CN117449931A - 一种余热利用循环系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种余热利用循环系统，涉及热能回收的技术领域，包括首级热交换器、高压透平机、加热器、低压透平机、高温热交换器、低温换热器和次级压缩机，废气经过首级热交换器进行热交换，对超临界二氧化碳流体进行加热，加热后的超临界二氧化碳流体经过高压透平机、加热器进入低压透平机；随后高温二氧化碳流体经过高温热交换器和低温换热器换热后，进入至次级压缩机，随后进入高温热交换器进行热交换，在热交换后，进入至首级热交换器进行换热，换热后，进入至高压透平机，形成循环。本申请具有对余热利用效率高的优点。
Description
技术领域
本申请涉及热能回收的技术领域，尤其是涉及一种余热利用循环系统。
背景技术
随着工业生产过程中废热利用技术的发展，余热回收、余热利用成为目前关注的焦点。余热的来源广泛，覆盖的热源温度范围也跨度极大，从几十摄氏度到几百摄氏度。因此，为了更充分有效的利用余热，利用高温余热回收发电、中低温余热回收制冷的综合余热利用技术被提出。在理想条件下，随着余热温度的降低，余热依次被用于发电、制冷、供热，实现了能量的阶梯式利用。而余热回收发电技术具备将低品质的废热转化为高品质的电力的能力，是变废为宝最具潜力的途径。
针对于多样化的余热回收场景，面向多种多样的能量负荷需要，单一的余热利用方式已不满足用户侧多用途的需要，余热回收系统越来越多地采用冷、热、电多种能量联合生产的形式开展。而为了实现更高的余热回收效率，预热、回热、多级压缩、多级膨胀、多能互补等更多形式的余热回收技术也被更加广泛地被研究和推广。但是当前对余热的利用效率不高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本申请的目的之一是提供一种余热利用循环系统，其具有对余热利用效率高的优点。
本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种余热利用循环系统，包括首级热交换器、高压透平机、加热器、低压透平机、高温热交换器、低温换热器和次级压缩机，废气经过首级热交换器进行热交换，对超临界二氧化碳流体进行加热，加热后的超临界二氧化碳流体经过高压透平机、加热器进入低压透平机；随后高温二氧化碳流体经过高温热交换器和低温换热器换热后，进入至次级压缩机，随后进入高温热交换器进行热交换，在热交换后，进入至首级热交换器进行换热，换热后，进入至高压透平机，形成循环。
通过采用上述技术方案，通过高压透平机、低压透平机，使得能够对余热进行有效的利用，使得对余热的利用效率更高。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括吸收式制冷环路，吸收式制冷环路包括发生器、冷凝器、蒸发器、预冷器和主压缩机，从低温换热器排出的超临界二氧化碳流体分为两路，一路进入至次级压缩机，另一路进入至发生器，发生器与冷凝器、蒸发器连接实现制冷，从发生器排出超临界二氧化碳流体经过预冷器和主压缩机后经过低温换热器和高温换热器，进行热交换，在热交换后，进入至首级热交换器进行换热，换热后，进入至高压透平机，形成循环。
通过采用上述技术方案，在此过程中，对余热的利用能够实现制冷效果。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：吸收式制冷环路还包括溶液热交换器、吸收器和溶液循环泵，NH3H2O的弱溶液能够吸收流经低温换热器中的热量，由于热量的作用，溶液中的NH3蒸发并流向冷凝器，剩余的液体转化为NH3H2O的强溶液，然后流入溶液热交换器，溶液热交换器加热从溶液循环泵排出的NH3H2O的弱溶液，以实现发生器内弱溶液状态，通过冷凝器，蒸汽制冷剂NH3在冷凝器出口转化为高压饱和液体，然后，低压的液体NH3流入蒸发器产生冷却效果，而高压的液体NH3被限制通过膨胀阀，这使得NH3的压力下降到低压，当NH3从蒸发器中被材料或物质吸收热量时，产生低压饱和蒸汽NH3状态，液体制冷剂蒸发，蒸发器产生冷却效果，而高压的液体NH3被限制通过膨胀阀，饱和蒸汽NH3被带入吸收器，被发生器产生的强溶液消耗。
