CN107218094A - 一种多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置 - Google Patents

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黄靖伦
王建军
朱道飞
韩金蓉
贾炯
石磊
陈娅
王维蔚
马欲翔
赵玲玲
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Abstract

本发明涉及一种多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,属于能源与环境技术领域。该装置采用纯工质的多压闪蒸有机朗肯循环技术改善余热锅炉换热中冷热流体间的温度匹配性能,余热首先将有机工质加热至饱和液体状态,再多次降至不同压力下闪蒸,利用各次闪蒸过程中产生的蒸汽在透平中膨胀,对外输出功量,实现余热的高效转换。本发明装置省去了常规自然循环蒸汽锅炉中设置的汽液分离设备(汽包)、下降管、蒸发面(水冷壁)及各联箱,极大地简化了余热加热器的结构,进一步降低了设备造价,彻底解决了余热加热器中汽水管路发生水力不稳定流动的问题。

Description

一种多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,属于能源与环境技术领 域。
背景技术
[0002] 我国有大量的余热资源,尤其是各种烟气余热资源具有回收可行性较高、经济性 较好的特点。在钢铁、水泥、烧碱、合成氨、玻璃、硫酸、电石等多个高能耗产业的生产过程 中,很多中低温余热都未加以回收利用,仅中低温烟气余热的可开发利用潜力就超过1亿吨 标煤。目前,许多理论研宄及工程实践均证明有机朗肯循环是高效回收中低温余热的一项 重要技术。因余热在释放热量过程中处于温度不断变化的过程中,为了进一步提高有机朗 肯循环的效率,国内外许多研宄者均提出采用非共沸混合工质改善余热锅炉换热中冷热流 体间的温度匹配性能,但因混合工质泄露后难以准确确定充加组元工质的数量,导致系统 性能改变,同时混合工质传热性能的降低会增大换热设备的投资。
发明内容
[0003] 本发明针对现有技术存在的问题,提供一种多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装 置,采用纯工质的多压闪蒸有机朗肯循环技术改善余热锅炉换热中冷热流体间的温度匹配 性能,余热首先将有机工质加热至饱和液体状态,再多次降至不同压力下闪蒸,利用各次闪 蒸过程中产生的蒸汽在透平中膨胀,对外输出功量,实现余热的高效转换。
[0004] 本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是: 一种多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,包括多级减压闪蒸蒸汽发生系统、有机 朗肯循环系统、冷却水循环系统,多级减压闪蒸蒸汽发生系统包括余热加热器1、第1级闪蒸 器2、第2级闪蒸器3、第3级闪蒸器4、第1级减压阀、第2级减压阀、第3级减压阀,有机朗肯循 环系统包括透平5、发电机9、冷凝器10、储液罐11、工质给液泵12,透平5上设置有1级进汽口 6、2级进汽口 7、3级进汽口 8,冷却水循环系统包括冷凝器1〇、循环水泵13、冷却塔14,余热加 热器1的工质出口通过管道与第1级减压阀连接,第1级减压阀通过管道与第1级闪蒸器2的 进口连接,第1级闪蒸器2顶端的饱和蒸汽出口通过管道与透平5的1级进汽口6连接且底部 的饱和液体出口通过管道与第2级减压阀连接,第2级减压阀通过管道与第2级闪蒸器3的进 口连接,第2级闪蒸器3顶端的饱和蒸汽出口通过管道与透平5的2级进汽口6连接且底部的 饱和液体出口通过管道与第3级减压阀连接,第3级减压阀通过管道与第3级闪蒸器3的进口 连接,第3级闪蒸器3顶端的饱和蒸汽出口通过管道与透平5的3级进汽口7连接且底部的饱 和液体出口通过管道与储液罐11连接,透平5的乏汽出口通过管道与冷凝器1〇的蒸汽进口 连接,冷凝器10的液体出口通过管道与凝结泵15的进口连接,凝结泵15的出口通过管道与 储液罐11的进口连接,储液罐11的出口通过管道与工质给液栗12的进口连接,工质给液栗 12的出口通过管道与余热加热器1的工质进口连接,冷却塔14的出水口通过管道与循环水 泵13的进水口连接,循环水栗13的出水口通过管道与冷凝器1〇的进水口连接,冷凝器10的 出水口通过管道与冷却塔14连接,发电机9与透平5同轴连接; 进一步地,多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置还包括柴油机废气排放系统,柴油 机废气排放系统包括排气阀16、排气管道17、废气涡轮18,排气阀16通过排气管道17与废气 涡轮18的进气口连接,废气涡轮18的出气口通过管道与余热加热器1的余热进口连接; 进一步地,多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置还包括太阳能集热系统,太阳能集 热系统包括槽式太阳能集热器19、导热油泵20,槽式太阳能集热器19的出口通过管道与余 热加热器1的余热进口连接,余热加热器1的余热出口通过管道与导热油栗20的进口连接, 导热油泵20的出口通过管道与槽式太阳能集热器19的进口连接; 所述多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置适用于干流体或等熵流体循环工质; 所述闪蒸器为常规闪蒸器; 在余热加热器1中有机工质吸收余热释放的热量加热至对应压力下的饱和液体状态, 饱和液体状态的有机工质减压后进入第1级闪蒸器2进行气液分离,产生的饱和蒸汽进入透 平5的1级进汽口膨胀做功,推动汽轮发电机组对外输出有用功,第1级闪蒸器2中的饱和液 体再次减压后进入较低压力的第2级闪蒸器3进行气液分离器,闪蒸饱和蒸汽进入透平5的2 级进汽口 7膨胀做功,增大透平的输出功率,第2级闪蒸器3分离出的饱和液体又一次减压后 进入更低压力的第3级闪蒸器4进行气液分离器,第3级闪蒸器中分离出的闪蒸饱和蒸汽也 进入透平5的3级进汽口 8膨胀做功,进一步增大透平5的输出功率。在需要时可继续减至多 个不同压力下进行扩容闪蒸,闪蒸饱和蒸汽同样引入透平5相应进汽口膨胀做功,增大透平 的输出功率,第3级闪蒸器4中分离出的饱和液体则流回储液罐11,与从冷凝器10来的凝结 液一起作为有机朗肯循环的工质给液。
