CN109707472B - 一种利用干熄焦余热的分布式能源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用干熄焦余热的分布式能源系统，包括余热回收子系统、水蒸气制冷发电子系统、有机工质发电子系统及供热子系统，其中，余热回收子系统与水蒸气制冷发电子系统之间通过水蒸气过热器及第一冷凝水蒸发器相连接，余热回收子系统与有机工质发电子系统之间通过有机工质蒸发器相连接，余热回收子系统与供热子系统之间通过循环气体‑蓄热水换热器相连接。本发明通过对干熄焦余热的高效回收利用，实现了冷、热、电多股能源的联产联供，提高了系统的余热利用效率，降低了系统运行的能耗，增强了系统运行的稳定性及可靠性，符合“温度对口、梯级利用”的用能准则，具有巨大的经济效益及生态效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式能源系统，具体为一种利用干熄焦余热的分布式能源系统。
背景技术
传统的熄焦工艺采用湿法熄焦，炽热的焦炭出炉后由装焦车运至熄焦塔内，由上部的喷淋装置喷洒冷却水，冷至200℃左右运至凉焦台，经筛分处理后迭至高炉冶炼铁水。这种方式由于投资小、上马快，在我国得到了普遍的采用，但这种熄焦方式损耗了炽热焦炭的显热，造成了余热的浪费。
干法熄焦是采用惰性循环气体在干熄炉熄灭焦炭，并将余热回收利用的一项重大节能技术。干熄焦技术改变了传统的湿法熄焦技术中的余热资源浪费，带来了巨大的经济效益和社会环境效益。
在干熄炉内和焦炭换热后的惰性气体温度可达800-950℃，因此干熄焦余热能量巨大，品味较高，如果利用方式不当，会造成较大的不可逆损失。
“分布式能源”系统是指分布在用户端的能源综合利用系统，分布式能源系统的最主要优点是可以实现冷、热、电联产，符合“温度对口、梯级利用”的用能准则，具有较高的能源利用率及广阔的发展前景。
常规的基于余热的分布式能源系统虽然通过对余热的回收利用实现了冷、热、电三联供，但通常都依赖吸收式制冷机组来实现制冷功能，因此导致了系统初投资的增加，降低了系统的经济性。
发明内容
针对上述缺陷和不足，本发明要解决的问题是提供一种可同时实现冷、热、电多股能源联产联供的利用干熄焦余热的分布式能源系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种利用干熄焦余热的分布式能源系统，包括余热回收子系统、水蒸气制冷发电子系统、有机工质发电子系统及供热子系统，其中余热回收子系统与水蒸气制冷发电子系统之间通过水蒸气过热器及第一冷凝水蒸发器相连接，余热回收子系统与有机工质发电子系统之间通过有机工质蒸发器相连接，余热回收子系统与供热子系统之间通过循环气体-蓄热水换热器相连接。
所述余热回收子系统依次由干熄炉、循环气体风机、水蒸气过热器循环气体侧、第一冷凝水蒸发器循环气体侧、有机工质蒸发器循环气体侧及循环气体-蓄热水换热器循环气体侧通过管道首尾连接构成。
所述水蒸气制冷发电子系统包括第一冷凝水蒸发器、水蒸气过热器、引射器及第一透平机，其中第一冷凝水蒸发器冷凝水侧出口通过管道与水蒸气过热器水蒸气侧入口相连，水蒸气过热器水蒸气侧出口通过管道沿水蒸气流动方向分出两条支路分别与引射器的喷管入口和第一透平机的水蒸气入口相连；引射器的出口通过管道与第一水蒸气冷凝器水蒸气侧入口相连，第一水蒸气冷凝器水蒸气侧出口通过管道沿冷凝水流动方向分出两条支路，一条支路经节流阀、第二冷凝水蒸发器冷凝水侧与引射器的引射室入口相连，另一条支路经冷凝水循环泵与第一冷凝水蒸发器冷凝水侧入口相连，其中第二冷凝水蒸发器蓄冷水侧通过蓄冷水循环泵与蓄冷水箱相连；第一透平机的水蒸气出口经第二水蒸气冷凝器水蒸气侧、冷凝水循环泵与第一冷凝水蒸发器冷凝水侧入口相连，其中第二水蒸气冷凝器冷却水侧通过冷却水循环泵与蓄冷水箱相连，第一透平机与第一发电机同轴相连。
所述有机工质发电子系统依次由有机工质蒸发器有机工质侧、第二透平机、有机工质冷凝器有机工质侧及有机工质循环泵通过管道首尾连接构成；第二透平机与第二发电机同轴相连。
