CN1436987A - 工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种规模利用烟道余热和余蒸汽发电，并能收集烟气和烟尘的真空设备，主要用于火力发电厂、工业锅炉、工业窑炉等方面。本发明是利用工业余热使低沸点液体介质产生的蒸气为动力发电，主要由余热真空抽除系统、热能交换系统、涡轮机发电机组、CO₂介质真空冷却压缩回收系统等组成，使锅炉去掉烟囱，实施全封闭燃烧工艺，利用烟道余热发电；使汽轮机去掉凝汽器发电不用冷却水，利用余蒸汽发电，使电厂实现零排放，收集烟气尘消除对环境污染、提高发电效率。

Description

工业余发电和收集烟道气尘双作用真空装置

本发明工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，是一种利用各种烟道余热和余蒸汽为能源发电，并具有收集烟道烟气和烟尘的真空设备。主要用于火力发电厂、各类工业锅炉、工业窑炉等方面。

目前我国约三分之二的一次能源消耗在发电厂锅炉、工业锅炉、工业窑炉上。在这些方面一般是采用通过烟囱的燃烧方法燃烧矿石燃料，这种敞开式的燃烧形式在燃烧过程中，通过烟囱排放掉的热能损失可达30％左右，所以在这三方面所产生的工业余热潜力很大。为此，我国政府早于1978年将工业余热利用列为国家重点推广的新技术项目之一，也是节能技术改造的重点。当今国内外在利用烟道热能技术研究方面取得了很大的进步，如开发出了多种形式的烟道余热锅炉和各种形式的真空热管工业余热利用装置，但其用途只能达到在有条件限制的前提下，部分的利用烟道余热的作用。再者，由于火力发电厂的大力发展而排放的大量温室气体，对大气环境造成了严重污染，使气候发生灾难性的变化，形成的各种自然灾害直接威胁人类的生存。为此，联合国研究气候变化的委员会指出：“人类不把温室气体的排量减少60％的话，最终将造成灾难性的影响，海平面上升，生态系统将遭到彻底破坏。沙漠扩大、风暴水灾将更加频繁和猛烈，诱发一些天灾并导致某些传染病流行。”目前的先污染后治理的环境保护政策，不但代价大而且收效不大。如日本资源与公害研究所调查研究表明，污染后再治理的投资要比预先防止污染的投资大100倍。所以，减少和收集处理燃烧矿石燃料排放的温室气体，是当今人类社会必须要解决的难题之一。

当今火力发电厂用于电厂汽轮机发电做功的蒸汽热量，仅占蒸汽总热量的40％左右，其余60％左右的热能经冷气器用冷却水凝结为水，发电厂为此要付出很高的消耗，并造成严重的热污染，目前，虽然对于蒸汽的利用取得一些进展，但只限于少量的余蒸汽的利用方面，如何取得规模利用电厂余蒸汽发电是尚未解决的难点。

本发明的主要目的是，向能源工业界提供一种规模利用电厂烟道余热和余蒸汽为能源发电，并收集由烟道排放出的烟气和烟尘的真空设备。使火力发电厂实现零排放，锅炉燃烧不用烟囱，利用烟道余热发电；使电厂汽轮机发电去掉冷气器，不用冷却水，利用余蒸汽发电，达到在消除对环境污染的同时，提高一次能源的利用效率；为创建工业余热和低热能发电产业提供先进的手段。

本发明的结构包括由多个隧道式热交换器、尾管、水泵、多个电动阀、清水池、沉淀池、工作平台等组成的热能交换系统；包括由多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、水泵、电器控制箱、温度传感器、循环水池、工作平台等组成的水柱塞式真空泵和压缩机；包括由水柱塞式真空泵和压缩机、真空罐等组成的余热真空抽除系统；包括由水柱塞式真空泵和压缩机、真空制冷室、冷气器、管道泵、水泵、压缩机、循环水池等组成的CO₂介质真空冷却压缩回收系统；包括涡轮机发电机组等，用管路将其各系统和涡轮机发电机组连接成一体组成。其中，水柱塞式真空泵和压缩机中的真空获得器是包括由真空室、尾管、真空阀、排气阀、水位传感器、给水管、真空管、排气管、电动阀等组成，真空制冷器包括由真空室、制冷室、尾管、真空阀、排气阀、水位传感器、压力表、放水管、电动阀等组成；其中，热能交换系统中的隧道式热交换器是包括由热交换室、隔离板、多条真空热管、输水管、水流喷嘴等组成。

