CN107339822A - 蒸汽冷凝液余热利用系统及余热利用方法 - Google Patents

蒸汽冷凝液余热利用系统及余热利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种蒸汽冷凝液余热利用系统，包括：余热深度制冷装置，余热发电装置和空冷器；所述余热深度制冷装置连接有蒸汽冷凝液管路，所述蒸汽冷凝液管路还连接于所述余热发电装置，所述余热深度制冷装置的蒸汽冷凝液排出管路与所述余热发电装置连接；所述余热发电装置通过80℃蒸汽冷凝液管路连接所述空冷器，所述空冷器连接有脱盐水站。本发明还提出一种蒸汽冷凝液余热利用方法。本发明利用蒸汽冷凝液余热深度制冷系统，将回收乙二醇生产过程中产生的132℃的高温蒸汽冷凝液作为热力驱动，利用新型吸收式制冷系统，制取生产过程中所需的‑20.2℃低温冷源。从而达到替代传统压缩式制冷系统、节约用电成本的目的。

Description

蒸汽冷凝液余热利用系统及余热利用方法
技术领域
本发明属于能源领域，具体涉及一种蒸汽冷凝液余热利用系统及余热利用方法。
背景技术
常规的汽轮机发电设备是以温度350℃以上的工作蒸汽为动力驱动。温度低于350℃的余热资源广泛存在与石油、化工、钢铁、建材、轻工等工业领域，温度低于350℃的中低品味余热通常以工业生产中的预热工序、生活热水等方式回收，这种直接回收的方式导致仍有大量的余热资源被浪费。
蒸汽冷凝液是蒸汽换热后产生的热水，其温度高于100℃，但是蒸汽冷凝液属于低温余热资源，利用效率不高，造成能源浪费。
ORC是有机朗肯循环Organic Rankine Cycle的缩写，其采用低沸点有机工质，可以充分利用低品位热源的余热资源实现朗肯循环发电，实现热功转换。有机朗肯循环是以低沸点有机物为工质，其发电系统主要由换热器、透平、冷凝器和工质泵组成，有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机。从透平排出的蒸汽在冷凝器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断地循环。
对于低温热水，ORC发电系统是可以用于利用其余热的适宜选择。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种蒸汽冷凝液余热利用系统。
本发明的另一目的是提出一种蒸汽冷凝液余热利用方法。
本发明上述目的通过以下技术方案来实现：
一种蒸汽冷凝液余热利用系统，包括：余热深度制冷装置，余热发电装置和空冷器；
所述余热深度制冷装置连接有蒸汽冷凝液管路，所述蒸汽冷凝液管路还连接于所述余热发电装置，
所述余热深度制冷装置的蒸汽冷凝液排出管路与所述余热发电装置连接；
所述余热发电装置通过蒸汽冷凝液管路连接所述空冷器，所述空冷器连接有脱盐水站。
其中，所述余热深度制冷装置为氨制冷螺杆冰机，制冷装置的冷源载冷介质为乙二醇溶液。
其中，所述余热深度制冷装置包括发生器、蒸发器、吸收器、冷凝器，所述吸收器通过富氨溶液管路连接所述发生器，所述发生器内设置加热元件，所述发生器通过氨气管路连接所述冷凝器、通过贫氨溶液管路连接所述吸收器；
所述冷凝器通过液氨管路连接所述蒸发器；所述蒸发器通过氨气管路连接所述吸收器。
其中，发生器底部通过管路连接有换热器，所述换热器与吸收器顶部连接
其中，所述余热发电装置为ORC(有机朗肯循环)发电机组，由蒸发式冷却器、预热器、蒸发器以及透平膨胀机构成朗肯循环发电机组，ORC工质为R245fa。
一种蒸汽冷凝液余热利用方法，包括步骤：
1)温度为130-135℃的蒸汽冷凝液，其质量的70～85％送往余热深度制冷装置制备以乙二醇为载体的冷冻液；
2)经余热深度制冷装置降温后的102～120℃蒸汽冷凝液以及剩余的130-135℃蒸汽冷凝液混合，送往ORC发电机组回收余热发电；
3)凝液温度降至约80℃送至空冷器，降至45℃送至脱盐水站进行处理。
