CN114046508A - 一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置及方法，包括垃圾焚烧炉，所述垃圾焚烧炉上设置有生活垃圾入口和空气入口；所述垃圾焚烧炉上设置有高温烟气出口和高温炉渣出口，其中，所述高温炉渣出口和高温烟气出口均连接至蒸汽朗肯循环系统；所述蒸汽朗肯循环系统上设置的低温气体出口连接有机朗肯循环系统的气体入口；所述蒸汽朗肯循环系统和有机朗肯循环系统的余热出口还连接有用于对热网回水进行换热的换热单元；所述换热单元的低温气体出口连接有制冷设备；本发明通过多级热量回收单元将垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣和烟气中的热量进行回收，之后经由蒸汽朗肯循环和有机朗肯循环进行发电，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率。

Description

一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置及方法
技术领域
本发明属于垃圾焚烧发电领域，具体涉及一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置及方法。
背景技术
填埋曾是处理垃圾的主要方式，其优势在于操作简单，成本较低，缺点在于占地面积大，从长期来看，填埋过程中产生的垃圾渗滤液难以处理，会造成该地区的土地和地下水资源被污染，随着城市化的推进，垃圾填埋面临的压力越来越大。
垃圾焚烧发电是通过焚烧释放储存在生活垃圾内部的化学能，将其转化为热能并加以利用。相较于填埋，垃圾焚烧产生的污染气体排放量要低得多，同时其产生的电力和供热还可以减小不可再生能源的消耗，实现了节能减排，目前正逐渐成为我国处理城市生活垃圾的主流。
虽然焚烧在城市生活垃圾无害化处理中有着显著的优势，但是也存在一些有待解决的关键问题，最广泛的问题是垃圾焚烧电厂的整体能量效率偏低，存在较大的低品位能量损失，主要原因是锅炉燃烧的热损失和尾气排烟的低温热损失。另外，垃圾焚烧发电厂焚烧炉底部的底灰颗粒也蕴含着较大的余热能，但目前的垃圾焚烧电厂极少利用到这部分热量。余热回收利用需要考虑地区的能源产品需求，因为余热资源不仅可以用来发电，也可以用来进行区域供热，提供生活热水，以及通过制冷技术提供冷能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置及方法，解决了现有技术对垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣中的热量尚未利用，而只是利用了烟气中的余热，且现有垃圾焚烧装置一般用于供电，无法供冷供热的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，包括垃圾焚烧炉，所述垃圾焚烧炉上设置有生活垃圾入口和空气入口；所述垃圾焚烧炉上设置有高温烟气出口和高温炉渣出口，其中，所述高温炉渣出口和高温烟气出口均连接至蒸汽朗肯循环系统；
所述蒸汽朗肯循环系统上设置的低温气体出口连接有机朗肯循环系统的气体入口；
所述蒸汽朗肯循环系统和有机朗肯循环系统的余热出口还连接有用于对热网回水进行换热的换热单元；
所述换热单元的低温气体出口连接有制冷设备。
优选地，所述蒸汽朗肯循环系统包括炉渣余热锅炉、烟气余热锅炉、第一汽轮机和第三汽轮机，其中，所述高温炉渣出口连接炉渣余热锅炉上设置的炉渣入口，所述炉渣余热锅炉上设置的过热蒸汽出口连接第一汽轮机的蒸汽入口；
所述高温烟气出口连接烟气余热锅炉的烟气入口，所述烟气余热锅炉上设置的过热蒸汽出口连接第三汽轮机；
所述第一汽轮机上设置的乏汽出口和第三汽轮机上设置的乏汽出口均连接有机朗肯循环系统的气体入口。
优选地，所述有机朗肯循环系统上设置的循环水出口连接炉渣余热锅炉上设置的循环水入口。
优选地，所述第三汽轮机上的乏汽出口连接第一冷凝器的乏汽入口，所述第一冷凝器上设置的冷凝水出口连接烟气余热锅炉上设置的循环水入口。
