CN108868932A - 低温余热发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温余热发电装置，包括：工作介质输送管路、余热流体输送管路、冷却水输送管路、用蒸发器、冷凝器、设置于所述工作介质输送管路上的透平机、与所述透平机连接的发电机及设置于所述工作介质输送管路上的用于对进入所述冷凝器和流出所述冷凝器的工作介质进行热交换的换热器。本发明的低温余热发电装置，通过蒸发器实现工作介质和余热流体之间的热交换，从而能对余热流体中的热量进行高效率回收，并通过透平机、发电机将从余热流体中的能量进一步转换成电能，能实现石油化工、电力、造纸、纺织、冶金等行业中存在的大量余热流体中的低品位热能的大幅度回收，能提高能源的利用率，能为相关行业的节能减排做出重大贡献。
Description
技术领域
本发明涉及余热发电技术领域，特别涉及一种低温余热发电装置。
背景技术
伴随着可持续发展、循环经济、节能减排以及低碳经济等一个个观念的提出，我国的余热发电行业经历了从无到有、从小到大的发展历程。
余热发电是指利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术。余热发电不仅节能，还有利于环境保护。余热发电的重要设备是余热锅炉。它利用废气、废液等工质中的热或可燃质作热源，生产蒸汽用于发电。由于工质温度不高，故锅炉体积大，耗用金属多。用于发电的余热主要有高温烟气余热，化学反应余热、废气、废液余热、低温余热，低于200℃等。
余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。钢铁行业加热炉高温烟气回收发电技术当年可收回全部成本，热量利用率提高5-10％。
余热的回收利用途径很多。一般说来，综合利用余热最好；其次是直接利用；第三是间接利用(产生蒸汽用来发电)。余热中蕴藏巨大能量，回收其中的能源不仅能提高能量利用率，还能节能减排，保护环境，所以，现在需要设计研发一种结构简单、效率高的余热发电装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低温余热发电装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低温余热发电装置，包括：工作介质输送管路、余热流体输送管路、冷却水输送管路、用于实现工作介质和余热流体之间的热交换的蒸发器、用于实现工作介质和冷却水之间的热交换的冷凝器、设置于所述工作介质输送管路上的透平机、与所述透平机连接的发电机及设置于所述工作介质输送管路上的用于对进入所述冷凝器和流出所述冷凝器的工作介质进行热交换的换热器。
优选的是，所述余热流体输送管路包括与所述蒸发器的热介质入口、出口分别连接的余热流体输入管道和余热流体输出管道以及设置于所述余热流体输输入管道或余热流体输输出管道上的余热流体泵。
优选的是，所述工作介质输送管路包括一端与所述蒸发器的冷介质出口连接且另一端连接到所述透平机的介质入口的第一介质管道、一端与所述透平机的介质出口连接且另一端连接到所述换热器的热介质入口的第二介质管道、一端与所述换热器的热介质出口连接且另一端连接到所述冷凝器的热介质入口的第三介质管道、一端与所述冷凝器的热介质出口连接且另一端连接到所述换热器的冷介质入口的第四介质管道、一端与所述换热器的冷介质出口连接且另一端连接到所述蒸发器的冷介质入口的第五介质管道以及设置于所述第四介质管道上的工作介质泵。
优选的是，所述冷却水输送管路包括与所述冷凝器的冷介质入口、出口分别连接的冷却水输入管道和冷却水输出管道以及设置于所述冷却水输入管道或冷却水输出管道上的冷却水泵。
优选的是，所述第一介质管道上还设置有用于将多组所述蒸发器的冷介质出口流出的工作介质汇集到所述透平机的介质入口第一集液管；
所述第五介质管道上还设置有用于将所述换热器的冷介质出口流出的工作介质分流到多组所述蒸发器的冷介质入口的分液管。
优选的是，所述第四介质管道上还设置有用于将多组所述冷凝器的热介质出口流出的工作介质汇集的集液灌、与所述集液灌的出口端连接的多个过滤器及与所述多个过滤器的出口端连接的第二集液管，所述第二集液管的另一端连接到所述工作介质泵入口端。
