CN110078904A - 一种聚酯酯化蒸汽余热利用方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚酯酯化蒸汽余热利用方法及装置。装置包括：酯化釜、酯化分离塔、ORC发电机组、空冷器、回流罐、循环水冷却器；ORC发电机组包括蒸发器、涡轮发电一体机、冷凝器、工质泵；与酯化釜连接的酯化分离塔顶部酯化蒸汽出口分两路，一路与蒸发器的热源入口连接，另一路与空冷器入口连接；蒸发器的热源出口与循环水冷却器入口连接；空冷器出口与循环水冷却器入口连接；循环水冷却器出口与回流罐入口连接；回流罐出口，一路通过回流泵与酯化分离塔顶部的回流口连接，另一路与废水处理系统连接。本发明首次将ORC发电技术应用于聚酯酯化蒸汽的余热利用上，其效率高，可长期稳定运行，不局限于环境气温，有利于企业节能减排。
Description
技术领域
本发明属于聚酯酯化蒸汽余热利用技术领域，涉及一种聚酯酯化蒸汽余热利用方法及装置。
背景技术
在聚酯生产(包括PET生产)过程中，在与酯化釜相连的酯化分离塔顶部总会产生一定量的酯化蒸汽，根据理论值，每生产1吨的PET就会生成约200千克的水，这些水大部分是以蒸汽的形式从酯化分离塔顶部逸出。
目前聚酯生产企业酯化蒸汽余热的主要处理方式是：夏季时，用作制冷机组热源制备冷冻水，再用循环水冷却至所需温度；冬季时，直接用空冷器、循环水冷却至所需温度。据报道，作为制冷机组热源余热利用率仅63％左右，且仅供夏季使用，冬季厂区所需冷冻水少，主要用空冷器降温后送后续污水处理，热能利用效率低。如果能将这部分酯化蒸汽余热全年都有效利用起来，将会产生巨大的经济效益，同时也符合国家节能减排的产业政策。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种热能利用效率高的聚酯酯化蒸汽余热利用方法及装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明一种聚酯酯化蒸汽余热利用装置，它包括：酯化釜、酯化分离塔、ORC发电机组、空冷器，还包括回流罐、循环水冷却器；所述的ORC发电机组包括依次连接的蒸发器、涡轮发电一体机、冷凝器、工质泵；酯化分离塔设置于酯化釜上面；酯化分离塔顶部的酯化蒸汽出口分两路，一路与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接，另一路与空冷器入口连接；ORC发电机组的蒸发器的热源出口与循环水冷却器入口连接；空冷器出口与循环水冷却器入口连接；循环水冷却器出口与回流罐入口连接；回流罐出口，一路通过回流泵与酯化分离塔顶部的回流口连接，另一路与废水处理系统连接。
进一步地，酯化分离塔顶部的酯化蒸汽出口设有三通阀，三通阀之后分两路，一路与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接，另一路与空冷器入口连接。
更进一步地，在所述的与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接的一路管道上，设有酯化蒸汽流量控制阀。
更进一步地，所述的ORC发电机组，还包括发电控制系统和并网系统；所述的酯化蒸汽流量控制阀与所述的ORC发电机组的发电控制系统连接，可通过发电控制系统对进入ORC发电机组的酯化蒸汽流量进行控制，以保持后部ORC发电机组的稳定运行，减少ORC发电机组的设备故障的发生。
其中，所述的ORC发电机组，即有机朗肯循环发电机组，它是使用低沸点的有机物作为内部工作介质(简称工质)来吸收废气余热、汽化膨胀做功发电的，它能够实现低温热源的发电利用。在利用酯化蒸汽推动ORC发电机组进行发电的过程中，由于聚酯酯化分离塔顶部产生的酯化蒸汽流量不稳定，可能造成后部ORC发电机组运行不稳定，会使ORC发电机组的设备故障增多，因此，本发明中在与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接的一路管道上设置酯化蒸汽流量控制阀与ORC发电机组的发电控制系统连接，可解决上述问题。