本发明的工作原理，是以低沸点液体为工作介质(如CO₂、异丁烷、正丁烷、丙烷等，CO₂的临界点为31℃，7.3Mpa)利用各种锅炉烟道余热和电厂余蒸汽为能源，使低沸点介质液体汽化。用其产生的蒸汽带动涡轮机发电机组发电，其工作过程：利用余热真空抽除系统，通过热能交换系统对由烟道排放的烟气或由电厂汽轮机排放的余蒸汽进行抽除，使其烟气或余蒸汽所载热量在热能交换系统中转化为CO₂蒸气，用其CO₂蒸气驱动涡轮机发电机组运行发电，完成将低热能量转化成电能的工作，由涡轮机排放出的CO₂泛蒸气，经CO₂介质真空冷却压缩回收系统回收冷却压缩成液体，并将CO₂液体压入热能交换系统中循环使用。

本发明的目的是这样实现的：将热能交换系统的多个隧道式热交换器平卧并联安装在高于地面10.3公尺的工作平台上面，将各个隧道式热交换器底部的尾管下端深入到工作平台下面的沉淀水池的水面之下，将各个隧道式热交换器的烟气或余蒸汽进口并联，通过管道与锅炉烟道或电厂汽轮机排汽口相连通，将各个隧道式热交换器的烟气或余蒸汽出口并联，通过管道与余热真空抽除系统的真空罐相连通，再将涡轮机发电机组安装在多个隧道式热交换器之上的平台上面，通过管道将涡轮机的进汽口和多个隧道式热交换器的CO₂蒸气排出口相连通，涡轮机的排汽管路与CO₂介质真空冷却压缩回收系统中的冷气器的进汽口相连通，CO₂介质真空冷却压缩回收系统中的水柱塞式真空泵和压缩机的真空管路与真空制冷室相连通，真空制冷室的冷水出口通过管道泵与冷气器的冷水进口相连通，冷气器的CO₂液体的排出口通过压缩机与各个隧道式热能交换器的CO₂液体进口相连通，使其各系统连接一体。通过余热真空抽除系统中的水柱塞式真空泵和压缩机工作获得真空能量，用其真空能量通过各个隧道式热能交换器完成抽除由烟道排出的烟气或由电厂汽轮机排出的余蒸汽的工作，被抽除的烟气或余蒸汽在流经各个隧道式热能交换器的过程中，用其所载的热量将CO₂液体汽化产生CO₂蒸气，在各个隧道式热能交换器中完成将低热能量转化为CO₂蒸气能量的工作。用其CO₂蒸气驱动涡轮机发电机组运行发电，完成将CO₂蒸气转化为电能的工作。由涡轮机排放出的泛CO₂蒸气，被CO₂介质真空冷却压缩回收系统冷却压缩成CO₂液体后再压入各个隧道式热交换器中循环使用，沉积在各个隧道式热交换器内的烟尘，利用压力水流通过其底部的尾管排放到沉淀水池内，完成收集烟尘的工作。被余热真空抽除系统抽除的烟气通过其系统压缩后输出，完成烟气的收集工作。

隧道式热交换器的工作是这样完成的，隧道式热交换器的热交换室是由一增长管道构成，在其室内的中间位置装置一隔离板，并在隔离板上垂直地安装多条真空热管，用其隔离板将热交换室隔离成上下两个各自独立的容腔，上容腔为CO₂液体汽化室，下容腔为烟气或蒸汽通道。上容腔的CO₂蒸气出口通过管道与涡轮机的CO₂蒸气进口相连通，上容腔CO₂液体进口通过管道与CO₂介质真空冷却压缩回收系统中的空压机的出口相连通；下容腔的烟气或蒸汽进口通过管道与锅炉烟道或电厂汽轮机的排气口相连通，下容腔的烟气或蒸汽出口与余热真空抽除系统的真空罐相连通。在下容腔的底部安装一条输水管道，并在其管道上安装多个水力喷嘴，当烟气或余蒸汽流经下容腔时，其所载的热量便通过多条真空热管及时传递到上容腔的CO₂液体，用其热量使CO₂液体汽化产生CO₂蒸气，完成将低热能转化为CO₂蒸气能的工作，产生的CO₂蒸气通过管道输出，供涡轮机发电机组工作。沉积在下容腔的烟尘，定时利用水力清理，通过尾管排入沉淀水池内，完成烟尘的收集工作。