优选地，所述有机朗肯循环系统包括第一换热器、第二换热器和第二汽轮机，其中，所述第一换热器上的气体入口和第二换热器上的气体入口均连接蒸汽朗肯循环系统上设置的气体出口；所述第一换热器上设置的有机工质出口连接第二换热器上设置的有机工质入口；所述第二换热器上设置的过热蒸汽出口连接第二汽轮机上设置的蒸汽入口，所述第二汽轮机上设置的乏汽出口经过第三冷凝器连接第一换热器的有机工质入口。
优选地，所述第一换热器上设置的低温气体出口和第二换热器上设置的低温气体出口均连接至换热单元。
优选地，所述换热单元包括第三换热器、第四换热器和第五换热器，其中，所述蒸汽朗肯循环系统的炉渣余热锅炉上的低温炉渣出口连接第三换热器的炉渣入口；所述第三换热器上设置热网回水管道；所述第三换热器的热网回水出口依次经过第四换热器和第五换热器连接热网供水设备；
所述第四换热器和第五换热器分别与有机朗肯循环系统的第一换热器和第二换热器连接。
优选地，所述制冷设备包括制冷机，所述制冷机上设置有供冷回水入口和烟气入口，其中，所述第五换热器的低温烟气出口连接烟气入口，所述制冷机上设置有供冷水出口。
一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用方法，包括以下步骤：
生活垃圾进入垃圾焚烧炉中，且在空气的助燃下焚烧，产生高温炉渣和高温烟气；
将得到的高温烟气和高温炉渣利用蒸汽朗肯循环系统进行发电；
将蒸汽朗肯循环系统产生的低温气体利用有机朗肯循环系统进行发电；
利用蒸汽朗肯循环产生的低温炉渣和有机朗肯循环产生的低温烟气对热网回水进行换热后进行热网中；
利用有机朗肯循环产生的低温烟气对供冷回水进行制冷。
优选地，高温炉渣进入炉渣余热锅炉与循环水进行换热，降温后的炉渣进入第三换热器继续与热网回水换热后排出；
加热的热网回水进入第四换热器；
循环水接受高温炉渣的热量升温形成过热蒸汽，送往第一汽轮机做功发电，做工后的乏汽进入第一换热器与循环有机工质进行换热，降温后的乏汽随后进入第四换热器继续与加热后的热网回水换热后形成冷凝水，得到的冷凝水继续回到炉渣余热锅炉中，完成蒸汽朗肯循环；
循环有机工质在第一换热器中与乏汽换热后升温，之后进入第二换热器与降温后的烟气尾气换热蒸发成蒸汽，随后进入第二汽轮机做功发电，做工后的有机工质蒸汽经过第二冷凝器冷凝成液态，完成有机朗肯循环；
焚烧炉排出的烟气尾气进入烟气余热锅炉与循环水换热降温后进入第二换热器与有机工质换热，再进入第五换热器与热网回水换热降温，随后进入制冷机驱动制冷机制取冷量；
循环水在烟气余热锅炉中产生过热蒸汽，进入第三汽轮机做功发电，乏汽进入第一冷凝器冷凝成水后回到烟气余热锅炉完成循环；
热网回水依次经过第三换热器、第四换热器和第五换热器升温后回到热网进行利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置及方法，本发明通过多级热量回收将垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣和烟气中的热量进行了同时回收利用，经由蒸汽朗肯循环和有机朗肯循环进行发电，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率。利用热网回水将经余热锅炉回收热量后的低温炉渣、蒸汽朗肯循环中汽轮机乏汽和烟气的低位热量进行充分回收，热网回水升温后送回到热网中，可以增加电厂供热量。利用低温烟气热量制取冷量，实现电厂的冷热电三联供。
进一步的，通过烟气和炉渣热量的梯级回收和不同品位热量之间的匹配、耦合，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率和能量利用效率。
进一步的，通过用余热锅炉回收炉渣热量进行蒸汽朗肯循环发电和热网回水二次回收炉渣热量，大大降低了炉渣常规处理过程中的冷却水消耗。
进一步的，通过热网回水回收低温炉渣热量、汽轮机乏汽和低温烟气的热量，增加了电厂供热量和供热收入，提高了电厂的经济效益。