所述供热子系统依次由循环气体-蓄热水换热器蓄热水侧、蓄热水箱及蓄热水循环泵通过管道首尾连接构成。
所述蓄冷水箱、蓄热水箱均采用自然分层的蓄能方式。
所述循环气体采用氮气或燃烧后的废气等惰性气体。
所述有机工质采用低沸点相变工质。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明利用干熄焦循环气体的高温余热制取高温高压的过热水蒸气，通过蒸汽朗肯循环及有机朗肯循环进行发电，实现了对干熄焦余热的有效利用。
2.本发明利用蒸汽喷射制冷方式进行供冷，不需要动力机或压缩机，设备构造简单且消耗的电力及机械功较少，经济性较高。
3.本发明采用蒸汽喷射制冷制取低温冷却水，用作蒸汽朗肯循环及有机朗肯循环的冷源，有助于提高发电过程的稳定性、可靠性及发电效率。
4.本发明利用发电后的低品位余热对蓄热水箱内的蓄热水进行加热，提高了余热的利用效率，实现了干熄焦余热的梯级利用。
附图说明
图1为本发明一种利用干熄焦余热的分布式能源系统原理图。
其中，1为冷却水循环泵，2为蓄冷水箱，3为循环气体风机，4为水蒸气过热器，5为引射器，6为蓄冷水循环泵，7为第一透平机，8为第一发电机，9为第一冷凝水蒸发器，10为第一水蒸气冷凝器，11为第二冷凝水蒸发器，12为第二水蒸气冷凝器，13为干熄炉，14为冷凝水循环泵，15为节流阀，16为第二透平机，17为第二发电机，18为有机工质蒸发器，19为有机工质冷凝器，20为有机工质循环泵，21为蓄热水循环泵，22为循环气体-蓄热水换热器，23为蓄热水箱。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明一种利用干熄焦余热的分布式能源系统，包括余热回收子系统、水蒸气制冷发电子系统、有机工质发电子系统及供热子系统，其中余热回收子系统与水蒸气制冷发电子系统之间通过水蒸气过热器4及第一冷凝水蒸发器9相连接，余热回收子系统与有机工质发电子系统之间通过有机工质蒸发器18相连接，余热回收子系统与供热子系统之间通过循环气体-蓄热水换热器22相连接。
所述余热回收子系统依次由干熄炉13、循环气体风机3、水蒸气过热器4循环气体侧、第一冷凝水蒸发器9循环气体侧、有机工质蒸发器18循环气体侧及循环气体-蓄热水换热器22循环气体侧通过管道首尾连接构成。
所述水蒸气制冷发电子系统包括第一冷凝水蒸发器9、水蒸气过热器4、引射器5及第一透平机7，其中第一冷凝水蒸发器9冷凝水侧出口通过管道与水蒸气过热器4水蒸气侧入口相连，水蒸气过热器4水蒸气侧出口通过管道沿水蒸气流动方向分出两条支路分别与引射器5的喷管入口和第一透平机7的水蒸气入口相连；引射器5的出口通过管道与第一水蒸气冷凝器10水蒸气侧入口相连，第一水蒸气冷凝器10水蒸气侧出口通过管道沿冷凝水流动方向分出两条支路，一条支路经节流阀15、第二冷凝水蒸发器11冷凝水侧与引射器5的引射室入口相连，另一条支路经冷凝水循环泵14与第一冷凝水蒸发器9冷凝水侧入口相连，其中第二冷凝水蒸发器11蓄冷水侧通过蓄冷水循环泵6与蓄冷水箱2相连；第一透平机7的水蒸气出口经第二水蒸气冷凝器12水蒸气侧、冷凝水循环泵14与第一冷凝水蒸发器9冷凝水侧入口相连，其中第二水蒸气冷凝器12冷却水侧通过冷却水循环泵1与蓄冷水箱2相连，第一透平机7与第一发电机8同轴相连。
所述有机工质发电子系统依次由有机工质蒸发器18有机工质侧、第二透平机16、有机工质冷凝器19有机工质侧及有机工质循环泵20通过管道首尾连接构成；第二透平机16与第二发电机17同轴相连。
所述供热子系统依次由循环气体-蓄热水换热器22蓄热水侧、蓄热水箱23及蓄热水循环泵21通过管道首尾连接构成。
所述蓄冷水箱2、蓄热水箱23均采用自然分层的蓄能方式。
所述循环气体采用氮气或燃烧后的废气等惰性气体。
所述有机工质采用低沸点相变工质。
本实施例中循环气体采用氮气，有机工质采用甲苯。
本发明的工作过程及原理如下：