本发明一种采用上述聚酯酯化蒸汽余热利用装置进行的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，该方法包括：将聚酯酯化分离塔顶部的高温酯化蒸汽引入ORC发电机组，ORC发电机组吸收酯化蒸汽的热源进行发电，酯化蒸汽降温变为液体(即酯化废水)，在ORC发电机组出口设置循环水冷却器进一步冷却，并设置废水收集罐(回流罐)对酯化废水进行收集；酯化废水经循环水冷却器进一步冷却后进入回流罐，回流罐中收集到的酯化废水，一部分通过回流泵送入酯化分离塔顶部作回流，以控制酯化分离塔塔顶温度，另一部分送至废水处理系统进行后续处理。
进一步地，当酯化蒸汽不用来发电时，将酯化分离塔顶部的高温酯化蒸汽直接引入空冷器进行降温，再通过循环水冷却器进行后续冷却，以满足不发电时，回流罐中作为酯化分离塔顶部回流的酯化废水能够降至酯化生产(即酯化分离塔顶部回流)所需温度。
本发明的聚酯酯化蒸汽余热利用装置及工艺流程中，包括两个回路：
(1)热源回路：酯化釜反应生成的(从酯化分离塔顶部逸出的)酯化蒸汽可分两路：用来发电时，酯化蒸汽直接进入到ORC发电机组的蒸发器中，加热ORC发电机组内部的液态工作介质；并且，通过ORC发电机组的发电控制系统对进入ORC发电机组的酯化蒸汽流量进行控制；经蒸发器降温后的酯化蒸汽成为酯化废水,再经循环水冷却器冷却后进入回流罐，再进一步回流或送污水处理系统(废水处理系统)。其中，酯化蒸汽压力约为绝压101-180KPa；酯化蒸汽温度不低于100℃(约为100-112℃)，经ORC发电机组利用后降温(即经蒸发器降温)的酯化废水温度不高于90℃，再经循环水冷却器冷却后的酯化废水温度不高于50℃。当不用来发电时，酯化蒸汽直接送入空冷器进行后续冷却，以满足不发电时酯化废水能够降至酯化生产(即酯化分离塔顶部回流)所需温度。
(2)ORC发电机组内部的工作介质回路(即工质回路)：液态工作介质在蒸发器中吸收酯化蒸汽的热量，成为过热的气态工作介质，过热的气态工作介质通过推动发电机组的涡轮将热能以机械能方式发电，随后电能向外部输出；过热的气态工作介质经冷凝器转变为液态工作介质，通过工质泵再输送回蒸发器中，由此在密闭的工质回路中循环。
本发明的有益效果：
本发明首次将ORC发电技术应用于聚酯酯化蒸汽的余热利用上，其效率较高，且可以长期稳定运行，不局限于环境气温。ORC余热发电技术将较低品位的蒸汽余热转化成高品位的电能，是能源利用新技术，对企业节能减排有重大推动作用。
本发明中在与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接的一路管道上设置酯化蒸汽流量控制阀与ORC发电机组的发电控制系统连接，通过发电控制系统对进入ORC发电机组的酯化蒸汽流量进行控制，能保持后部ORC发电机组的稳定运行，减少ORC发电机组的设备故障的发生。
附图说明
图1是本发明一种聚酯酯化蒸汽余热利用装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明一种聚酯酯化蒸汽余热利用装置，它包括：酯化釜、酯化分离塔、ORC发电机组、空冷器及辅助设备；还包括回流罐、循环水冷却器；ORC发电机组包括由依次连接的蒸发器、涡轮发电一体机、冷凝器、工质泵组成的循环回路；酯化分离塔设置于酯化釜上面；在酯化分离塔顶部的酯化蒸汽出口设有三通阀，三通阀之后分两路，一路与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接，另一路与空冷器入口连接；ORC发电机组的蒸发器的热源出口与循环水冷却器入口连接；空冷器出口与循环水冷却器入口连接；循环水冷却器出口与回流罐入口连接；回流罐出口，一路通过回流泵与酯化分离塔顶部的回流口连接，另一路与废水处理系统连接。
在酯化分离塔顶部的酯化蒸汽出口与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接的一路管道上，设有酯化蒸汽流量控制阀。ORC发电机组，还包括发电控制系统和并网系统。酯化蒸汽流量控制阀与ORC发电机组的发电控制系统连接，可通过发电控制系统对进入ORC发电机组的酯化蒸汽流量进行控制，以保持后部ORC发电机组的稳定运行，减少ORC发电机组的设备故障的发生。
本发明的聚酯酯化蒸汽余热利用装置的工作原理：