水柱塞式真空泵和压缩机获得真空的工作是这样完成的：将水柱塞式真空泵和压缩机的多个真空获得器、真空制冷器安装在高于地面10.3公尺的工作平台上面，并将多个真空获得器、真空制冷器的尾管末端沉入到地下循环水池的水面之下。水池内安装温度传感器，安装在水池上面的水泵通过管道分别与多个真空获得器、真空制冷器的真空室相连通。真空获得器的工作是分两个工作程序来完成的。第一程序是排除气体：其工作过程是关闭真空获得器尾管下部的电动阀，开启给水管道上的电动阀，由水泵向其真空室输水，水量在真空室上升的过程形成了水柱塞的工况，将真空室水柱上面的气体压缩，压缩气体将真空室上方的真空阀压紧封严，并压开真空室上方的排气阀，通过管道将压缩气体排放到气水分离器内，当真空室内压满水量时，便完成了排除气体的工作，同时水位传感器发出电信号，指令电器控制箱进入第二工作程序：关闭给水管道上的电动阀，停止供水，开启尾管下部的电动阀，真空室内的水量便通过尾管排放到下面的循环水池内，真空室内因水位的下降，使其上部形成真空，这种工况，真空室上部的排气阀被大气压紧封严，被抽除的气体通过真空管路压开真空阀进入真空室，当真空室内的水位下降到高于循环水池水面的高度，小于10.3公尺时，大气压力便阻止真空室内的水位继续下降(在真空环境中气压水柱的极限高度不大于10.3公尺)，使真空获得器完成获得真空抽除气体的工作；当真空室内的水位下降到所给定的下限位置时，水位传感器发出电信号，指令电器控制箱停止第二工作程序，再进入第一工作程序：关闭尾管下部的电动阀，开启给水管道上的电动阀。如此周而复始的交替工作，便使真空获得器连续的完成获得真空抽除气体的工作。

下面结合附图对本发明的结构和动态操作详细说明：

附图1  工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置结构图

附图2  本发明实施例结构图

附图3  余热真空抽除系统图

附图4  隧道式热交换器结构图

附图5  热能交换系统图

附图6  CO2介质真空冷却压缩回收系统图

附图7  水柱塞式真空泵和压缩机结构与工作原理图

附图8  真空获得器结构图

附图9  真空制冷器结构图

附图10 气水分离器结构图

如附图1所示，工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置是由两台水柱塞式真空泵和压缩机2、涡轮发电机组6、多个隧道式热交换器8、真空罐10、真空制冷室3、管道泵4、冷气器5、压缩机16、水泵13、多条尾管20、循环水池14、清水池18、沉淀池21、工作平台22、烟气或余蒸汽输送管道1等由管路连通结构成一体组成。由安装在涡轮机发电机组6下面的冷气器5、管道泵4、真空制冷室3、水柱塞式真空泵和压缩机2、水泵13、循环水池14等组成CO₂介质真空冷却压缩回收系统，将涡轮机发电机组6排放出的泛CO₂蒸气冷却压缩成为CO₂液体，再经管路17压送到多个隧道式热交换器8内循环使用；由水柱塞式真空泵和压缩机2和真空罐10等组成的余热抽除系统，通过多个隧道式热交换器8、烟气或蒸汽输送管道1对由锅炉烟道排放的烟气或电厂汽轮机排放的余蒸汽进行真空抽除，达到在保证锅炉或汽轮机正常运行的工况下，对烟道余热或余蒸汽利用的目的，收集的烟气由管道11输出。由安装在高于地面10.3公尺的工作平台22上面的多个隧道式热交换器8、清水池18、水泵13、多条尾管20、沉淀池21等组成的热能交换系统，完成将烟气或余蒸汽所载的热量转化成为CO₂蒸气能量的工作。产生的CO₂蒸气通过管路7输送给涡轮机发电机组6，使涡轮机发电机组运行发电。用烟气为热源时，沉积在各个隧道式热交换器8内的烟尘由水泵13供给的压力水流清理，经尾管20排入沉淀水池21内，用余蒸汽为热源时，凝结在各个隧道式热交换器8内的凝结水经尾管20排入沉淀水池21内。