优选的是，还包括壳体，所述蒸发器和冷凝器均安装在所述壳体的后安装板上，所述蒸发器的热介质入口和出口分别设置在其背面上部和下部，以与壳体外的余热流体输送管路连接；所述冷凝器的冷介质入口和出口分别设置在其背面下部和上部，以与壳体外的冷却水输送管路连接。
优选的是，所述集液灌安装于所述壳体的底板上，其上部通过所述第四介质管道的部分与多个所述冷凝器的正面下部的热介质出口连接；所述过滤器连接在所述集液灌的一侧，所述过滤器的出口端连接到工作介质泵下部的入口端，所述工作介质泵上部的出口端连接到所述换热器。
优选的是，所述换热器通过第一支撑板设置于所述冷凝器的上方；所述换热器的冷介质出口通过所述第五介质管道的部分连接到所述分液管，所述分液管的另一端与多个所述蒸发器正面下部的冷介质入口连接，多个所述蒸发器正面上部的冷介质出口与所述第一集液管连接，所述第一集液管的另一端连接到所述透平机底部的介质入口。
优选的是，所述壳体内还的上部还设置有第二支撑板，所述透平机和发电机均设置于所述第二支撑板上；所述壳体的底板上还设置有与所述发电机连接的整流器及与所述整流器连接的逆变器。
本发明的有益效果是：本发明的低温余热发电装置，通过蒸发器实现工作介质和余热流体之间的热交换，从而能对余热流体中的热量进行高效率回收，并通过透平机、发电机将从余热流体中的能量进一步转换成电能，能实现石油化工、电力、造纸、纺织、冶金等行业中存在的大量余热流体中的低品位热能的大幅度回收，能提高能源的利用率，能为相关行业的节能减排做出重大贡献。本发明中，通过换热器实现低温工作介质和较高温工作介质间的热交换，一方面对能经过冷凝气冷凝后流出的较低温的工作介质进行预热，以充分利用从透平机流出的较高温的工作介质中剩余的热量；另一方面又能对较高温的工作介质进行初步冷凝，提高冷凝效率。本发明结构简单，使用效果好，热效率高，具有极高的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明的低温余热发电装置的原理示意图；
图2为本发明的低温余热发电装置的结构示意图；
图3为本发明的低温余热发电装置的侧面视角的结构示意图；
图4为本发明的低温余热发电装置的另一个侧面视角的结构示意图；
图5为本发明的低温余热发电装置的背面视角的结构示意图。
附图标记说明：
1—蒸发器；2—冷凝器；3—透平机；4—发电机；5—换热器；10—壳体；11—后安装板；12—底板；13—第一支撑板；14—第二支撑板；15—整流器；16—逆变器；17—蒸发器的热介质入口；18—蒸发器的热介质出口；20—冷凝器的冷介质入口；21—冷凝器的冷介质出口；50—余热流体输入管道；51—余热流体输出管道；52—余热流体泵；60—第一介质管道；61—第二介质管道；62—第三介质管道；63—第四介质管道；64—第五介质管道；65—工作介质泵；66—第一集液管；67—集液灌；68—过滤器；69—分液管；70—冷却水输入管道；71—冷却水输出管道；72—冷却水泵。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-5所示，本实施例的一种低温余热发电装置，包括：工作介质输送管路、余热流体输送管路、冷却水输送管路、用于实现工作介质和余热流体之间的热交换的蒸发器、用于实现工作介质和冷却水之间的热交换的冷凝器、设置于所述工作介质输送管路上的透平机、与所述透平机连接的发电机及设置于所述工作介质输送管路上的用于对进入所述冷凝器和流出所述冷凝器的工作介质进行热交换的换热器。
其中，所述余热流体输送管路包括与所述蒸发器的热介质入口、出口分别连接的余热流体输入管道和余热流体输出管道以及设置于所述余热流体输输入管道或余热流体输输出管道上的余热流体泵。
其中，所述工作介质输送管路包括一端与所述蒸发器的冷介质出口连接且另一端连接到所述透平机的介质入口的第一介质管道、一端与所述透平机的介质出口连接且另一端连接到所述换热器的热介质入口的第二介质管道、一端与所述换热器的热介质出口连接且另一端连接到所述冷凝器的热介质入口的第三介质管道、一端与所述冷凝器的热介质出口连接且另一端连接到所述换热器的冷介质入口的第四介质管道、一端与所述换热器的冷介质出口连接且另一端连接到所述蒸发器的冷介质入口的第五介质管道以及设置于所述第四介质管道上的工作介质泵。