其中，步骤1)中，流量为350～535t/h的130-135℃的蒸汽冷凝液，经泵加压至0.5～1.0MPa，送往余热深度制冷装置制备2000kw～3600KW冷量；制备得到-15至-25℃以乙二醇为载体的冷冻液；其中乙二醇的质量浓度为40～50wt％。
吸收式制冷循环可分为两个子循环来讨论：一个是多元溶液循环；一个是氨气循环。
具体地，步骤1)中，从吸收器来的富氨溶液在发生器中被加热至沸腾状态，大量的氨气分离出来，氨气进入到冷凝器被冷凝成液氨，然后进去到蒸发器中蒸发达到制冷的目的；而发生器中的富氨溶液蒸发掉部分氨后变为贫氨溶液，换热之后回到吸收器，在吸收器顶部喷淋，与从蒸发器过来的氨气接触，吸收氨气，使溶液浓度不断增加，吸收过程产生的热量由冷却器带走；吸收器出来的富氨溶液又重新泵入发生器，完成循环过程；
从发生器出来的氨蒸汽流入水冷方式的冷凝器，氨气凝结成液体进入蒸发器，在蒸发内蒸发。由于蒸发体积膨胀，氨气通过吸收器和蒸发器之间的管道进入吸收器，与贫氨溶液接触，氨气不断被贫氨溶液吸收。
上述的吸收式制冷是液体汽化制冷的一种形式，和蒸汽压缩式制冷一样，利用液态制冷剂在低温低压下汽化以达到制冷的目的。所不同的是蒸汽压缩式制冷是靠消耗机械功(或电能)是热量从低温向高温转移，而吸收式制冷则是消耗热能来完成这种非自发过程。NH3作为制冷剂有一系列的优点，如蒸发潜热大、制冷范围广、易于获得、价格便宜、是天然工质、对环境友好，只要克服其泄露以避免由其所以引起的刺激和毒害问题，不失为一种性能优良的制冷剂。
选用多元氨盐溶液的气相可以认为是纯氨气，提高了系统的效率，同时在热力学性质方面也存在其他优势。
其中，所述进入发生器的富氨溶液和所述蒸汽冷凝液的质量流量比例为1：4～8；进入发生器的富氨溶液压力为1.0～1.5Mpa。
其中，步骤2)中，经余热深度制冷装置降温后的蒸汽冷凝液与剩余的130-135℃蒸汽冷凝液混合，混合物温度为110～120℃，送往ORC发电机组回收余热发电。ORC工质和所述混合物的质量比例为0.5～8：1。
本发明的有益效果为：
本发明利用蒸汽冷凝液余热深度制冷系统，将回收乙二醇生产过程中产生的132℃的高温蒸汽冷凝液作为热力驱动，利用新型吸收式制冷系统，制取生产过程中所需的-20.2℃低温冷源。从而达到替代传统压缩式制冷系统、节约用电成本的目的。
该项目投资后，(1)节省了部分空冷器的投资费用，约为200万元。(2)节省了空冷器的耗电功率300kW，则节省电量约为：300kW*8000h＝240万度/年，约132万元/年。
附图说明
图1：余热发电机组装置设置示意图。
图2：余热深度制冷装置示意图。
图3：发电机组设置示意图。
图4：实施例1工作流程图。
图中，1：余热深度制冷装置，101：发生器、102：蒸发器，103：吸收器、104：冷凝器，105：GAX换热器，106：缓冲罐，107：预冷器，2：混凝土建筑物，3：行车，4：ORC发电机组，401：蒸发式冷却器，402：预热器，403：ORC蒸发器，5：高温热水管，6：低温热水管，7：就地压力表，8：就地温度计，9：截止阀，10：止回阀。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
本实施例的一种蒸汽冷凝液余热利用系统，包括：余热深度制冷装置1，余热发电装置和空冷器；所述余热深度制冷装置连接有蒸汽冷凝液管路，所述蒸汽冷凝液管路还连接于所述余热发电装置，所述余热深度制冷装置的蒸汽冷凝液排出管路与所述余热发电装置连接；所述余热发电装置通过80℃蒸汽冷凝液管路连接所述空冷器，所述空冷器连接有脱盐水站。
其中，所述余热深度制冷装置为氨制冷螺杆冰机，制冷装置的冷源载冷介质为乙二醇溶液。
参见图2，所述余热深度制冷装置1包括发生器101、蒸发器102、吸收器103、冷凝器104，所述吸收器103通过富氨溶液管路连接所述发生器101，所述发生器内设置加热元件，所述发生器通过氨气管路连接所述冷凝器104、通过贫氨溶液管路连接所述吸收器；
