CN109139163A - 一种低温余热发电的装置与方法 - Google Patents

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倪建东
程硕
力杰
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Abstract

本发明公开了一种低温余热发电的装置与方法，包括通过管路依次连接的废气发生装置、蒸发器、低温发电机组和冷却水塔；所述低温发电机组通过管路分别与蒸发器、冷却水塔连接形成回路；所述低温发电机组包括双螺杆膨胀机、冷凝器、冷却水泵、高压工质泵、预热器和发电机，其中所述双螺杆膨胀机的输出轴连接发电机，输入端与蒸发器的一个输出端连接，输出端与冷凝器的一个输入端连接，所述冷凝器的一个输出端通过设有高压工质泵的管路与预热器的输入端连接，另一个输出端与冷却水塔的输入端连接，冷凝器的另一个输入端与冷却水塔的输出端通过设有冷却水泵的管路连接形成回路，所述预热器的输出端与蒸发器的另一个输入端连接。

Description

一种低温余热发电的装置与方法
技术领域
本发明属于低温余热回收技术，特别是指对排放的废热气体降温冷却时余热的回收利用。
背景技术
近年来，工业余热的回收利用在节能减排中成为愈来愈重要的角色。人类所利用的热能中有50%最终以低品位废热的形式直接排放。工业余热一般分为400℃以上的高温余热，400℃-150℃的中温余热和150℃以下的低温余热。近几年来，用于回收烟气中的高温余热和中温余热发电技术得到了广范的推广，并取得了很好的经济环境效益。但是对于150℃以下的低温余热，主要是以换热的方式回收利用，如烟气，工艺废气等。
电能是高品位能源，随着我国经济的高速发展，我国工业对电力资源的需求越来越大，尤其是近几年来，电力资源的供给出现了供不应求的局面，甚至有的地区对高用电的企业实行了用电限制。若能将生产工艺中大量的余热利用起来，转化成电力输出再供给企业自用或并网，将缓解企业因用电增加的成本，形成资源利用的良好循环。目前，越来越多的企业都已经引入了余热发电技术，但是对于150℃以下的余热发电，目前仍存在技术难度。
在塑胶工艺生产中的废热气体一般在130-160℃之间，排放之前需要冷却降温，使其中含有的原料物质得以冷凝回收。现有塑胶生产工艺废气的回收装置示意图如图1所示，包括通过管路依次连接的废气发生装置1、水冷却换热器12、冷却水塔3，水冷却换热器12与冷却水塔3通过装有水冷却泵4的管路形成回路，水冷却换热器12还连接物料回收器5。利用该装置处理废气时，冷却过程中放出大量的低温余热，但不能得到有效利用，全部排放到环境中。这种工艺不仅大量浪费了能源，同时也极大地污染了环境。
发明内容
本发明是为了解决现有技术存在的上述缺陷，而提供了一种低温余热发电的装置与方法，以达到塑胶生产工艺废气低温余热充分高效利用的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种低温余热发电的装置，包括通过管路依次连接的废气发生装置、蒸发器、低温发电机组和冷却水塔；所述低温发电机组通过管路分别与蒸发器、冷却水塔连接形成回路；所述低温发电机组包括双螺杆膨胀机、冷凝器、冷却水泵、高压工质泵、预热器和发电机，其中所述双螺杆膨胀机的输出轴连接发电机，输入端与蒸发器的一个输出端连接，输出端与冷凝器的一个输入端连接，所述冷凝器的一个输出端通过设有高压工质泵的管路与预热器的输入端连接，另一个输出端与冷却水塔的输入端连接，冷凝器的另一个输入端与冷却水塔的输出端通过设有冷却水泵的管路连接形成回路，所述预热器的输出端与蒸发器的另一个输入端连接，所述蒸发器的另一个输出端通过管路连接有物料回收器。
进一步地，所述的发电机为三相同步发电机。
本发明还提供了一种使用上述发电装置，利用塑胶生产工艺废气低温余热发电的方法，是将塑胶生产工艺废气经管路进入蒸发器进行热交换，进行热交换之后的热废气进入到物料回收器进行物料回收，吸收热量后的高压气态发电介质进入双螺杆膨胀机，膨胀做功并推动双螺杆膨胀机运转，从而带动发电机运行发电，之后排出的低压气液两相发电介质进入冷凝器与冷却水进行热交换后变成液态，液态发电介质经高压工质泵进入预热器完成预热后进入蒸发器继续吸取废气余热热量，冷凝器排出的冷却水进入冷却水塔，释放出冷却热后循环使用。