[0005] 本发明的有益效果: (1) 本发明的多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,有机工质在余热加热器中不发 生相变,无需使用混合工质便可以实现余热加热器中冷热流体温度更好的匹配,极大地减 小温差传热损失,实现余热资源的高效回收利用; (2) 本发明的多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,由于在换热的过程中有机工质 至始至终均以液态的形式存在,换热系数较高,可减少换热面积,提高低温余热发电ORC系 统的经济性能; (3) 本发明的多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置省去了常规自然循环蒸汽锅炉中 设置的汽液分离设备(汽包)、下降管、蒸发面(水冷壁)及各联箱,极大地简化了余热加热器 的结构,进一步降低了设备造价,彻底解决了余热加热器中汽水管路发生水力不稳定流动 的问题。
附图说明
[0006] 图1是本发明实施例1的示意图; 图2是本发明实施例2的示意图; 图3是本发明实施例3的示意图; 图中,1-余热加热器(余热锅炉),2_第1级闪蒸器,3_第2级闪蒸器,4-第3级闪蒸器,f5-透平,6-1级进汽口,7-2级进汽口,8-3级进汽口,9-发电机,10-冷凝器,11-储液罐,12-工质 给液栗,13-循环水栗,14-冷却塔,15-凝结栗,16_柴油机排气阀,17-排气管道,18-废气涡 轮,19-槽式太阳能集热器,2〇-导热油泵。
具体实施方式
[0007] 下面结合具体实施方式,对本发明作进一步说明。
[0008] 实施例1:如图1所示,一种多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,包括多级减压 闪蒸蒸汽发生系统、有机朗肯循环系统、冷却水循环系统,多级减压闪蒸蒸汽发生系统包括 余热加热器1、第1级闪蒸器2、第2级闪蒸器3、第3级闪蒸器4、第1级减压阀(VI)、第2级减压 阀(V2)、第3级减压阀(V3),有机朗肯循环系统包括透平5、发电机9、冷凝器10、储液罐11、工 质给液泵12,透平5上设置有1级进汽口 6、2级进汽口 7、3级进汽口 8,冷却水循环系统包括冷 凝器10、循环水栗13、冷却塔14,余热加热器1的工质出口通过管道与第1级减压阀(VI)连 接,第1级减压阀(VI)通过管道与第1级闪蒸器2的进口连接,第1级闪蒸器2顶端的饱和蒸汽 出口通过管道与透平5的1级进汽口 6连接且底部的饱和液体出口通过管道与第2级减压阀 (V2)连接,第2级减压阀(V2)通过管道与第2级闪蒸器3的进口连接,第2级闪蒸器3顶端的饱 和蒸汽出口通过管道与透平5的2级进汽口 6连接且底部的饱和液体出口通过管道与第3级 减压阀(V3)连接,第3级减压阀(V3)通过管道与第3级闪蒸器3的进口连接,第3级闪蒸器3顶 端的饱和蒸汽出口通过管道与透平5的3级进汽口7连接且底部的饱和液体出口通过管道与 储液罐11连接,透平5的乏汽出口通过管道与冷凝器10的蒸汽进口连接,冷凝器10的液体出 口通过管道与凝结栗15的进口连接,凝结泵15的出口通过管道与储液罐11的进口连接,储 液罐11的出口通过管道与工质给液泵12的进口连接,工质给液栗12的出口通过管道与余热 加热器1的工质进口连接,冷却塔14的出水口通过管道与循环水栗13的进水口连接,循环水 栗13的出水口通过管道与冷凝器10的进水口连接,冷凝器10的出水口通过管道与冷却塔14 连接形成冷却水循环回路,发电机9与透平5同轴连接。
[0009] 实施例2:如图2所示,本实施例中多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置与实施 例1的多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置结构基本一致,唯一不同之处在于:还包括柴 油机废气排放系统,柴油机废气排放系统包括排气阀16、排气管道17、废气涡轮18,排气阀 16通过排气管道17与废气涡轮18的进气口连接,废气涡轮18的出气口通过管道与余热加热 器1的余热进口连接,余热加热器1的余热出口气体直接排放。
[0010]实施例3:如图3所示,本实施例中多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置与实施 例1的多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置结构基本一致,唯一不同之处在于:还包括太 阳能集热系统,太阳能集热系统包括槽式太阳能集热器19、导热油泵20,槽式太阳能集热器 I9的出口通过管道与余热加热器1的余热进口连接,余热加热器1的余热出口通过管道与导 热油泵2〇的进口连接,导热油栗2〇的出口通过管道与槽式太阳能集热器19的进口连接形成 余热回路。
[0011]上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明,但是本发明并不限于上述实 施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下 作出各种变化。

