CN111396291B - 压缩气体余热回收发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩气体余热回收发电系统，包括压缩气输送管，还包括发电机、螺杆膨胀机、蒸发器、预热器、低沸点有机工质储箱、工质泵，所述压缩气输送管依次从设置的蒸发器、预热器中经过，所述低沸点有机工质储箱的下游端通过工质泵连接有机工质输送管，所述有机工质输送管依次经过预热器、蒸发器后连接蒸汽管，所述蒸汽管连接螺杆膨胀机，所述螺杆膨胀机的螺杆转子连接发电机，所述螺杆膨胀机的排气口通过管道连接一分离器的进口，所述分离器工质出口通过管道连接一冷凝器，所述冷凝器通过管道连接低沸点有机工质储箱的上游端，所述分离器的出油口一路通过主油泵连接螺杆膨胀机的润滑油进口，另一路通过副油泵连接工质泵的润滑油进口。

Description

压缩气体余热回收发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统，特别涉及一种压缩气体余热回收发电系统。

背景技术

压缩气体作为动力能源被广泛应用于工业生产中，尤其钢铁和化工企业等。在生产压缩气体过程中会产生大量的热能，这些热能会使压缩气体温度升高，而压缩气体在送往用户前为确保用户设备和人身安全，又必须采用冷却技术将压缩气体温度降至安全温度。目前，压缩气体的冷却通常是采用水冷却方式，即将循环冷却水管从压缩气体冷却器中穿过，利用循环冷却水管中的冷却循环水带走压缩气体的热量，使降温后的压缩气体被送往设备或用户，升温后的冷却循环水经冷却塔降温后回流至循环水池。因此，压缩气体生产过程中的热能最终被散至了大气环境中，由此造成了能源的浪费，且水冷却中冷却水的循环还会增加电能的消耗，压缩气体的生产成本高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种压缩气体余热回收发电系统，其可实现压缩气体热能的回收利用，避免了能源的浪费，在回收发电的同时也实现了压缩气体的降温，降低了生产成本。

本发明的技术方案是：一种压缩气体余热回收发电系统，包括压缩气输送管，还包括发电机、螺杆膨胀机、蒸发器、预热器、低沸点有机工质储箱、工质泵，所述压缩气输送管依次从设置的蒸发器、预热器中经过，所述低沸点有机工质储箱的下游端通过工质泵连接有机工质输送管，所述有机工质输送管依次经过预热器、蒸发器后连接蒸汽管，所述蒸汽管连接螺杆膨胀机，所述螺杆膨胀机的螺杆转子连接发电机，所述螺杆膨胀机的排气口通过管道连接一分离器的进口，所述分离器的工质出口通过管道连接一冷凝器，所述冷凝器通过管道连接低沸点有机工质储箱的上游端，所述分离器的出油口一路通过主油泵连接螺杆膨胀机的润滑油进口，另一路通过副油泵连接工质泵的润滑油进口。

进一步地，所述有机工质输送管位于预热器与蒸发器之间的管段上设置一歧路管道，该歧路管道通过一流量调节阀与一板式换热器的工质流道进口连接，所述板式换热器的工质蒸汽出口通过管道连接蒸汽管，位于蒸发器内的有机工质输送管通过一回油管与板式换热器的油流道进口连接，所述板式换热器的油流道出口通过管道连接分离器的进口。

进一步地，所述副油泵与分离器之间设有一加热器。

进一步地，所述冷凝器为蒸发式冷凝器。

进一步地，所述螺杆膨胀机、蒸发器、预热器、低沸点有机工质储箱、工质泵、分离器、冷凝器均采用两套构成两级压缩气体余热回收循环系统，两级压缩气体余热回收循环系统的螺杆膨胀机的螺杆转子位于发电机的两端与发电机连接，所述压缩气输送管依次从第一级的蒸发器、预热器中经过，然后再从第二级的蒸发器、预热器经过。

进一步地，两级压缩气体余热回收循环系统中均设有板式换热器，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的工质流道进口分别通过流量调节阀连接一歧路管道，各级压缩气体余热回收循环系统中的歧路管道分别与对应级中位于预热器与蒸发器之间的有机工质输送管连接，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的工质蒸汽出口分别通过管道连接对应级中的蒸汽管，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的油流道进口分别通过回油管与对应级中位于蒸发器内的有机工质输送管连接，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的油流道出口分别通过管道连接对应级中的分离器的进口。