将聚酯酯化分离塔高温酯化蒸汽引入ORC发电机组，ORC发电机组吸收酯化蒸汽的热源进行发电，酯化蒸汽降温变为液体(即酯化废水)，在ORC发电机组出口设置循环水冷却器进一步冷却，并设置废水收集罐(回流罐)对酯化废水进行收集；回流罐中收集到的酯化废水，一部分通过回流泵送入酯化分离塔顶部作回流，以控制酯化分离塔塔顶温度，另一部分送至废水处理系统进行后续处理。
当酯化蒸汽不用来发电时，聚酯酯化分离塔高温酯化蒸汽也可引入空冷器直接降温，以满足不发电时酯化废水能够降至酯化生产(即酯化分离塔顶部回流)所需温度。
本发明一种采用上述聚酯酯化蒸汽余热利用装置进行的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，该方法包括：将聚酯酯化分离塔顶部的高温酯化蒸汽引入ORC发电机组，ORC发电机组吸收酯化蒸汽的热源进行发电，酯化蒸汽降温变为液体(即酯化废水)，在ORC发电机组出口设置循环水冷却器进一步冷却，并设置废水收集罐(回流罐)对酯化废水进行收集；酯化废水经循环水冷却器进一步冷却后进入回流罐，回流罐中收集到的酯化废水，一部分通过回流泵送入酯化分离塔顶部作回流，以控制酯化分离塔塔顶温度，另一部分送至废水处理系统进行后续处理。
当酯化蒸汽不用来发电时(ORC发电机组出现故障停运时，与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接的一路管道上的酯化蒸汽流量控制阀关闭时)，将酯化分离塔顶部的高温酯化蒸汽直接引入空冷器进行降温，再通过循环水冷却器进行后续冷却，以满足不发电时，回流罐中作为酯化分离塔顶部回流的废水能够降至酯化生产(即酯化分离塔顶部回流)所需温度。
本发明的聚酯酯化蒸汽余热利用装置及工艺流程中，包括两个回路：
(1)热源回路：酯化釜反应生成的(从酯化分离塔顶部逸出的)酯化蒸汽可分两路：当用来发电时，酯化蒸汽直接进入到ORC发电机组的蒸发器中，加热ORC发电机组内部的液态工质；并且，通过ORC发电机组的发电控制系统对进入ORC发电机组的酯化蒸汽流量进行控制；经蒸发器降温后的酯化蒸汽成为酯化废水,再经循环水冷却器冷却后进入回流罐，再进一步回流或送污水处理系统(废水处理系统)。其中，酯化蒸汽温度不低于100℃，经ORC发电机组利用后降温的酯化废水温度不高于90℃，再经循环水冷却器冷却后的酯化废水温度不高于50℃。当不用来发电时，酯化蒸汽直接送入空冷器进行后续冷却，以满足不发电时酯化废水能够降至酯化生产(即酯化分离塔顶部回流)所需温度。
(2)ORC发电机组内部的工作介质(工质)回路：液态工作介质在蒸发器中吸收酯化蒸汽的热量，成为过热的气态工作介质，过热的气态工作介质通过推动发电机组的涡轮将热能以机械能方式发电，随后电能向外部输出；过热的气态工作介质经冷凝器转变为液态工作介质，通过工质泵再输送回蒸发器中，由此在密闭的工质回路中循环。
实施例2
以20万吨/年聚酯产能为例，酯化釜反应生成的(从酯化分离塔顶部逸出的)酯化蒸汽流量为20吨每小时，压力为绝压101KPa，温度为100℃，按本发明的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，将酯化蒸汽引入ORC发电机组的蒸发器，加热ORC发电机组内部的液态工作介质；并且，通过ORC发电机组的发电控制系统对进入ORC发电机组的酯化蒸汽流量进行控制；酯化蒸汽经蒸发器降温后变为酯化废水，酯化废水温度为90℃，再经循环水冷却器冷却后的酯化废水温度为50℃；进入回流罐的酯化废水，一部分通过回流泵送入酯化分离塔顶部作回流，另一部分送至废水处理系统进行后续处理。在ORC发电机组内部，经加热的液态工作介质转变为过热的气态工作介质，过热的气态工作介质推动ORC发电机组的涡轮发电一体机将热能转化为机械能，向外部输出电能；随后，过热的气态工作介质通过冷凝器降温变为液态工作介质，通过工质泵再输送回蒸发器中，完成ORC发电机组内部的工质密闭循环。
上述运行结果：发电系统(ORC发电机组)平均发电量为1400千瓦时，其中，ORC发电机组耗电量为200千瓦时，即平均净发电量为1200千瓦时，由此可见，本发明的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，发电收益显著。
Claims (10)
