CN111287816A - 一种直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统 - Google Patents

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雷卫伟
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Abstract

本发明涉及一种直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，包括由膨胀机、发电机、蒸发器和冷凝器构成的有机朗肯循环发电系统，还包括闪蒸分离器、低压闪蒸罐和预热器；所述膨胀机的排气口依序经过所述冷凝器的第一管、预热器的第二管和蒸发器的第二管后连接该膨胀机的进气口；该膨胀机连接所述发电机；所述蒸发器的第一管的进口连接所述闪蒸分离器的汽侧出口，其出口连接所述低压闪蒸罐；所述预热器的第一管的进口连接所述闪蒸分离器的水侧出口，其出口为排空；所述冷凝器的第二管与冷却塔连接形成闭环的冷却循环。本发明可以同时对黑水蒸汽和黑水液体中余热进行回收，并提供给有机朗肯循环发电系统进行发电，提高了能源的利用率。

Description

一种直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统
技术领域
本发明涉及一种热能装置，尤其是一种发电系统，具体的说是一种直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统。
背景技术
对于黑水余热回收，目前通用的做法是将黑水通过高压闪蒸罐产生黑水闪蒸汽，黑水闪蒸汽通过冷却器冷却成冷凝液，冷凝液再进入低压闪蒸罐回用。这种方式黑水闪蒸汽的余热处于浪费的状态，不仅不产生经济效益，而且消耗大量的循环冷却水。
因此，需要对现有的黑水利用方法进行改进，提高能源的利用效率。
发明内容
本发明的目的是针对当前黑水利用效率不高的问题，提高一种直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，可以同时对黑水蒸汽和黑水液体中余热进行回收，并提供给有机朗肯循环发电系统进行发电，将低品位的余热转换为高品位的电能，提高了能源的利用率。
本发明的技术方案是：
一种直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，包括由膨胀机、发电机、蒸发器和冷凝器构成的有机朗肯循环发电系统，还包括闪蒸分离器、低压闪蒸罐和预热器；所述膨胀机的排气口依序经过所述冷凝器的第一管、预热器的第二管和蒸发器的第二管后连接该膨胀机的进气口；该膨胀机连接所述发电机；所述蒸发器的第一管的进口连接所述闪蒸分离器的汽侧出口，其出口连接所述低压闪蒸罐；所述预热器的第一管的进口连接所述闪蒸分离器的水侧出口，其出口为排空；所述冷凝器的第二管与冷却塔连接形成闭环的冷却循环。
进一步的，所述预热器为两个，相互并联连接。
进一步的，还包括冷却器，其进口连接所述闪蒸分离器的汽侧出口，其出口连接所述低压闪蒸罐。
进一步的，所述冷凝器与所述预热器之间设有工质泵。
进一步的，所述预热器第一管的进口端和其第二管的进口端分别设有阀门；所述蒸发器第一管的两端分别设有阀门；所述冷却器的两端分别设有阀门。
进一步的，所述预热器第一管的两端和其第二管的两端分别设有并联的旁路；各所述旁路上分别设有阀门。
进一步的，还包括回热器；该回热器的第二管串接在所述膨胀机和所述冷凝器之间，其第一管串接在所述冷凝器与所述预热器之间。
本发明的有益效果：
本发明设计合理，结构简单，控制方便，可以同时对黑水蒸汽和黑水液体中余热进行回收，并提供给有机朗肯循环发电系统进行发电，将低品位的余热转换为高品位的电能，提高了能源的利用率。
附图说明
图1是本发明实施例一的系统结构示意图。
图2是本发明实施例二的系统结构示意图。
其中：1-闪蒸分离器；2-阀门I；3-冷却器；4-阀门II；5-低压闪蒸罐；6-阀门III；7-蒸发器；8-阀门IV；9-阀门V；10-阀门VI；11-阀门VII；12-阀门VIII；13-预热器I；14-阀门IX；15-预热器II；16-阀门X；17-阀门XI；18-阀门XII；19-膨胀机；20-发电机；21-冷凝器；22-工质泵；23-冷却水泵；24-冷却塔；25-回热器。图中的箭头为介质流向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一，如图1所示。
一种直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，包括闪蒸分离器1、冷却器3、低压闪蒸罐5、蒸发器7、预热器I13、预热器II15、膨胀机19、发电机20、冷凝器21和冷却塔24。所述膨胀机19的排气口依序经过所述冷凝器21的第一管、工质泵22、预热器II15的第二管、预热器I13的第二管和蒸发器7的第二管后连接该膨胀机19的进气口，同时，该膨胀机19连接所述发电机20，构成有机朗肯循环发电系统。所述蒸发器7的第一管的进口连接所述闪蒸分离器1的汽侧出口，其出口连接所述低压闪蒸罐5。所述预热器I13的第一管的进口连接所述闪蒸分离器1的水侧出口，其出口连接所述预热器II15的第一管的进口。该预热器II15的第一管的出口为排空。所述冷凝器21的第二管与冷却塔24连接形成闭环的冷却循环。
进一步的，本系统还包括冷却器3，其进口连接所述闪蒸分离器1的汽侧出口，其出口连接所述低压闪蒸罐5。该冷却器3的进口端和出口端分别设有阀门I2 和阀门II4。