采用上述技术方案：包括压缩气输送管，还包括发电机、螺杆膨胀机、蒸发器、预热器、低沸点有机工质储箱、工质泵，所述压缩气输送管依次从设置的蒸发器、预热器中经过，所述低沸点有机工质储箱的下游端通过工质泵连接有机工质输送管，所述有机工质输送管依次经过预热器、蒸发器后连接蒸汽管，所述蒸汽管连接螺杆膨胀机，所述螺杆膨胀机的螺杆转子连接发电机，所述螺杆膨胀机的排汽口通过管道连接一分离器的进口，所述分离器的工质出口通过管道连接一冷凝器，所述冷凝器通过管道连接低沸点有机工质储箱的上游端，所述分离器的出油口一路通过主油泵连接螺杆膨胀机的润滑油进口，另一路通过副油泵连接工质泵的润滑油进口。该系统通过回收的压缩气体余热使低沸点有机工质形成蒸汽用于发电，充分利用压缩气体余热作为热能，可避免采用其它能源产生热能导致的能源浪费，同时也通过蒸发器、预热器实现了压缩气体的降温，避免了采用水冷却降温而导致的额外能源消耗，降低了压缩气体的生产成本。本系统采用的低沸点有机工质，能够充分利用压缩气体余热产生大量蒸汽，并且低沸点有机工质具有好的热力学特性及好的化学稳定性，不仅适于长期的循环使用，因为其蒸汽比容小，保证了压缩气体余热较高的利用率。该系统中还设有润滑油的循环系统，其包括两路油路。其中一油路是通过主油泵将分离器中分离的润滑油输送至膨胀机内用于润滑，另一油路是通过副油泵将分离器中分离的润滑油输送至工质泵用于润滑，能够保证螺杆膨胀机及工质泵的正常供油，为余热回收系统的稳定运行提供了有利条件。

所述有机工质输送管位于预热器与蒸发器之间的管段上设置一歧路管道，该歧路管道通过一流量调节阀与一板式换热器的工质流道进口连接，所述板式换热器的工质蒸汽出口通过管道连接蒸汽管，位于蒸发器内的有机工质输送管通过一回油管与板式换热器的油流道进口连接，所述板式换热器的油流道出口通过管道连接分离器的进口。板式换热器的油流道进口输入的为有机工质输送管内沉积的高温润滑油，从板式换热器的工质流道进口输入的为经预热器预热后的低沸点有机工质，通过板式换热器实现热交换后，板式换热器的工质流道蒸汽出口即输出高温高压过热蒸汽，其并入蒸汽管中，与有机工质输送管中的高温高压过热蒸汽一起经蒸汽管输入螺杆膨胀机中做功发电。由此即对位于蒸发器内的有机工质输送管中的高温润滑油也进行了余热回收发电，增加了对压缩气体余热的回收率，能源的回收效果更好。经换热后的低温润滑油从板式换热器的油流道出口流至分离器内，并入润滑油的循环系统中。流量调节阀可调节歧路管道内低沸点有机工质的流量，以保证有足够的低沸点有机工质经过蒸发器蒸发。

所述副油泵与分离器之间设有一加热器，该加热器是在系统启动时使用，起主要用于对润滑油加热，更有利于润滑油的循环流动，当系统进入正常循环后便可关闭加热器。

所述冷凝器为蒸发式冷凝器，蒸发式冷凝器的结构简单、便于安装、冷凝效果好，有机工质的冷凝更加可靠。

所述螺杆膨胀机、蒸发器、预热器、低沸点有机工质储箱、工质泵、分离器、冷凝器均采用两套构成两级压缩气体余热回收循环系统，两级压缩气体余热回收循环系统的螺杆膨胀机的螺杆转子位于发电机的两端与发电机连接，所述压缩气输送管依次从第一级的蒸发器、预热器中经过，然后再从第二级的蒸发器、预热器经过。压缩气体的压力要求不高时，气体经过单级压缩后即可输送至用户，但当压缩气体的压力较高时，气体往往须经过两级或更多级的压缩。两级压缩时，可采用两级压缩气体余热回收循环系统，由此便可分别对两级的压缩进行余热回收发电，达到压缩气体余热的充分回收，避免了能源的浪费。