所述冷凝器通过液氨管路连接所述蒸发器；所述蒸发器通过氨气管路连接所述吸收器。发生器101底部通过管路连接有GAX换热器105、预冷器107，与吸收器顶部连接。蒸发器102出来的氨蒸汽管道经过缓冲罐106、流入水冷方式的冷凝器104。
其中，所述余热发电装置为ORC发电机组，ORC工质为R245fa。预热发电装置的结构参见图3，具体在工艺参数高温热水流量436t/h条件下，由DN300的高温热水管5(图中标为RSG)输送来，则用三台ORC发电机组4余热发电。发电机组的蒸发式冷却器401、预热器402、ORC蒸发器403以及透平膨胀机构成朗肯循环。所述余热发电装置为ORC发电机组4，共3个机组，图中以1#、2#、3#标记，机组在混凝土建筑物2内两层布置，参见图1和图3，，建筑物顶部设置行车3。ORC发电机组的蒸发式冷却器401布置在二层平台上。每台机组的出水支路上均设置有就地压力表7和就地温度计8，机组出水管道为DN250和DN300的低温热水管道6(图中标以RSH)，管道上设置截止阀9和止回阀10。
实施例2
利用实施例1的蒸汽冷凝液余热利用系统，对于流量为350～535t/h的130-135℃的蒸汽冷凝液，送往余热深度制冷装置制备冷量的范围在2000kw～3600KW。蒸汽冷凝液实际工况的波动范围为300t/h～568t/h，105℃～132℃，制备冷量的范围在上述范围内波动。
下面给出本发明方法的一种操作参数下的具体步骤(参见图4)：
1)温度为132℃的蒸汽冷凝液，流量436t/h，其中350t/h送往余热深度制冷装置制备以乙二醇为载体的冷冻液，流量240～260m3/h；
2)经余热深度制冷装置降温后的约110℃蒸汽冷凝液以及剩余的132℃、约86t/h蒸汽冷凝液混合，混合后436t/h、温度约114℃，送往ORC发电机组回收余热发电，输出电压10500V，发电量为1300KW，去除自用电后净发电约1000KW。
高温热水温度114.4℃、流量436t/h，由DN300的高温热水管5(图中标为RSG)输送来，1#、2#、3#发电机组流量均为145.3t/h，发电后汇至DN250和DN300的低温热水管道6(图中标以RSH)，流量436t/h、温度84.2℃。发电机组有机工质R145fa循环量287.2t/h(三台总)，有机工质进口温度88℃、三台机组出口温度分别为56.5℃、60.7℃和53.5℃。
3)凝液温度降至约80℃送至空冷器，降至45℃送至脱盐水站进行处理。
其中，步骤1)中，蒸汽冷凝液经泵加压至0.7MPa，送往余热深度制冷装置制备2400kw～3600KW冷量；制备得到-20.2℃以乙二醇为载体的冷冻液、流量441.8m3/h、进口压力0.9Mpa；其中乙二醇的质量浓度为46.4wt％。
步骤1)中，从吸收器来的富氨溶液进入发生器冷端的参数为：压力1.27MPa，流量72.4t/h，温度97.5℃；在发生器中被加热至沸腾状态，大量的氨气分离出来(发生器冷端出口氨气流量6.1t/h)，氨气进入到冷凝器被冷凝成液氨，然后进去到蒸发器中蒸发达到制冷的目的；而发生器中的富氨溶液蒸发掉部分氨后变为贫氨溶液，进入GAX换热器热端进口的参数为：压力1.27MPa，流量66.3t/h，温度125℃；换热之后回到吸收器，在吸收器顶部喷淋，与从蒸发器过来的氨气接触，吸收氨气，使溶液浓度不断增加，吸收过程产生的热量由冷却器带走；吸收器出来的富氨溶液又重新泵入发生器，完成循环过程；
从发生器出来的氨蒸汽流入水冷方式的冷凝器，氨气凝结成液体进入蒸发器，在蒸发内蒸发。由于蒸发体积膨胀，氨气通过吸收器和蒸发器之间的管道进入吸收器，与贫氨溶液接触，氨气不断被贫氨溶液吸收。
该项目投资后，年运行时间8000小时，(1)节省了部分空冷器的投资费用，约为200万元。(2)节省了空冷器的耗电功率300kW，则节省电量约为：300kW*8000h＝240万度/年，约132万元/年。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种蒸汽冷凝液余热利用系统，其特征在于，包括：余热深度制冷装置，余热发电装置和空冷器；