进一步的，所述蒸发器7第一管的进口端和出口端分别设有阀门III6和阀门IV8。所述预热器I13第一管的进口端设有阀门VII11。所述预热器II115的第一管的进口端设有阀门VIII12。所述预热器I13第一管的两端设有与其并联的旁路I，并在该旁路I 设有阀门V9。所述预热器II15 第一管的两端设有与其并联的旁路II，并在该旁路II 上设有阀门VI10。所述预热器I13的第二管的进口端设有阀门IX14。所述预热器II15的第二管的进口端设有阀门X16。所述预热器I13的第二管两端设有与其并联的旁路III，并在该旁路III上设有阀门XI17。所述预热器II15的第二管两端设有与其并联的旁路IV，并在该旁路IV上设有阀门XII18。
优选的，所述闪蒸分离器采用SZ-2型中温闪蒸分离器。所述蒸发器采用BXM型满液式管壳式换热器。所述冷凝器、冷却器、预热器I、预热器II均采用BEM型单程壳体封头管箱式换热器。所述有机朗肯循环回路中的工质为R134a、R245fa等有机工质。
本发明的工作过程为：
正常运行时，阀门I2和阀门II4关闭，阀门III6和阀门IV8打开，黑水通过闪蒸分离器产生黑水闪蒸汽和黑水液体，其中黑水闪蒸汽进入蒸发器，黑水液体进入预热器I或预热器II，使蒸汽余热和液体余热全部参与有机朗肯循环中工质的换热，提高工质的温度，实现对黑水余热的全部回收。黑水闪蒸汽含有一定成分的腐蚀性气体，因此，蒸发器宜采用耐腐蚀的不锈钢材质。黑水液体中含有一定成分的杂质，因此，可通过阀门切换，实现预热器I和预热器II的运行切换，便于预热器的检修维护。具体为：预热器I运行时，阀门VI和阀门VII打开，阀门V和阀门VIII关闭，黑水液体进入预热器I进行换热。换完热之后的黑水液体进入低压闪蒸罐进行回收。同时，阀门IX14和阀门XII18打开，阀门X16和阀门XI17关闭，使工质通过工质泵加压进入预热器I，与黑水液体换完热之后进入蒸发器。此时预热器II可进行检修维护。预热器II运行时，阀门V9和阀门VIII12打开，阀门VI10和阀门VII11关闭，黑水液体进入预热器II进行换热。换完热之后的黑水液体进入低压闪蒸罐进行回收。同时，阀门X16和阀门XI17打开，阀门IX14和阀门XII18关闭，使工质通过工质泵加压进入预热器II，与黑水液体换完热之后进入蒸发器。此时预热器I可进行检修维护。工质从预热器出来之后进入蒸发器，通过与黑水蒸汽进行换热而得到进一步加热，由液体变为气体，推动膨胀机做功，带动发电机发电。其中的膨胀机采用透平，具有较高的发电效率。做完功的工质气体从膨胀机排出，进入冷凝器后与冷却水进行换热而被冷却为液体，进入工质泵完成整个有机朗肯循环。换热后的高温冷却水再通过冷却塔降温，再进入冷却水泵完成冷却循环。在有机朗肯循环发电系统检修维护时，阀门I2和阀门II4打开，阀门III6和阀门IV8关闭，使黑水闪蒸汽从闪蒸分离器出来之后，进入冷却器，换完热之后的凝水再进入低压闪蒸罐，使发电系统的维护更加方便。
实施例二，如图2所示。
本实施例二与实施例一的结构基本相同，主要区别在于：本实施例二还包括回热器；该回热器的第二管串接在所述膨胀机和所述冷凝器的第一管之间，其第一管串接在所述冷凝器与所述预热器之间。运行时，做完功的工质气体从膨胀机排出，先进入回热器与液态工质进行换热，然后进入冷凝器被冷却为液体，可使液态工质得到预热，提高有机朗肯循环系统的效率。同时，可使膨胀机的排气的热量得到充分回收，提高能源利用率。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，包括由膨胀机、发电机、蒸发器和冷凝器构成的有机朗肯循环发电系统，其特征是：还包括闪蒸分离器、低压闪蒸罐和预热器；所述膨胀机的排气口依序经过所述冷凝器的第一管、预热器的第二管和蒸发器的第二管后连接该膨胀机的进气口；该膨胀机连接所述发电机；所述蒸发器的第一管的进口连接所述闪蒸分离器的汽侧出口，其出口连接所述低压闪蒸罐；所述预热器的第一管的进口连接所述闪蒸分离器的水侧出口，其出口为排空；所述冷凝器的第二管与冷却塔连接形成闭环的冷却循环。
2.根据权利要求1所述的直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，其特征是：所述预热器为两个，相互并联连接。
3.根据权利要求1所述的直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，其特征是：还包括冷却器，其进口连接所述闪蒸分离器的汽侧出口，其出口连接所述低压闪蒸罐。
4.根据权利要求1所述的直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，其特征是：所述冷凝器与所述预热器之间设有工质泵。
5.根据权利要求3所述的直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，其特征是：所述预热器第一管的进口端和其第二管的进口端分别设有阀门；所述蒸发器第一管的两端分别设有阀门；所述冷却器的两端分别设有阀门。
6.根据权利要求1所述的直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，其特征是：所述预热器第一管的两端和其第二管的两端分别设有并联的旁路；各所述旁路上分别设有阀门。
7.根据权利要求1所述的直接回收黑水余热的有机朗肯循环发电系统，其特征是：还包括回热器；该回热器的第二管串接在所述膨胀机和所述冷凝器之间，其第一管串接在所述冷凝器与所述预热器之间。
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