两级压缩气体余热回收循环系统中均设有板式换热器，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的工质流道进口分别通过流量调节阀连接一歧路管道，各级压缩气体余热回收循环系统中的歧路管道分别与对应级中位于预热器与蒸发器之间的有机工质输送管连接，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的工质蒸汽出口分别通过管道连接对应级中的蒸汽管，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的油流道进口分别通过回油管与对应级中位于蒸发器内的有机工质输送管连接，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的油流道出口分别通过管道连接对应级中的分离器的进口。由此即可通过板式换热器对两级系统中，位于蒸发器内的有机工质输送管中的高温润滑油均进行了余热回收发电，增加了压缩气体余热回收的利用率。

本压缩气体余热回收发电系统的运行稳定可靠，其利用低沸点有机工质的循环流动，实现了压缩气体余热的回收，利用余热发电避免了能源的浪费，回收率高、回收效果好。同时也通过蒸发器、冷凝器实现了压缩气体的降温，避免了额外能源的消耗，降低了压缩气体的生产成本。并且还实现了润滑油的循环流动，其保证了螺杆膨胀机及工质泵的正常供油，为余热回收系统的稳定运行提供了有利条件。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的第一种实施例；

图2为本发明的第二种实施例；

图3为本发明的第三种实施例。

具体实施方式

参见图1，本发明压缩气体余热回收发电系统的一种实施例，包括压缩气输送管7，还包括发电机11、螺杆膨胀机10、蒸发器8、预热器5、低沸点有机工质储箱1、工质泵2。所述压缩气输送管7依次从设置的蒸发器8、预热器5中经过。所述低沸点有机工质储箱1的下游端通过工质泵2连接有机工质输送管4，所述有机工质输送管4依次经过预热器5、蒸发器8后连接蒸汽管18。所述蒸汽管18连接螺杆膨胀机10，所述螺杆膨胀机10的螺杆转子连接发电机11。所述螺杆膨胀机10的排气口通过管道连接一分离器12的进口。所述分离器12的工质出口通过管道连接一冷凝器14。所述冷凝器14为蒸发式冷凝器，蒸发式冷凝器的结构简单、便于安装、冷凝效果好，有机工质的冷凝更加可靠。所述冷凝器14通过管道连接低沸点有机工质储箱1的上游端。所述分离器12的出油口一路通过主油泵13连接螺杆膨胀机10的润滑油进口，另一路通过副油泵3连接工质泵2的润滑油进口。所述副油泵3与分离器12之间设有一加热器15，该加热器15是在系统启动时使用，起主要用于对润滑油加热，更有利于润滑油的循环流动，当系统进入正常循环后便可关闭加热器15。所述有机工质输送管4位于预热器5与蒸发器8之间的管段上设置一歧路管道16，该歧路管道16通过一流量调节阀6与一板式换热器9的工质流道进口连接，所述板式换热器9的工质蒸汽出口通过管道连接蒸汽管18，位于蒸发器8内的有机工质输送管4通过一回油管17与板式换热器9的油流道进口连接，所述板式换热器9的油流道出口通过管道连接分离器12的进口。板式换热器9的油流道进口输入的为有机工质输送管4内沉积的高温润滑油，从板式换热器9的工质流道进口输入的为经预热器5预热后的低沸点有机工质，通过板式换热器9实现热交换后，板式换热器9的工质流道蒸汽出口即输出高温高压过热蒸汽，其并入经过蒸发器8后的有机工质输送管4中，与有机工质输送管4中的高温高压过热蒸汽一起经蒸汽管18输入螺杆膨胀机10中做功发电。由此即对位于蒸发器8内的有机工质输送管4中的高温润滑油也进行了余热回收发电，增加了对压缩气体余热的回收率，能源的回收效果更好。经换热后的低温润滑油从板式换热器9的油流道出口流至分离器12内，并入润滑油的循环系统中。流量调节阀6可调节歧路管道16内低沸点有机工质的流量，以保证有足够的低沸点有机工质经过蒸发器8蒸发。