Claims (4)

1. 一种多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,其特征在于:包括多级减压闪蒸蒸汽 发生系统、有机朗肯循环系统、冷却水循环系统,多级减压闪蒸蒸汽发生系统包括余热加热 器(1)、第1级闪蒸器(2)、第2级闪蒸器(3)、第3级闪蒸器(4)、第1级减压阀、第2级减压阀、第 3级减压阀,有机朗肯循环系统包括透平(5)、发电机(9)、冷凝器(1〇)、储液罐(11)、工质给 液泵(12),透平(5)上设置有1级进汽口(6)、2级进汽口(7)、3级进汽口(8),冷却水循环系统 包括冷凝器(10)、循环水栗(13)、冷却塔(14),余热加热器(1)的工质出口通过管道与第1级 减压阀连接,第1级减压阀通过管道与第1级闪蒸器⑵的进□连接,第1级闪蒸器⑵顶端的 饱和蒸汽出口通过管道与透平(5)的1级进汽口(6)连接且底部的饱和液体出口通过管道与 第2级减压阀连接,第2级减压阀通过管道与第2级闪蒸器(3)的进口连接,第2级闪蒸器(3) 顶端的饱和蒸汽出口通过管道与透平(5)的2级进汽口(6)连接且底部的饱和液体出口通过 管道与第3级减压阀连接,第3级减压阀通过管道与第3级闪蒸器(3)的进口连接,第3级闪蒸 器(3)顶端的饱和蒸汽出口通过管道与透平(5)的3级进汽口(7)连接且底部的饱和液体出 口通过管道与储液罐(11)连接,透平(5)的乏汽出口通过管道与冷凝器(1 〇)的蒸汽进口连 接,冷凝器(1 〇)的液体出口通过管道与凝结栗(15)的进口连接,凝结栗(15)的出口通过管 道与储液罐(11)的进口连接,储液罐(11)的出口通过管道与工质给液栗(12)的进口连接, 工质给液泵(12)的出口通过管道与余热加热器(1)的工质进口连接,冷却塔(14)的出水口 通过管道与循环水栗(13)的进水口连接,循环水泵(13)的出水口通过管道与冷凝器(10)的 进水口连接,冷凝器(10)的出水口通过管道与冷却塔(14)连接,发电机(9)与透平(5)同轴 连接。
2. 根据权利要求1所述的多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,其特征在于:还包括 柴油机废气排放系统,柴油机废气排放系统包括排气阀(16)、排气管道(17)、废气渦轮 (18) ,排气阀(16)通过排气管道(17)与废气涡轮(18)的进气口连接,废气涡轮(18)的出气 口通过管道与余热加热器(1)的余热进口连接。
3.根据权利要求1所述的多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,其特征在于:还包括 太阳能集热系统,太阳能集热系统包括槽式太阳能集热器(19)、导热油泵(20),槽式太阳能 集热器I9的出口通过管道与余热加热器(1)的余热进口连接,余热加热器(1)的余热出口通 过管道与导热油栗(20)的进口连接,导热油泵(20)的出口通过管道与槽式太阳能集热器 (19) 的进口连接。
4.根据权利要求1所述的多压闪蒸有机朗肯循环余热发电的装置,其特征在于:所述装 置适用于干流体或等熵流体循环工质。
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