如附图2所示的本发明实施例结构图，为本发明利用电厂烟道热与余蒸汽同时发电和收集烟气尘装置的结构图。按附图2中的(a)图所示，本发明工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置中的热能交换系统8的烟气进气口通过管道3与发电厂锅炉1的烟道2相连通后，便能实现利用锅炉排放出的烟道余热生产电能和收集烟尘的工作；按附图2中的(b)图所示，锅炉1所产生的水蒸气通过管道4与汽轮机5相连通，汽轮机5工作后排放出的余蒸汽通过管道6与本发明工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置中的热能交换系统8的余蒸汽进气口相连通，这种结构便能使本发明实现利用电厂余蒸汽发电的工作，由热能交换系统的排放到沉淀水池10的凝结水，由水泵9经过管道7输送到锅炉1中循环使用。

如附图3所示，余热真空抽除系统是由水柱塞式真空泵和压缩机4和真空罐2通过真空管路3相连通组成，通过管路1与热能交换系统的烟气或蒸汽排出管路相连通。其系统的动态操作是，通过水柱塞式真空泵和压缩机4的工作，大抽速的获得真空能量，用其真空能量通过真空罐2、管道1和热能交换系统，大抽速的抽除由锅炉烟道排放的烟气或由电厂汽轮机排放的余蒸汽，达到在保证锅炉或电厂汽轮机正常运行的状况下完成对烟道烟气或余蒸汽的收集工作。

如附图4所示，隧道式热交换器是由热交换室2、多条真空热管4、输水管9、多个水力喷嘴8等组成。在热交换室2的中间位置安装一隔离板3，多条真空热管4通过隔离板3，垂直的安装在隔离板3上面，利用隔离板3将热交换室2的内腔隔离成各个独立的密闭的上下两个容腔。上容腔5为CO₂液体汽化室，下容腔11为烟气或蒸汽通道。下容腔11两端管道7和12分别为烟气或蒸汽的进气口和排气口，上容腔5的管道1为CO₂蒸气出口，上容腔5的管道6为CO₂液体进口，在下容腔11底部装置一个漏斗式出口10，在下容腔11内装一条输水管道9，并在输水管道9上面安装多个水力喷嘴8。隧道式热交换器的动态操作是，当被余热真空抽除系统抽除的由锅炉烟道排出的烟气或电厂汽轮机排除的余蒸汽，经过进气口7、下容腔11、出气口12流经的过程中，烟气或余蒸汽所载热量便通过多条真空热管4传递给上容腔5中的CO₂液体，用其热量使CO₂液体汽化，产生的CO₂蒸气由管道1排出，完成将烟道热或余蒸汽的低热能转化成为CO₂蒸气能的工作。循环使用的CO₂液体由管道6压入上容腔5内，用烟道余热时，沉淀在下容腔11的烟尘由输水管9和水利喷嘴8喷出的压力水流清除后，经出口10排出，用余蒸汽时，凝结在下容腔11的凝结水经出口10排出。