通过采用上述技术方案，在此过程中，通过在发生器处实现热交换，从而能够实现制冷效果。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括ORC换热器、ORC循环泵、ORC透平机和ORC冷凝器，废气经过首级热交换器进行热交换后通过ORC换热器进行换热，加热有机工质，有机工质通过ORC循环泵流入ORC透平机进行发电，后进入ORC冷凝器。
通过采用上述技术方案，因此，通过首级热交换器进行热交换后的废气仍能再次利用，并进行发电，从而使得对余热的利用效果更好。
附图说明
图1是本申请系统的结构示意图。
附图标记：1、燃气发生器；2、燃气涡轮；3、高压透平机；4、加热器；5、低压透平机；6、次级压缩机；7、主压缩机；8、低温换热器；9、高温换热器；10、首级换热器；11、发生器；12、溶液热交换器；13、吸收器；14、溶液循环泵；15、蒸发器；16、冷凝器；17、预冷器；18、ORC系统换热器；19、ORC透平机；20、ORC冷凝器；21、ORC循环泵。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
参照图1，为本申请公开的一种余热利用循环系统，包括燃气发生系统、换热环路、吸收式制冷环路和ORC系统，ORC系统和换热环路都从同一来源获得热量(即燃气发生系统所产生的废气)。换热环路包括首级热交换器、高压透平机3、加热器4、低压透平机5、高温热交换器、低温换热器8和次级压缩机6。吸收式制冷环路包括发生器11、冷凝器16、蒸发器15、预冷器17、主压缩机7、溶液热交换器12、吸收器13和溶液循环泵14。ORC系统包括ORC换热器、ORC循环泵21、ORC透平机19和ORC冷凝器20。
燃气发生系统包括燃气发生器111和涡轮机，燃气发生器111内燃气气体燃烧，达到涡轮机入口所需温度后，进入涡轮机，通过发电机发电。随后进入首级换热器10进行换热。
从涡轮机排出的高温排气首先进入首级热交换器，加热高温回热器处的超临界二氧化碳流体，以达到超临界二氧化碳的高压透平机3入口温度。随后进入高压透平机3，从高压透平机3排出后，经过加热器4再次加热，然后进入低压透平机5，从低压透平机5排出后，超临界二氧化碳流体蒸汽作为热流进入高温换热器9，进行换热，换热后，流动到低温换热器8，在经过低温换热器8换热后，具有较小质量流速的超临界二氧化碳从低温换热器8流出直接进入次级压缩机6中被压缩，压缩后的流体与来自低温换热器8流出的流体汇合后流入高温换热器9。高温换热器9加热从次级压缩机6和低温换热器8流出的超临界二氧化碳流体。
具有较大质量流速的超临界二氧化碳从低温换热器8流出至发生器11，将热量排放到吸收制冷循环。从发生器11流出后，分别通过预冷器17进入主压缩机7中被压缩，之后，它进入低温换热器8进行第一次加热。低温换热器8用以提高来自主压缩机7具有最大压力的超临界二氧化碳流体的温度。