本发明不仅仅局限于上述实施例，还可采用另一种实施例，参见图2。螺杆膨胀机10、蒸发器8、预热器5、低沸点有机工质储箱1、工质泵2、分离器12、冷凝器14均采用两套构成两级压缩气体余热回收循环系统，两级压缩气体余热回收循环系统的螺杆膨胀机的螺杆转子位于发电机11的两端与发电机11连接，所述压缩气输送管依次从第一级A的蒸发器、预热器中经过，然后再从第二级B的蒸发器、预热器经过。各套中的螺杆膨胀机、蒸发器、预热器、低沸点有机工质储箱、工质泵、分离器、冷凝器、主油泵、副油泵、加热器之间的连接均与前一实施例相同。因为在不同的压力要求下，压缩气体存在不同的压缩级数，采用两级压缩气体余热回收循环系统，可分别对两级的压缩进行余热回收发电，达到压缩气体余热的充分回收，避免了能源的浪费。两级压缩气体余热回收循环系统中均设有板式换热器，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的工质流道进口分别通过流量调节阀连接一歧路管道，各级压缩气体余热回收循环系统中的歧路管道分别与对应级中位于预热器与蒸发器之间的有机工质输送管连接，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的工质蒸汽出口分别通过管道连接对应级中的蒸汽管，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的油流道进口分别通过回油管与对应级中位于蒸发器内的有机工质输送管连接，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器的油流道出口分别通过管道连接对应级中的分离器的进口。由此即可分别通过板式换热器对两级系统中，位于蒸发器内的有机工质输送管中的高温润滑油进行余热回收发电，增加了压缩气体余热回收的利用率。

本发明不仅仅局限于上述两种实施例，还可采用第三种实施例，参见图3。蒸发器8、预热器5、低沸点有机工质储箱1、工质泵2、冷凝器14、加热器15、板式换热器9均采用三套构成三级压缩气体余热回收循环系统，其中第一、二级压缩气体余热回收循环系统的螺杆膨胀机的螺杆转子位于发电机11的两端与发电机11连接，第三级C压缩气体余热回收循环系统的蒸汽管通过一连接管路分别与前两级的蒸汽管接通，第三级压缩气体余热回收循环系统的板式换热器油流道出口通过管道与一连接管路接通，该连接管路的两端分别接入前两级循环系统的螺杆膨胀机与分离器之间的管路中。前两级循环系统的分离器的工质出口一路通过管道连接第三级C的冷凝器，前两级循环系统的分离器的出油口一路通过管道连接第三级C的副油泵。压缩气输送管7依次以先后顺序经过第一级A的蒸发器、预热器，第二级B的蒸发器、预热器，第三级C的蒸发器、预热器后，输送至用户端。

本发明压缩气体余热回收发电系统的运行稳定可靠，工作时，通过压缩机出来的压缩气体由压缩气输送管7输送，低沸点有机工质储箱1内的低沸点有机工质通过工质泵2的驱动流向有机工质输送管4。当有机工质输送管4内的低沸点有机工质经过预热器5的时候，低沸点有机工质即被加热，加热后继续在有机工质输送管内向蒸发器8流动，经过蒸发器8后低沸点有机工质即成为高温高压过热蒸汽。之后该高温高压蒸汽通过蒸汽管18被输入螺杆膨胀机10内泄压膨胀做功，使螺杆膨胀机10的螺杆转子带动发电机11工作，实现发电机11发电。通过螺杆膨胀机10后输出的气体为低温低压过热蒸汽，之后通过分离器12后低温低压过热蒸汽内混合的油被分离出来。不含有油的低温低压过热蒸汽经分离器12的汽体出口流至冷凝器14，经冷凝后的低沸点有机工质成为低压状态下的饱和液体。最后液态有机工质流回至低沸点有机工质储箱1中收集，工质泵2再次将液态低沸点有机工质输送至预热器5，由此循环往复便可实现发电机的持续发电。

