数越多，各水平换热层产生的蒸气品质的差异度越大，进入各水平段301内的液态工质5的温度差异度也越大，因此，本实施例中，仅设置两层水平换热层。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用火炬余热的发电系统，其特征在于：包括用于架设在火炬上方的导流筒及密封壳体，所述密封壳体内设有蒸气发电机构，所述导流筒上下两端均开口；

所述导流筒内设有蒸发管路，所述蒸发管路包括至少一个蒸发换热管；

所述导流筒外设有冷凝管路，所述冷凝管路包括至少一个冷凝换热管；

所述蒸发管路的工质出口与所述密封壳体内腔连通，所述冷凝管路的工质入口端连接于所述密封壳体底部且与所述密封壳体内腔导通，所述冷凝管路的工质出口与所述蒸发管路的工质入口连通；

所述密封壳体为环形壳体，且套装于所述导流筒上部；

所述蒸气发电机构包括透平和发电机，所述透平包括动叶栅与静叶栅，所述动叶栅与所述发电机的转子连接，所述静叶栅安装于密封壳体内壁上并与所述动叶栅配合将高压蒸气的能量转化为机械能；所述转子安装于所述密封壳体内且所述发电机的定子安装于所述密封壳体外壁上，所述转子上设有永磁铁，所述转子随所述动叶栅转动时产生旋转磁场，所述定子为由多组线圈组成的绕组，在旋转的磁场中切割磁感线，产生交变电流。

2.如权利要求1所述的利用火炬余热的发电系统，其特征在于：各所述蒸发换热管均为翅片管。

3.如权利要求1所述的利用火炬余热的发电系统，其特征在于：各所述冷凝换热管均为翅片管。

4.如权利要求1所述的利用火炬余热的发电系统，其特征在于：所述蒸发换热管的数量与所述冷凝换热管的数量相同且一一对应连接。

5.如权利要求1所述的利用火炬余热的发电系统，其特征在于：各所述蒸发换热管在所述导流筒内环形布置。

6.如权利要求1所述的利用火炬余热的发电系统，其特征在于：所述蒸发管路包括多个所述蒸发换热管；

各所述蒸发换热管均包括竖直段和连接于所述竖直段底端的水平段，沿竖直方向在所述导流筒内形成有至少一层水平换热层，每一所述水平换热层包括平行布置的多个所述水平段，每一所述水平换热层中，以垂直于对应的各所述水平段的所述导流筒的对称平面为基准面，每一所述水平段的两端分别位于所述基准面的两侧。

7.如权利要求6所述的利用火炬余热的发电系统，其特征在于：所述水平换热层为两层，上层的各所述水平段在下层中的投影均垂直于下层的各所述水平段。

8.如权利要求1所述的利用火炬余热的发电系统，其特征在于：所述导流筒筒壁内具有隔热层。

9.如权利要求8所述的利用火炬余热的发电系统，其特征在于：所述导流筒筒壁包括外层筒体和内层筒体，所述外层筒体与所述内层筒体之间形成有真空间隙层。