在吸收式制冷环路的发生器11内，NH3H2O的弱溶液能够吸收流经低温换热器8中的热量，由于热量的作用，溶液中的NH3蒸发并流向冷凝器16，剩余的液体转化为NH3H2O的强溶液，然后流入溶液热交换器12，溶液热交换器12加热从溶液循环泵14排出的NH3H2O的弱溶液，以实现发生器11内弱溶液状态，通过冷凝器16，蒸汽制冷剂NH3在冷凝器16出口转化为高压饱和液体，然后，低压的液体NH3流入蒸发器15产生冷却效果，而高压的液体NH3被限制通过膨胀阀，这使得NH3的压力下降到低压，当NH3从蒸发器15中被材料或物质吸收热量时，产生低压饱和蒸汽NH3状态，液体制冷剂蒸发，蒸发器15产生冷却效果，而高压的液体NH3被限制通过膨胀阀，饱和蒸汽NH3被带入吸收器13，被发生器11产生的强溶液消耗，该过程导致形成较弱的溶液，在来自溶液热交换器12的热量被较弱的溶液吸收后，流到发生器11完成循环。
经首级热交换器换热后的废气进入ORC换热器，加热和沸腾从ORC循环泵21排出的有机工质流体。ORC透平机19使用膨胀加热的饱和有机工质流体蒸汽作为其工作流体。在通过ORC循环泵21的压缩过程前，膨胀的有机工质流体经过ORC冷凝器20冷却并变成饱和液体。
本实施例的实施原理为：通过超临界二氧化碳循环、吸收式制冷循环和ORC循环联合运行模式，根据燃气涡轮2出口废气温度特点，实现能量的梯级利用。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种余热利用循环系统，其特征在于：包括首级热交换器、高压透平机(3)、加热器(4)、低压透平机(5)、高温热交换器、低温换热器(8)和次级压缩机(6)，废气经过首级热交换器进行热交换，对超临界二氧化碳流体进行加热，加热后的超临界二氧化碳流体经过高压透平机(3)、加热器(4)进入低压透平机(5)；随后高温二氧化碳流体经过高温热交换器和低温换热器(8)换热后，进入至次级压缩机(6)，随后进入高温热交换器进行热交换，在热交换后，进入至首级热交换器进行换热，换热后，进入至高压透平机(3)，形成循环。
2.根据权利要求1所述的一种余热利用循环系统，其特征在于：还包括吸收式制冷环路，吸收式制冷环路包括发生器(11)、冷凝器(16)、蒸发器(15)、预冷器(17)和主压缩机(7)，从低温换热器(8)排出的超临界二氧化碳流体分为两路，一路进入至次级压缩机(6)，另一路进入至发生器(11)，发生器(11)与冷凝器(16)、蒸发器(15)连接实现制冷，从发生器(11)排出超临界二氧化碳流体经过预冷器(17)和主压缩机(7)后经过低温换热器(8)和高温换热器(9)，进行热交换，在热交换后，进入至首级热交换器进行换热，换热后，进入至高压透平机(3)，形成循环。
3.根据权利要求2所述的一种余热利用循环系统，其特征在于：吸收式制冷环路还包括溶液热交换器(12)、吸收器(13)和溶液循环泵(14)，NH3H2O的弱溶液能够吸收流经低温换热器(8)中的热量，由于热量的作用，溶液中的NH3蒸发并流向冷凝器(16)，剩余的液体转化为NH3H2O的强溶液，然后流入溶液热交换器(12)，溶液热交换器(12)加热从溶液循环泵(14)排出的NH3H2O的弱溶液，以实现发生器(11)内弱溶液状态，通过冷凝器(16)，蒸汽制冷剂NH3在冷凝器(16)出口转化为高压饱和液体，然后，低压的液体NH3流入蒸发器(15)产生冷却效果，而高压的液体NH3被限制通过膨胀阀，这使得NH3的压力下降到低压，当NH3从蒸发器(15)中被材料或物质吸收热量时，产生低压饱和蒸汽NH3状态，液体制冷剂蒸发，蒸发器(15)产生冷却效果，而高压的液体NH3被限制通过膨胀阀，饱和蒸汽NH3被带入吸收器(13)，被发生器(11)产生的强溶液消耗。
4.根据权利要求3所述的一种余热利用循环系统，其特征在于：还包括ORC换热器、ORC循环泵(21)、ORC透平机(19)和ORC冷凝器(20)，废气经过首级热交换器进行热交换后通过ORC换热器进行换热，加热有机工质，有机工质通过ORC循环泵(21)流入ORC透平机(19)进行发电，后进入ORC冷凝器(20)。
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