该系统通过回收的压缩气体余热使低沸点有机工质形成蒸汽用于发电，充分利用压缩气体余热作为热能，可避免采用其它能源产生热能导致的能源浪费，同时也通过蒸发器8、预热器5实现了压缩气体的降温，避免了采用水冷却降温而导致的额外能源消耗，降低了压缩气体的生产成本。本系统采用的低沸点有机工质能够充分利用压缩气体余热产生大量蒸汽，低沸点有机工质可为异丁烷、正丁烷或氟里昂等，其具有好的热力学特性及好的化学稳定性，不仅适于长期的循环使用，因为其蒸汽比容小，也极适用于余热的回收，保证了压缩气体余热较高的利用率。该系统中还设有润滑油的循环系统，其包括两路油路。其中一路油路是通过主油泵13将分离器12中分离的润滑油输送至螺杆膨胀机10内用于润滑，另一油路是通过副油泵3将分离器12中分离的润滑油输送至工质泵2用于润滑，这些润滑油会并入低沸点有机工质中一起从预热器5、蒸发器8经过后，再次进入分离器12中被分离出来，由此形成润滑油的循环流动。润滑油的循环流动稳定可靠，能够保证螺杆膨胀机10及工质泵2的正常供油，为余热回收系统的稳定运行提供了有利条件。

Claims (5)

1.一种压缩气体余热回收发电系统，包括压缩气输送管（7），其特征在于：还包括发电机（11）、螺杆膨胀机（10）、蒸发器（8）、预热器（5）、低沸点有机工质储箱（1）、工质泵（2），所述压缩气输送管（7）依次从设置的蒸发器（8）、预热器（5）中经过，所述低沸点有机工质储箱（1）的下游端通过工质泵（2）连接有机工质输送管（4），所述有机工质输送管（4）依次经过预热器（5）、蒸发器（8）后连接蒸汽管（18），所述有机工质输送管（4）位于预热器（5）与蒸发器（8）之间的管段上设置一歧路管道（16），该歧路管道（16）通过一流量调节阀（6）与一板式换热器（9）的工质流道进口连接，所述板式换热器（9）的工质蒸汽出口通过管道连接蒸汽管（18），位于蒸发器（8）内的有机工质输送管（4）通过一回油管（17）与板式换热器（9）的油流道进口连接，所述板式换热器（9）的油流道出口通过管道连接分离器（12）的进口，所述蒸汽管（18）连接螺杆膨胀机（10），所述螺杆膨胀机（10）的螺杆转子连接发电机（11），所述螺杆膨胀机（10）的排气口通过管道连接一分离器（12）的进口，所述分离器（12）的工质出口通过管道连接一冷凝器（14），所述冷凝器（14）通过管道连接低沸点有机工质储箱（1）的上游端，所述分离器（12）的油出口一路通过主油泵（13）连接螺杆膨胀机（10）的润滑油进口，另一路通过副油泵（3）连接工质泵（2）的润滑油进口。

2.根据权利要求1所述的压缩气体余热回收发电系统，其特征在于：所述副油泵（3）与分离器（12）之间设有一加热器（15）。

3.根据权利要求1所述的压缩气体余热回收发电系统，其特征在于：所述冷凝器（14）为蒸发式冷凝器。

4.根据权利要求1所述的压缩气体余热回收发电系统，其特征在于：所述螺杆膨胀机（10）、蒸发器（8）、预热器（5）、低沸点有机工质储箱（1）、工质泵（2）、分离器（12）、冷凝器（14）均采用两套构成两级压缩气体余热回收循环系统，两级压缩气体余热回收循环系统的螺杆膨胀机的螺杆转子位于发电机（11）的两端与发电机（11）连接，所述压缩气输送管（7）依次从第一级的蒸发器、预热器中经过，然后再从第二级的蒸发器、预热器经过。

5.根据权利要求4所述的压缩气体余热回收发电系统，其特征在于：两级压缩气体余热回收循环系统中均设有板式换热器（9），各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器（9）的工质流道进口分别通过流量调节阀连接一歧路管道（16），各级压缩气体余热回收循环系统中的歧路管道（16）分别与对应级中位于预热器（5）与蒸发器（8）之间的有机工质输送管（4）连接，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器（9）的工质蒸汽出口分别通过管道连接对应级中的蒸汽管（18），各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器（9）的油流道进口分别通过回油管（17）与对应级中位于蒸发器（8）内的有机工质输送管（4）连接，各级压缩气体余热回收循环系统中的板式换热器（9）的油流道出口分别通过管道连接对应级中的分离器（12）的进口。

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