如附图5所示，热能交换系统是由多个隧道式热交换器3、工作平台6、输水管7、清水池9、水泵8、多条尾管11、沉淀池10等组成。将多个隧道式热交换器3卧式并联的安装在高于地面10.3公尺的工作平台6上面，通过管道1将多个隧道式热交换器与锅炉烟道或电厂汽轮机排气口相连通，通过管道4将多个隧道式热交换器与余热真空抽除系统相连通，将安装在各个隧道式热交换器3底部的尾管11的末端沉入到沉淀池10的水面之下，安装在清水池9上面的水泵8通过管道7与各个隧道式热交换器内的输水管相连通。这种结构可达到扩大烟气或余蒸汽的交换容积，扩大真空热管的热交换面积，提高余热的利用率，并能降低烟气的流动速度，达到将烟气所携带的烟尘沉积在隧道式热交换器的下容腔内，利用水泵8供给的压力水流将沉积的烟尘排放到沉淀水池10内，完成收集烟尘的工作。多条尾管11通过沉淀水池10内的水，封住大气压入各个隧道式热交换器3内，保证烟气或余蒸汽流经各个隧道式热交换器3的通导能力不受破坏。

如附图6所示，CO₂介质真空冷却压缩回收系统是由水柱塞式真空泵和压缩机1、真空制冷室3、管道泵4、冷气器5、压缩机9、尾管13、工作平台10、循环水池12、水泵11等用管道连接成为一体组成。其动态操作是，用水柱塞式真空泵和压缩机1大抽速获得的真空能量，通过真空管道2使真空制冷室3保持真空环境，在这种工况下，当由水泵11将循环水池12中的水泵入真空制冷室3并形成扩散开的水流时，在真空环境中水便迅速蒸发，产生的水蒸汽及时被水柱塞式真空泵和压缩机抽除，由此完成真空制冷的工作，获得冷水由管道泵4经管路7压入冷气器5内，再经放水管13排入到循环水池12内。在这种工况下，当由进气口6排入冷气器5内的泛CO₂蒸气便被冷水冷却，冷却后的CO₂气体经管道8排入到压缩机9内，由压缩机9压缩为CO₂液体并压力输出，完成CO₂气体的回收工作。

如附图7所示，水柱塞式真空泵和压缩机是由多个真空获得器3、真空制冷器2、气水分离器7、循环水池12、水泵11、电器控制箱1、温度传感器13、工作平台8等组成。将多个真空获得器3、真空制冷器2、气水分离器7安装在高于地面10.3公尺的工作平台8上面，其真空获得器3和真空制冷器2的尾管末端沉入到循环水池12的水面之下，水泵11通过输水管9与各真空获得器和真空制冷器的真空室相连通，温度传感器13安装在循环水池12的水中，各个真空获得器3通过排气管道5与气水分离器7相连通，并通过真空管4与被抽除系统相连通。

如附图8所示，真空获得器是由真空室3、真空阀2、真空管1、排气阀6、排气管5、水位传感器4、给水管7、电动阀8、尾管9、工作平台10等组成。真空室3安装在高于地面10.3公尺的工作平台10上面，尾管9沉入到循环水池11的水面之下，在尾管9的下部安装电动阀8，水位传感器4安装在真空室3内部，真空阀2安装在真空室上部的真空管的1下面，排气阀6安装在真空室3上部的排气管5的下面，给水管7安装在真空室3的下部，并在给水管7上面安装电动阀8。真空获得器的动态操作是通过电器控制箱控制，当尾管9下部的电动阀8关闭和给水管7上的电动阀8开启时，这种工况，给水管7开始向真空室3内输水，输入真空室3的水流在其室内形成了水柱塞的工作状况，水柱塞在上升的过程便将真空室3内上部的气体进行压缩，被压缩的气体将其室上部的真空阀2压紧封严，同时将其室上部的排气阀6压开，被压缩的气经排气阀6和排气管5排出，其工况如附图7中a图所示，当输入的水流注满真空室3，完成排出气体的工作时，水位传感器4便向电器控制箱发出电信号，指令关闭给水管7的电动阀8，同时开启尾管9下部的电动阀8，这种工况，真空室3内的水量便通过尾管9排放到循环水池11中，当真空室3的水位在下降的过程便使其室内上部形成真空，这种工况，真空室3上部的排气阀6便被大气压紧封严，被抽除的气体便通过真空管1压开真空阀2进入真空室3内，其工况如附图7中b图所示，当真空室3内的水位下降到离循环水池11的水面的垂直高度小于10.3公尺时，由于大气压力的作用，其室内的水位便停止下降(因为真空室3在真空状态下，大气压力将循环水池11的水通过尾管9压向真空室3的极限高度不高于10.3公尺)，此时真空室3的水便全部排放到循环水池11中(因为真空室3是安装在高于地面10.3公尺的工作平台10上面)，完成获得真空抽除气体的工作。当真空室3内的水位下降到给定的下限位置时，水位传感器4便向电器控制箱发出电信号，指令关闭尾管9上的电动阀8和开启给水管7上的电动阀8，给水管7又开始向真空室3内供水。如此周而复始工作便使真空获得器连续的完成获得真空和压力输出气体的工作。