进一步的，通过利用低温烟气驱动制冷机制冷，实现冷热电三联供，为电厂增加供冷收益。
附图说明
图1是本发明提供的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，包括垃圾焚烧炉1、炉渣余热锅炉2、第一汽轮机3、第二汽轮机4、第三汽轮机5、烟气余热锅炉6、冷凝器7、第一换热器8、第二换热器9、第三换热器10、第四换热器11、第五换热器12、冷凝器13、制冷机14、生活垃圾15、空气16、高温烟气17、高温炉渣18、热网回水19、供冷回水20、循环水21、过热蒸汽22、循环水23和循环有机工质24，其中，垃圾焚烧炉1上设置有生活垃圾入口和空气入口，所述垃圾焚烧炉1上设置的高温烟气出口与烟气余热锅炉6的高温烟气入口连接；所述垃圾焚烧炉1上设置的高温炉渣出口连接炉渣余热锅炉2的炉渣入口。
炉渣余热锅炉2上设置有循环水入口；所述炉渣余热锅炉2上设置的过热蒸汽出口与第一汽轮机3上设置的过热蒸汽入口。
所述炉渣余热锅炉2上设置的低温炉渣出口与第三换热器10上设置的低温入口；所述第三换热器10上设置有高温入口，所述第三换热器10设置的高温出口连接第四换热器11的高温入口，所述第三换热器上的高温出口连接热网回水19。
所述第三换热器10上设置有炉渣出口。
所述第四换热器11的高温出口连接第五换热器12的高温入口。
所述第五换热器12上设置的循环水出口连接有制冷机14上设置的循环水入口，所述制冷机上设置有烟气入口和供冷回水入口，所述制冷机14上设置有供冷水出口。
所述炉渣余热锅炉2上设置的过热蒸汽出口连接第一汽轮机3上设置的蒸汽入口，所述第一汽轮机3上设置的乏汽出口连接第一换热器8的乏汽入口，所述第一换热器8上设置的低温气体出口连接第四换热器11的蒸汽入口。
所述第四换热器11上设置的冷凝水出口连接炉渣余热锅炉2的循环水入口。
所述第三换热器8上设置的有机工质出口连接第二换热器9的有机工质入口，所述第二换热器9上设置的过热蒸汽出口连接第二汽轮机4上设置的蒸汽入口，所述第二汽轮机4上设置的乏汽出口连接第二冷凝器13的乏汽入口，所述第二冷凝器13上设置的冷凝水出口连接第一换热器8上设置的有机工质入口。
所述第二换热器9上设置的低温出口连接第五换热器12的低温入口，所述第五换热器12上设置的高温热网供水出口连接外接设备。
所述烟气余热锅炉6上设置的过热蒸汽出口连接第二汽轮机5的蒸汽入口，所述第二汽轮机5上设置的乏汽出口连接冷凝器7的乏汽入口，所述冷凝器7的凝结水出口连接烟气余热锅炉6上设置的冷凝水入口。
所述烟气余热锅炉6上设置的低温水出口连接第二换热器9低温水入口。
本装置的工作过程：
生活垃圾15进入垃圾焚烧炉1中，且在空气16的助燃下焚烧，产生高温炉渣18和高温烟气17。
来自垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的高温炉渣18进入炉渣余热锅炉2与循环水21进行换热，降温后的炉渣进入第三换热器10继续与热网回水19换热后排出。
加热的热网回水19进入第四换热器11。
循环水21接受高温炉渣18的热量升温形成过热蒸汽22，送往第一汽轮机3做功发电，做工后的乏汽进入第一换热器8与循环有机工质24进行换热，降温后的乏汽随后进入第四换热器11继续与加热后的热网回水换热后形成冷凝水，得到的冷凝水继续回到炉渣余热锅炉2中，完成蒸汽朗肯循环。
循环有机工质24在第一换热器8中与乏汽换热后升温，之后进入第二换热器9与降温后的烟气尾气换热蒸发成蒸汽，随后进入第二汽轮机4做功发电，做工后的有机工质蒸汽经过第二冷凝器13冷凝成液态，完成有机朗肯循环。
焚烧炉排出的烟气尾气17进入烟气余热锅炉6与循环水换热降温后进入第二换热器9与有机工质换热，再进入第五换热器12与热网回水换热降温，随后进入制冷机14驱动制冷机制取冷量，最后去往净化装置。
循环水23在烟气余热锅炉6中产生过热蒸汽，进入第三汽轮机5做功发电，乏汽进入第一冷凝器7冷凝成水后回到烟气余热锅炉6完成循环。
热网回水19先后经过第三换热器10、第四换热器11和第五换热器12升温后回到热网进行利用。