1.一种聚酯酯化蒸汽余热利用装置，其特征在于，它包括：酯化釜、酯化分离塔、ORC发电机组、空冷器，还包括回流罐、循环水冷却器；所述的ORC发电机组包括依次连接的蒸发器、涡轮发电一体机、冷凝器、工质泵；酯化分离塔设置于酯化釜上面；酯化分离塔顶部的酯化蒸汽出口分两路，一路与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接，另一路与空冷器入口连接；ORC发电机组的蒸发器的热源出口与循环水冷却器入口连接；空冷器出口与循环水冷却器入口连接；循环水冷却器出口与回流罐入口连接；回流罐出口，一路通过回流泵与酯化分离塔顶部的回流口连接，另一路与废水处理系统连接。
2.如权利要求1所述的聚酯酯化蒸汽余热利用装置，其特征在于，酯化分离塔顶部的酯化蒸汽出口设有三通阀，三通阀之后分两路，一路与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接，另一路与空冷器入口连接。
3.如权利要求1所述的聚酯酯化蒸汽余热利用装置，其特征在于，在所述的与ORC发电机组的蒸发器的热源入口连接的一路的管道上，设有酯化蒸汽流量控制阀。
4.如权利要求1所述的聚酯酯化蒸汽余热利用装置，其特征在于，所述的ORC发电机组，还包括发电控制系统和并网系统；所述的酯化蒸汽流量控制阀与所述的ORC发电机组的发电控制系统连接，可通过发电控制系统对进入ORC发电机组的酯化蒸汽流量进行控制。
5.一种采用如权利要求1-4任一所述的装置进行的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，其特征在于，该方法包括：将聚酯酯化分离塔顶部的高温酯化蒸汽引入ORC发电机组，ORC发电机组吸收酯化蒸汽的热源进行发电，酯化蒸汽降温变为液体即酯化废水，在ORC发电机组出口设置循环水冷却器进一步冷却，并设置废水收集罐即回流罐对酯化废水进行收集；酯化废水经循环水冷却器进一步冷却后进入回流罐，回流罐中收集到的酯化废水，一部分通过回流泵送入酯化分离塔顶部作回流，以控制酯化分离塔塔顶温度，另一部分送至废水处理系统进行后续处理。
6.如权利要求5所述的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，其特征在于，当酯化蒸汽不用来发电时，将酯化分离塔顶部的高温酯化蒸汽直接引入空冷器进行降温，再通过循环水冷却器进行后续冷却，以满足不发电时，回流罐中作为酯化分离塔顶部回流的酯化废水能够降至酯化生产即酯化分离塔顶部回流所需温度。
7.如权利要求5所述的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，其特征在于，酯化蒸汽用来发电时，酯化蒸汽直接进入到ORC发电机组的蒸发器中，加热ORC发电机组内部的液态工作介质；并且，通过ORC发电机组的发电控制系统对进入ORC发电机组的酯化蒸汽流量进行控制；经蒸发器降温后的酯化蒸汽成为酯化废水，再经循环水冷却器冷却后进入回流罐，再进一步回流或送废水处理系统。
8.如权利要求7所述的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，其特征在于，ORC发电机组内部的液态工作介质在蒸发器中吸收酯化蒸汽的热量，成为过热的气态工作介质，过热的气态工作介质通过推动发电机组的涡轮将热能以机械能方式发电，随后电能向外部输出；过热的气态工作介质经冷凝器转变为液态工作介质，通过工质泵再输送回蒸发器中，由此在密闭的工质回路中循环。
9.如权利要求7所述的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，其特征在于，酯化蒸汽压力为绝压101-180KPa；酯化蒸汽温度不低于100℃。
10.如权利要求9所述的聚酯酯化蒸汽余热利用方法，其特征在于，酯化蒸汽温度在100-112℃；经ORC发电机组利用后降温的酯化废水温度不高于90℃；再经循环水冷却器冷却后的酯化废水温度不高于50℃。
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- 2019-05-23 CN CN201910434855.8A patent/CN110078904B/zh active Active
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