如附图9所示，真空制冷器是由真空室7、真空阀2、真空管1、排气阀6、排气管5、水位传感器4、给水管10、电动阀8、放水管9、电动真空阀3、制冷室12、挡水板17、尾管13、温度传感器15、工作平台14、循环水池16等组成，真空室7安装在高于地面10.3公尺的工作平台14上面，在真空室7的上部安装真空阀2，通过真空管1与制冷室12相连通，排气阀6通过排气管5与大气相通，在真空室7下部的给水管10上安装电动阀8，在真空室7下面通过放水管9和电动阀8安装制冷室12，制冷室下部的尾管13的末端沉入到循环水池16的水面之下，再制冷室内部分层安装多块挡水板17，温度传感器15安装在循环水池16的水中。真空制冷器的动态操作是，当循环水池16的水温超过所给定的上限温度时，温度传感器15便向电器控制箱发出电信号，指令进入制冷工作程序，开启给水管10上的电动阀8，由给水管10开始向真空室7内输水，水位在真空室7上升的过程，形成水柱塞的工作状况，将其室上部的气体压缩，被压缩的气体将真空阀2压紧封严，同时压开排气阀6将压缩气体排放到大气中，当输水注满真空室7时，便完成排除气体的工作，水位传感器4向电器控制箱发出电信号，指令关闭给水管10上的电动阀8，开启放水管9上的电动阀8。这种工况，真空室7内的水便通过放水管9、制冷室12、尾管13排放到循环水池16中，水在流经制冷室12的过程中，经挡水板17多次阻挡，使其水流扩散成众多细水流，真空室7在排放水的过程即是获得真空的过程。获得真空便吸开真空阀2，通过真空管1对制冷室12抽气，使制冷室获得真空环境，这种工况，使在制冷室12形成的众多细水流在真空环境中汽化，完成真空制冷的工作，产生的水蒸气不断的被真空室7获得的真空抽除，其工况如附图7中的图c所示，冷却后的水流排放到循环水池16中，当真空室7内的水位下降到所给定的下降位置时，水位传感器4便向电器控制箱发出电信号，指令关闭电动真空阀3和放水管9上的电动阀8，同时开启给水管10上的电动阀，给水管10又重复开始向真空室7内输水。这样周而复始的工作，循环水池16的水每流经真空制冷器一次便得到一次冷却。如此连续工作，循环水池16中的水温便开始下降，当水温下降到所给定的下限温度时，温度传感器15便向电器控制箱发出电信号，指令终止制冷工作程序，关闭给水管10和放水管9上的电动阀8，同时关闭真空管1上的电动真空阀3，使真空制冷器停止工作。

如附图10所示，气水分离器是由分离室3、水位传感器7、进气管1、排气管6、放水管5、电动阀4、压力表2等组成。将分离室3安装在工作平台8上面，水位传感器7安装在分离室3内部，放水管5伸向循环水池9内。气水分离器的动态操作是，由真空获得器排放的气体，通过进气管1排入分离室3内，再通过排气管6排出，由压力表2显示压力，排入气体所携带水分被分离滴在分离室3内，当其室内的积水的水位上升到所给定的上限位置时，水位传感器7便向电器控制箱发出电信号，指令开启放水管5上的电动阀4，分离室3内的积水便通过放水管5排放到循环水池9内。当其室内积水水位下降到所给定的下限位置时，水位传感器7便向电器控制箱发出电信号，指令关闭电动阀4，便完成了排放积水的工作。