本发明的技术方案具有很高的经济与环境效益。以某塑胶工厂为例，其单条生产线的废气排放温度在130-160℃，每小时排放量为2万立方，排放前利用冷却水冷却至50℃，使其中的化工原料得以冷凝回收，冷却热量和废气的剩余热量则全部排放大气，同等的生产线该企业有84条之多，其每天对外排放的热量可达到140万kWh；采用本方案后，在保证废热气冷却后温度达到要求的50℃和不给原来工艺增加额外负荷的前提下，实现了低温余热发电，单条生产线的发电量就可以达到35kW，按350天计，年发电量为3×10 5 kW·h，年减少CO2排放213吨。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明装置利用低温废气作为热源，采用双螺杆膨胀机、蒸发器、冷凝器等形成低温发电机组，结构简单、运行平稳、成本低、发电效率较高，很好地解决了塑胶生产工艺废气低温余热回收利用率低的问题，可在一定程度上缓解企业用电紧张的问题，具有一定的经济和环境效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为现有塑胶工艺废气回收装置结构示意图。
图2是本发明低温余热发电的装的结构示意图。
图3是图2中低温发电机组6的结构示意图。
其中：1-废气发生装置，2-蒸发器，3-冷却水塔，4-冷却水泵，5-物料回收器，6-低温发电机组，7-双螺杆膨胀机，8-冷凝器，9-高压工质泵，10-预热器，11-发电机，12-水冷却换热器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的装置和方法做进一步说明。
如图2、3所示的利用塑胶生产工艺废气低温余热发电的装置，包括通过管路依次连接的废气发生装置1、蒸发器2、低温发电机组6、冷却水塔3；所述的低温发电机组6通过管路分别与蒸发器2、冷却水塔3连接形成回路；所述的低温发电机组6包括双螺杆膨胀机7、冷凝器8、冷却水泵4、高压工质泵9、预热器10、发电机11，其中所述双螺杆膨胀机7的输出轴连接发电机11，输入端与蒸发器2的一个输出端连接，输出端与冷凝器8的一个输入端连接，所述冷凝器8的一个输出端通过设有高压工质泵9的管路与预热器10的输入端连接，另一个输出端与冷却水塔3的输入端连接，冷凝器8的另一个输入端与冷却水塔3的输出端通过设有冷却水泵4的管路连接形成回路，所述预热器10的输出端与蒸发器2的另一个输入端连接，所述蒸发器2的另一个输出端通过管路还连接有物料回收器5。
其中发电机11为三相同步发电机。
使用上述装置发电的方法，是将废气发生装置1产生的塑胶生产工艺废气经管路进入蒸发器2进行热交换，进行热交换之后的热废气进入到物料回收器5进行物料回收，吸收热量后的高压气态发电介质进入双螺杆膨胀机7，膨胀做功并推动双螺杆膨胀机运转，从而带动发电机11运行发电，之后排出的低压气液两相发电介质进入冷凝器8与冷却水进行热交换后变成液态，液态发电介质经高压工质泵9进入预热器10完成预热后进入蒸发器2继续吸取废气余热热量，冷凝器8排出的冷却水进入冷却水塔3，释放出冷却热后循环使用。
利用上述装置和方法对某塑胶厂废气进行回收，既可保证废热气冷却后温度达到要求的50℃，又不给原来工艺增加额外负荷，实现了低温余热发电，单条生产线的年发电量为3×10 5 kW·h，年减少CO2排放213吨。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内， 当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种低温余热发电的装置，其特征在于包括通过管路依次连接的废气发生装置（1）、蒸发器（2）、低温发电机组（6）和冷却水塔（3）；所述低温发电机组（6）通过管路分别与蒸发器（2）、冷却水塔（3）连接形成回路；所述低温发电机组（6）包括双螺杆膨胀机（7）、冷凝器（8）、冷却水泵（4）、高压工质泵（9）、预热器（10）和发电机（11），其中所述双螺杆膨胀机（7）的输出轴连接发电机（11），输入端与蒸发器（2）的一个输出端连接，输出端与冷凝器（8）的一个输入端连接，所述冷凝器（8）的一个输出端通过设有高压工质泵（9）的管路与预热器（10）的输入端连接，另一个输出端与冷却水塔（3）的输入端连接，冷凝器（8）的另一个输入端与冷却水塔（3）的输出端通过设有冷却水泵（4）的管路连接形成回路，所述预热器（10）的输出端与蒸发器（2）的另一个输入端连接，所述蒸发器（2）的另一个输出端通过管路连接有物料回收器（5）。
2.根据权利要求1所述的低温余热发电的装置，其特征在于所述发电机（11）为三相同步发电机。
3.一种以权利要求1所述装置低温余热发电的方法，其特征在于塑胶生产工艺废气经管路进入蒸发器进行热交换，进行热交换之后的热废气进入到物料回收器进行物料回收，吸收热量后的高压气态发电介质进入双螺杆膨胀机，膨胀做功并推动双螺杆膨胀机运转，从而带动发电机运行发电，之后排出的低压气液两相发电介质进入冷凝器与冷却水进行热交换后变成液态，液态发电介质经高压工质泵进入预热器完成预热后进入蒸发器继续吸取废气余热热量，冷凝器排出的冷却水进入冷却水塔，释放出冷却热后循环使用。
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