所述余热深度制冷装置连接有蒸汽冷凝液管路，所述蒸汽冷凝液管路还连接于所述余热发电装置，
所述余热深度制冷装置的蒸汽冷凝液排出管路与所述余热发电装置连接；
所述余热发电装置通过蒸汽冷凝液管路连接所述空冷器，所述空冷器连接有脱盐水站。
2.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝液余热利用系统，其特征在于，所述余热深度制冷装置为氨制冷螺杆冰机，制冷装置的冷源载冷介质为乙二醇溶液。
3.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝液余热利用系统，其特征在于，所述余热深度制冷装置包括发生器、蒸发器、吸收器、冷凝器，所述吸收器通过富氨溶液管路连接所述发生器，所述发生器内设置加热元件，所述发生器通过氨气管路连接所述冷凝器、通过贫氨溶液管路连接所述吸收器；
所述冷凝器通过液氨管路连接所述蒸发器；所述蒸发器通过氨气管路连接所述吸收器。
4.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝液余热利用系统，其特征在于，发生器底部通过管路连接有换热器，所述换热器与吸收器顶部连接。
5.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝液余热利用系统，其特征在于，所述余热发电装置为ORC发电机组，由蒸发式冷却器、预热器、蒸发器以及透平膨胀机构成朗肯循环发电机组，ORC工质为R245fa。
6.一种蒸汽冷凝液余热利用方法，其特征在于，包括步骤：
1)温度为130-135℃的蒸汽冷凝液，其质量的70～85％送往余热深度制冷装置制备以乙二醇为载体的冷冻液；
2)经余热深度制冷装置降温后的102～120℃蒸汽冷凝液以及剩余的130-135℃蒸汽冷凝液混合，送往ORC发电机组回收余热发电；
3)凝液温度降至约80℃送至空冷器，降至45℃送至脱盐水站进行处理。
7.根据权利要求6所述的蒸汽冷凝液余热利用方法，其特征在于，步骤1)中，流量为350～535t/h的130-135℃的蒸汽冷凝液，经泵加压至0.5～1.0MPa，送往余热深度制冷装置制备2000kw～3600KW冷量；制备得到-15至-25℃以乙二醇为载体的冷冻液；其中乙二醇的质量浓度为40～50wt％。
8.根据权利要求6所述的蒸汽冷凝液余热利用方法，其特征在于，步骤1)中，从吸收器来的富氨溶液在发生器中被加热至沸腾状态，大量的氨气分离出来，氨气进入到冷凝器被冷凝成液氨，然后进去到蒸发器中蒸发达到制冷的目的；而发生器中的富氨溶液蒸发掉部分氨后变为贫氨溶液，换热之后回到吸收器，在吸收器顶部喷淋，与从蒸发器过来的氨气接触，吸收氨气，使溶液浓度不断增加，吸收过程产生的热量由冷却器带走；吸收器出来的富氨溶液又重新泵入发生器，完成循环过程；
从发生器出来的氨蒸汽流入水冷方式的冷凝器，氨气凝结成液体进入蒸发器，在蒸发内蒸发。由于蒸发体积膨胀，氨气通过吸收器和蒸发器之间的管道进入吸收器，与贫氨溶液接触，氨气不断被贫氨溶液吸收。
9.根据权利要求8所述的蒸汽冷凝液余热利用方法，其特征在于，所述进入发生器的富氨溶液和所述蒸汽冷凝液的质量流量比例为1：4～8；进入发生器的富氨溶液压力为1.0～1.5Mpa。
10.根据权利要求6～9任一项所述的蒸汽冷凝液余热利用方法，其特征在于，步骤2)中，经余热深度制冷装置降温后的蒸汽冷凝液与剩余的130-135℃蒸汽冷凝液混合，混合物温度为110～120℃，送往ORC发电机组回收余热发电；ORC工质和所述混合物的质量比例为0.5～8：1。
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