下面结合附图7、8、9、10对水柱塞式真空泵和压缩机的动态操作进行概括描述。如附图7所示，当水泵11通过管路9向a图所示的真空获得器3内输水时，其真空室3便完成排除气体的工作，当真空室3将其尾管下部的电动阀开启，同时关闭管路9上的电动阀，将输满其室内的水排放到循环水池12中的过程，便完成了获得真空抽除气体的工作，其工况如b图所示。通过各个真空获得器3中的水位传感器和电器控制箱1的控制，通过使各个真空获得器3在周而复始的交换输水和放水的工作过程，便使水柱塞式真空泵和压缩机连续的完成获得真空和压力排出气体的工作；当循环水池12的水温上升到所给定的上限温度时，温度传感器13便向电器控制箱发出电信号，指令真空制冷器2进入制冷工作程序，通过水泵11将循环水池12中的水输入真空制冷器2中的真空室内完成排除气体的工作后，在排放其室内水流经制冷室的过程中，完成真空制冷的工作，冷水排入循环水池12中，由于真空制冷器2连续不断的工作，使循环水池12中的水温开始下降，当水温下降到给定的下限温度时，温度传感器13便向电器控制箱发出电信号，指令终止制冷工作程序，关闭真空制冷器2上的两个电动阀和电动真空阀，使真空制冷器2停止工作，真空制冷器2周而复始的工作便使循环水池12中的水温控制在所给定的温度范围之内，确保水柱塞式真空泵和压缩机的工作性能。

本发明的主要技术特征之一是，本发明是由余热真空抽除系统、热能交换系统、涡轮机发电机组、CO₂介质真空冷却压缩回收系统通过管道将其各部分连成一体组成。再通过管道将热能交换系统与锅炉烟道或电厂汽轮机排气管道相连通。这种结构可实现在不影响锅炉和汽轮机正常运行的状况下，用余热真空抽除系统，通过热能交换系统抽除烟道烟气或汽轮机余蒸汽。被抽除的烟气或余蒸汽在流经热能交换系统的过程中，将其所载热量转化成CO₂蒸气能量，用其CO₂蒸气能量驱动涡轮机发电机组运行发电。由涡轮机排放的泛CO₂蒸气，通过CO₂介质真空冷却压缩回收系统冷却压缩成为CO₂液体后，再压送回热能交换系统循环使用。

本发明的另一主要技术特征是，热能交换系统是由安装在工作平台上面的多个隧道式热交换器和工作平台下面的水泵、清水池、沉淀水池等组成。这种结构的主要作用是增大烟气热能或余蒸汽热能的交换容积，实现在不影响烟道或汽轮机排放量的工况下，降低烟气或余蒸汽在各个隧道式热交换器内的流动速度，延长热能交换时间，提高热能利用率。由于烟气流动速度的降低可使烟气所携带的烟尘沉积在各个隧道式热交换器内，可通过水泵供给的压力水流，将沉积在各个隧道式热交换器内的烟尘清除后排放到沉淀水池内。

本发明的另一主要技术特征是，隧道式热交换器是增长管道式热交换室、隔离板、多条真空热管、输水管、多个水力喷嘴等组成。隔离板是安装在热交换室的中间位置，多条真空热管通过隔离板垂直的安装在隔离板上面，利用隔离板将热交换室分隔成上下各个独立密闭的容腔。上容腔装置CO₂液体，为CO₂液体蒸发室，两端通过管道与外部相连通；下容腔为烟气或余蒸汽通道，两端通过管路与外部相连通。在下容腔装置一条输水管，在输水管上安装多个水力喷嘴，并在下容腔的底部设置一个漏斗式出口。这种结构的主要作用是增长烟气或余蒸汽流经下容腔的长度，延长热能交换时间。通过多条真空热管将烟气或余蒸汽所载热量迅速的传递给上容腔内的CO₂液体，用其热量使CO₂液体蒸发产生CO₂蒸气，完成将烟道热和余蒸汽热量转化成为CO₂蒸气能量的工作。沉积在下容腔内的烟尘，利用输水管和多个水力喷嘴喷出的水流清除，经漏斗式的出口排出。