余热回收子系统的循环气体氮气在循环气体风机3的驱动下在余热回收子系统内循环，流经干熄炉13时与其中的高温焦炭换热吸收热量升温至约850℃，并通过水蒸气过热器4、第一冷凝水蒸发器9、有机工质蒸发器18及循环气体-蓄热水换热器22将热量传递给水蒸气、有机工质及蓄热水，作为余热回收子系统、水蒸气制冷发电子系统、有机工质发电子系统及供热子系统的热源。
水蒸气制冷发电子系统的循环工质冷凝水经冷凝水循环泵14被增压至约4.6MPa后进入第一冷凝水蒸发器9被加热成饱和蒸汽，饱和蒸汽经水蒸气过热器4被加热成约450℃的过热蒸汽，之后分别进入引射器5和第一透平机7；进入引射器5的水蒸气通过蒸汽喷射制冷循环将蓄冷水箱2中的蓄冷水冷却至约7℃，作为空调、蒸汽朗肯循环及有机朗肯循环的冷源；进入第一透平机7的水蒸气在第一透平机7内做功，推动第一透平机7带动第一发电机8对外输出电能；制冷及发电后的水蒸气分别经第一水蒸气冷凝器10及第二水蒸气冷凝器12冷却成冷凝水后返回第一冷凝水蒸发器9。
有机工质发电子系统的循环工质甲苯经有机工质循环泵20被增压至2.3MPa后进入有机工质蒸发器18被加热成气态，之后进入第二透平机16，在第二透平机16内做功，推动第二透平机16带动第二发电机17对外输出电能，发电后的气态工质经有机工质冷凝器19冷凝后返回有机工质蒸发器18。
供热子系统蓄热水箱23中的蓄热水在蓄热水循环泵21的驱动下进入循环气体-蓄热水换热器22与循环气体换热后温度升至约95℃，之后储存在蓄热水箱23中用作生活热水或用于供暖。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用干熄焦余热的分布式能源系统，其特征在于：包括余热回收子系统、水蒸气制冷发电子系统、有机工质发电子系统及供热子系统，其中余热回收子系统与水蒸气制冷发电子系统之间通过水蒸气过热器及第一冷凝水蒸发器相连接，余热回收子系统与有机工质发电子系统之间通过有机工质蒸发器相连接，余热回收子系统与供热子系统之间通过循环气体-蓄热水换热器相连接；
所述水蒸气制冷发电子系统包括第一冷凝水蒸发器、水蒸气过热器、引射器及第一透平机，其中第一冷凝水蒸发器冷凝水侧出口通过管道与水蒸气过热器水蒸气侧入口相连，水蒸气过热器水蒸气侧出口通过管道沿水蒸气流动方向分出两条支路分别与引射器的喷管入口和第一透平机的水蒸气入口相连；引射器的出口通过管道与第一水蒸气冷凝器水蒸气侧入口相连，第一水蒸气冷凝器水蒸气侧出口通过管道沿冷凝水流动方向分出两条支路，一条支路经节流阀、第二冷凝水蒸发器冷凝水侧与引射器的引射室入口相连，另一条支路经冷凝水循环泵与第一冷凝水蒸发器冷凝水侧入口相连，其中第二冷凝水蒸发器蓄冷水侧通过蓄冷水循环泵与蓄冷水箱相连；第一透平机的水蒸气出口经第二水蒸气冷凝器水蒸气侧、冷凝水循环泵与第一冷凝水蒸发器冷凝水侧入口相连，其中第二水蒸气冷凝器冷却水侧通过冷却水循环泵与蓄冷水箱相连，第一透平机与第一发电机同轴相连。
2.根据权利要求1所述的利用干熄焦余热的分布式能源系统，其特征在于：所述余热回收子系统依次由干熄炉、循环气体风机、水蒸气过热器循环气体侧、第一冷凝水蒸发器循环气体侧、有机工质蒸发器循环气体侧及循环气体-蓄热水换热器循环气体侧通过管道首尾连接构成。
3.根据权利要求1所述的利用干熄焦余热的分布式能源系统，其特征在于：所述有机工质发电子系统依次由有机工质蒸发器有机工质侧、第二透平机、有机工质冷凝器有机工质侧及有机工质循环泵通过管道首尾连接构成；第二透平机与第二发电机同轴相连。
4.根据权利要求1所述的利用干熄焦余热的分布式能源系统，其特征在于：所述供热子系统依次由循环气体-蓄热水换热器蓄热水侧、蓄热水箱及蓄热水循环泵通过管道首尾连接构成。
5.根据权利要求4所述的利用干熄焦余热的分布式能源系统，其特征在于：所述蓄冷水箱、蓄热水箱均采用自然分层的蓄能方式。
6.根据权利要求1所述的利用干熄焦余热的分布式能源系统，其特征在于：所述循环气体采用氮气或燃烧后的废气等惰性气体。
7.根据权利要求1所述的利用干熄焦余热的分布式能源系统，其特征在于：所述有机工质采用低沸点相变工质。
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