其中，所述冷却水输送管路包括与所述冷凝器的冷介质入口、出口分别连接的冷却水输入管道和冷却水输出管道以及设置于所述冷却水输入管道或冷却水输出管道上的冷却水泵。
其中，所述第四介质管道上还设置有用于将多组所述冷凝器的热介质出口流出的工作介质汇集的集液灌、与所述集液灌的出口端连接的多个过滤器及与所述多个过滤器的出口端连接的第二集液管，所述第二集液管的另一端连接到所述工作介质泵入口端。过滤器能过滤掉工作介质中的杂质，保证系统正常运行。
参照图1，本发明的系统通过工作介质与余热流体进行热交换，吸收余热流体中的热量，并转化为电能，其工作原理为：
在工作介质泵的作用下，工作介质从蒸发器的冷介质入口进入，与由蒸发器的热介质入口进入的余热流体进行热交换，工作介质吸收热量后被气化，从蒸发器的冷介质出口流出，通过第一介质管道输送进入透平机，将工作介质中的能量转化为机械能，再通过与透平机连接的发电机转化为电能；
从透平机流出的工作介质(较高温的工作介质)再通过第二介质管道输送，由换热器的热介质入口进入，与从换热器的冷介质入口进入的经过冷凝气冷凝后流出的工作介质(较低温的工作介质)进行热交换，一方面对经过冷凝气冷凝后流出的较低温的工作介质进行预热，以充分利用从透平机流出的较高温的工作介质中剩余的热量；另一方面又能对较高温的工作介质进行初步冷凝，提高冷凝效率；
在换热器中进行热交换后的工作介质再通过第三介质管道输送到冷凝器的热介质入口，与由冷凝器的冷介质入口进入的冷却水进行热交换，气态的工作介质放出热量被液化，然后从冷凝器的热介质出口排出，进入集液灌，再经过过滤器后输送至换热器的冷介质入口，液化后的低温工作介质吸收换热器热端的较高温的工作介质中的热量，被预热，再从换热器的冷介质入出口流出，输送中蒸发器的冷介质入口，如此循环往复。
在一种实施例中，所述第一介质管道上还设置有用于将多组所述蒸发器的冷介质出口流出的工作介质汇集到所述透平机的介质入口第一集液管；所述第五介质管道上还设置有用于将所述换热器的冷介质出口流出的工作介质分流到多组所述蒸发器的冷介质入口的分液管，便于管道布置和工作介质输送。
其中，应当理解的是：蒸发器、冷凝器换热器的冷热介质是针对两两进行换热的流体之间相对温度而言的，即蒸发器中冷介质为工作介质，热介质为余热流体；冷凝器中冷介质为冷却水，热介质为工作介质；换热器中冷介质为经过冷凝气冷凝后的较低温的工作介质，热介质为从透平机流出的较高温的工作介质。
参照图2-5，在一种实施了中，将该系统具体应用设计为箱体式的装置，还包括用于安装各个组件的壳体，所述蒸发器和冷凝器均安装在所述壳体的后安装板上，所述蒸发器的热介质进口和出口分别设置在其背面上部和下部，以与壳体外的余热流体输送管路连接；所述冷凝器的冷介质进口和出口分别设置在其背面下部和上部，以与壳体外的冷却水输送管路连接；
所述集液灌安装于所述壳体的底板上，其上部通过所述第四介质管道的部分与多个所述冷凝器的正面下部的热介质出口连接；所述过滤器连接在所述集液灌的一侧，所述过滤器的出口端连接到工作介质泵下部的入口端，所述工作介质泵上部的出口端连接到所述换热器；且过滤器处于冷凝器下部，以使组件安装布置更为紧凑；
所述换热器通过第一支撑板设置于所述冷凝器的上方；所述换热器的冷介质出口通过所述第五介质管道的部分连接到所述分液管，所述分液管的另一端与多个所述蒸发器正面下部的冷介质入口连接，多个所述蒸发器正面上部的冷介质出口与所述第一集液管连接，所述第一集液管的另一端连接到所述透平机底部的介质入口；
所述壳体内还的上部还设置有第二支撑板，所述透平机和发电机均设置于所述第二支撑板上；所述壳体的底板上还设置有与所述发电机连接的整流器及与所述整流器连接的逆变器。其中，整流器对发电机输出的电进行整流，然后通过逆变器并网。
其中，工作介质优选为氟利昂，透平机可为压缩机；低温流体可为70℃以上的热水或100℃气体含水蒸汽及140℃以上的烟气，该低温余热发电装置可应用的行业包括，但不仅限于以下行业：石油化工、电力、造纸、纺织、冶金等。