供冷回水20进入制冷机14提取冷能后，用于供冷。
本发明通过多级热量回收将垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣和烟气中的热量进行了同时回收利用，经由蒸汽朗肯循环和有机朗肯循环进行发电，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率。利用热网回水将经余热锅炉回收热量后的低温炉渣、蒸汽朗肯循环中汽轮机乏汽和烟气的低位热量进行充分回收，热网回水升温后送回到热网中，可以增加电厂供热量。利用低温烟气热量制取冷量，实现电厂的冷热电三联供。
1.通过烟气和炉渣热量的梯级回收和不同品位热量之间的匹配、耦合，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率和能量利用效率；
2.通过用余热锅炉回收炉渣热量进行蒸汽朗肯循环发电和热网回水二次回收炉渣热量，大大降低了炉渣常规处理过程中的冷却水消耗。
3.通过热网回水回收低温炉渣热量、汽轮机乏汽和低温烟气的热量，增加了电厂供热量和供热收入，提高了电厂的经济效益。
4.通过利用低温烟气驱动制冷机制冷，实现冷热电三联供，为电厂增加供冷收益。
通过烟气和炉渣热量的梯级回收和不同品位热量之间的匹配、耦合，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率和能量利用效率；通过用余热锅炉回收炉渣热量进行蒸汽朗肯循环发电和热网回水二次回收炉渣热量，大大降低了炉渣常规处理过程中的冷却水消耗；通过热网回水回收汽轮机乏汽和低温烟气的热量，增加了电厂供热量和供热收入，提高了电厂的经济效益。通过利用低温烟气驱动制冷机制冷，实现冷热电三联供，为电厂增加供冷收益。

Claims (10)

1.一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，包括垃圾焚烧炉(1)，所述垃圾焚烧炉(1)上设置有生活垃圾入口和空气入口；所述垃圾焚烧炉(1)上设置有高温烟气出口和高温炉渣出口，其中，所述高温炉渣出口和高温烟气出口均连接至蒸汽朗肯循环系统；
所述蒸汽朗肯循环系统上设置的低温气体出口连接有机朗肯循环系统的气体入口；
所述蒸汽朗肯循环系统和有机朗肯循环系统的余热出口还连接有用于对热网回水进行换热的换热单元；
所述换热单元的低温气体出口连接有制冷设备。
2.根据权利要求1所述的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述蒸汽朗肯循环系统包括炉渣余热锅炉(2)、烟气余热锅炉(6)、第一汽轮机(3)和第三汽轮机(5)，其中，所述高温炉渣出口连接炉渣余热锅炉(2)上设置的炉渣入口，所述炉渣余热锅炉(2)上设置的过热蒸汽出口连接第一汽轮机(3)的蒸汽入口；
所述高温烟气出口连接烟气余热锅炉(6)的烟气入口，所述烟气余热锅炉(6)上设置的过热蒸汽出口连接第三汽轮机(5)；
所述第一汽轮机(3)上设置的乏汽出口和第三汽轮机(5)上设置的乏汽出口均连接有机朗肯循环系统的气体入口。
3.根据权利要求2所述的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述有机朗肯循环系统上设置的循环水出口连接炉渣余热锅炉(2)上设置的循环水入口。
4.根据权利要求2所述的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述第三汽轮机(5)上的乏汽出口连接第一冷凝器(7)的乏汽入口，所述第一冷凝器(7)上设置的冷凝水出口连接烟气余热锅炉(6)上设置的循环水入口。
5.根据权利要求1所述的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述有机朗肯循环系统包括第一换热器(8)、第二换热器(9)和第二汽轮机(4)，其中，所述第一换热器(8)上的气体入口和第二换热器(9)上的气体入口均连接蒸汽朗肯循环系统上设置的气体出口；所述第一换热器(8)上设置的有机工质出口连接第二换热器(9)上设置的有机工质入口；所述第二换热器(9)上设置的过热蒸汽出口连接第二汽轮机(4)上设置的蒸汽入口，所述第二汽轮机(4)上设置的乏汽出口经过第三冷凝器(12)连接第一换热器(8)的有机工质入口。
6.根据权利要求5所述的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述第一换热器(8)上设置的低温气体出口和第二换热器(9)上设置的低温气体出口均连接至换热单元。
7.根据权利要求1所述的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述换热单元包括第三换热器(10)、第四换热器(11)和第五换热器(12)，其中，所述蒸汽朗肯循环系统的炉渣余热锅炉(2)上的低温炉渣出口连接第三换热器(10)的炉渣入口；所述第三换热器(10)上设置热网回水管道；所述第三换热器(10)的热网回水出口依次经过第四换热器(11)和第五换热器(12)连接热网供水设备；
所述第四换热器(11)和第五换热器(12)分别与有机朗肯循环系统的第一换热器(8)和第二换热器(9)连接。
8.根据权利要求7所述的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述制冷设备包括制冷机(14)，所述制冷机(14)上设置有供冷回水入口和烟气入口，其中，所述第五换热器(12)的低温烟气出口连接烟气入口，所述制冷机(14)上设置有供冷水出口。
9.一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
生活垃圾(15)进入垃圾焚烧炉(1)中，且在空气(16)的助燃下焚烧，产生高温炉渣(18)和高温烟气(17)；
将得到的高温烟气(15)和高温炉渣(16)利用蒸汽朗肯循环系统进行发电；
将蒸汽朗肯循环系统产生的低温气体利用有机朗肯循环系统进行发电；
利用蒸汽朗肯循环产生的低温炉渣和有机朗肯循环产生的低温烟气对热网回水进行换热；
利用换热后产生的低温烟气对供冷回水进行制冷。
10.根据权利要求9所述的一种冷热电三联供的垃圾焚烧余热利用方法，其特征在于，高温炉渣(18)进入炉渣余热锅炉(2)与循环水(21)进行换热，降温后的炉渣进入第三换热器(10)继续与热网回水(19)换热后排出；
加热的热网回水(19)进入第四换热器(11)；
循环水(21)接受高温炉渣(18)的热量升温形成过热蒸汽(22)，送往第一汽轮机(3)做功发电，做工后的乏汽进入第一换热器(8)与循环有机工质(24)进行换热，降温后的乏汽随后进入第四换热器(11)继续与加热后的热网回水换热后形成冷凝水，得到的冷凝水继续回到炉渣余热锅炉(2)中，完成蒸汽朗肯循环；
循环有机工质(24)在第一换热器(8)中与乏汽换热后升温，之后进入第二换热器(9)与降温后的烟气尾气换热蒸发成蒸汽，随后进入第二汽轮机(4)做功发电，做工后的有机工质蒸汽经过第二冷凝器(13)冷凝成液态，完成有机朗肯循环；
焚烧炉排出的烟气尾气(17)进入烟气余热锅炉(6)与循环水换热降温后进入第二换热器(9)与有机工质换热，再进入第五换热器(12)与热网回水换热降温，随后进入制冷机(14)驱动制冷机制取冷量；
循环水(23)在烟气余热锅炉(6)中产生过热蒸汽，进入第三汽轮机(5)做功发电，乏汽进入第一冷凝器(7)冷凝成水后回到烟气余热锅炉(6)完成循环；
热网回水(19)依次经过第三换热器(10)、第四换热器(11)和第五换热器(12)升温后回到热网进行利用。
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CN115523003A (zh) * 2022-09-30 2022-12-27 赤峰白音华物流有限公司 一种铜渣分级热量回收的装置系统及方法

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