在一种实施例中，蒸发器包括上下两组，每组均包括3台；冷凝器包括上下两组，每组均包括5台。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (10)
1.一种低温余热发电装置，其特征在于，包括：工作介质输送管路、余热流体输送管路、冷却水输送管路、用于实现工作介质和余热流体之间的热交换的蒸发器、用于实现工作介质和冷却水之间的热交换的冷凝器、设置于所述工作介质输送管路上的透平机、与所述透平机连接的发电机及设置于所述工作介质输送管路上的用于对进入所述冷凝器和流出所述冷凝器的工作介质进行热交换的换热器。
2.根据权利要求1所述的低温余热发电装置，其特征在于，所述余热流体输送管路包括与所述蒸发器的热介质入口、出口分别连接的余热流体输入管道和余热流体输出管道以及设置于所述余热流体输输入管道或余热流体输输出管道上的余热流体泵。
3.根据权利要求2所述的低温余热发电装置，其特征在于，所述工作介质输送管路包括一端与所述蒸发器的冷介质出口连接且另一端连接到所述透平机的介质入口的第一介质管道、一端与所述透平机的介质出口连接且另一端连接到所述换热器的热介质入口的第二介质管道、一端与所述换热器的热介质出口连接且另一端连接到所述冷凝器的热介质入口的第三介质管道、一端与所述冷凝器的热介质出口连接且另一端连接到所述换热器的冷介质入口的第四介质管道、一端与所述换热器的冷介质出口连接且另一端连接到所述蒸发器的冷介质入口的第五介质管道以及设置于所述第四介质管道上的工作介质泵。
4.根据权利要求3所述的低温余热发电装置，其特征在于，所述冷却水输送管路包括与所述冷凝器的冷介质入口、出口分别连接的冷却水输入管道和冷却水输出管道以及设置于所述冷却水输入管道或冷却水输出管道上的冷却水泵。
5.根据权利要求4所述的低温余热发电装置，其特征在于，所述第一介质管道上还设置有用于将多组所述蒸发器的冷介质出口流出的工作介质汇集到所述透平机的介质入口第一集液管；
所述第五介质管道上还设置有用于将所述换热器的冷介质出口流出的工作介质分流到多组所述蒸发器的冷介质入口的分液管。
6.根据权利要求5所述的低温余热发电装置，其特征在于，所述第四介质管道上还设置有用于将多组所述冷凝器的热介质出口流出的工作介质汇集的集液灌、与所述集液灌的出口端连接的多个过滤器及与所述多个过滤器的出口端连接的第二集液管，所述第二集液管的另一端连接到所述工作介质泵入口端。
7.根据权利要求1所述的低温余热发电装置，其特征在于，还包括壳体，所述蒸发器和冷凝器均安装在所述壳体的后安装板上，所述蒸发器的热介质入口和出口分别设置在其背面上部和下部，以与壳体外的余热流体输送管路连接；所述冷凝器的冷介质入口和出口分别设置在其背面下部和上部，以与壳体外的冷却水输送管路连接。
8.根据权利要求6所述的低温余热发电装置，其特征在于，所述集液灌安装于所述壳体的底板上，其上部通过所述第四介质管道的部分与多个所述冷凝器的正面下部的热介质出口连接；所述过滤器连接在所述集液灌的一侧，所述过滤器的出口端连接到工作介质泵下部的入口端，所述工作介质泵上部的出口端连接到所述换热器。
9.根据权利要求6所述的低温余热发电装置，其特征在于，所述换热器通过第一支撑板设置于所述冷凝器的上方；所述换热器的冷介质出口通过所述第五介质管道的部分连接到所述分液管，所述分液管的另一端与多个所述蒸发器正面下部的冷介质入口连接，多个所述蒸发器正面上部的冷介质出口与所述第一集液管连接，所述第一集液管的另一端连接到所述透平机底部的介质入口。
10.根据权利要求1所述的低温余热发电装置，其特征在于，所述壳体内还的上部还设置有第二支撑板，所述透平机和发电机均设置于所述第二支撑板上；所述壳体的底板上还设置有与所述发电机连接的整流器及与所述整流器连接的逆变器。
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2018
- 2018-07-12 CN CN201810761516.6A patent/CN108868932B/zh active Active
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