本发明的再一主要技术特征是，余热真空抽除系统是由水柱塞式真空泵和压缩机、真空罐等组成。利用管道通过热能交换系统与锅炉烟道或汽轮机排气管道相连通。其系统的主要作用是利用水柱塞式真空泵和压缩机大抽速获得真空能量，通过热能交换系统抽除烟道排放的烟气或汽轮机排放的余蒸汽，实现在不影响锅炉或汽轮机正常运行的工况下，利用烟道余热和余蒸汽热能的目的。

本发明还有一主要技术特征是，CO₂介质真空冷却压缩回收系统是由水柱塞式真空泵和压缩机、真空制冷室、冷气器、管道泵、水泵、压缩机、循环水池等组成，水柱塞式真空泵和压缩机通过真空管和真空制冷室相连通，循环水池上面的水泵通过输水管与真空制冷室相连通。真空制冷室利用管道通过管道泵与冷气器的冷水进口相连通。冷气器的冷水出口通过管路伸向循环水池，冷气器下部的CO₂气体出口与压缩机相连通。其系统的主要作用是利用水柱塞式真空泵和压缩机获得的真空能量在真空制冷室内大流量生产冷水。再通过管道泵将其冷水及时供给冷气器工作，实现将排入冷气器的CO₂气体冷却的工作，冷却的气体由压缩机压缩成为CO₂液体并压入输出。

本发明的再一主要技术特征是，水柱塞式真空泵和压缩机是由安装在高于地面10.3公尺的工作平台上面的多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、电器控制箱和在工作平台下面的循环水池、水泵、温度传感器等组成。通过管道将各部分相连通，并将多个真空获得器和真空制冷器的尾管末端沉入到循环水池的水面之下，将温度传感器安装在循环水池的的水中。在这种结构中，由于设置了多个真空获得器，所以只要相应的增大水泵的供水量和供水压力，便能实现大抽速的获得真空能量和高压力输气性能；由于设置了真空制冷器，便能达到控制水温度的要求。

本发明的另一主要技术特征是，真空获得器是由真空室、真空阀、排气阀、真空管、排气管、水位传感器、给水管、尾管、电动阀等组成。真空室安装在工作平台上，工作平台高于下面循环水池的水面10.3公尺。在真空室的上部分别安装真空阀和排气阀，在真空室的内部安装水位传感器，给水管安装在真空室的下部，并在给水管上安装一电动阀，尾管安装在真空室的底部，并在尾管的下端安装一电动阀，尾管的末端沉入到循环水池的水面之下。这种结构可通过水位传感器和控制电路，使其给水管路的电动阀和尾管下端的电动阀相互交替的改变工作状况，当开启给水管路的电动阀和关闭尾管下端的电动阀工况下，压力水流开始压入真空室内，使真空室完成压力排出气体的工作；当关闭给水管路的电动阀和开启尾管下端的电动阀工况下，真空室内的水量开始排放，使真空室完成获得真空抽除气体的工作。

本发明的再一主要技术特征是，真空制冷器是由真空室、真空阀、排气阀、真空管、排气管、水位传感器、给水管、放水管、制冷室、多块挡水板、尾管等组成。真空室安装在工作平台上，工作平台高于下面循环水池的水面10.3公尺。真空阀和排气阀分别安装在真空室的上部，水位传感器安装在真空室的内部，给水管安装在真空室的下部，并在给水管上安装一电动阀，制冷室通过放水管和电动阀安装在真空室的底部，再通过真空管将制冷室和真空室上部的真空阀相连通。尾管安装在真空室的底部，尾管的末端沉入到循环水池的水面之下。这种结构通过水位传感器和控制电路使其给水管和放水管的电动阀，在相互交替的改变工作状况下，便能使真空室完成获得真空抽除气体的工作，用其获得的真空能量使流经制冷室排放到循环水池的水流实现真空蒸发，完成冷却水温的工作。

Claims (7)

1.一种工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，包括由多个隧道式热交换器、尾管、水泵、多个电动阀、清水池、沉淀水池、工作平台等组成的热能交换系统；包括两台由多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、水泵、电器控制箱、温度传感器、循环水池、工作平台等组成的水柱塞式真空泵和压缩机；包括涡轮机发电机组；包括真空罐、真空制冷室、冷气器、管道泵、循环水池、水泵、压缩机等组成，用其中的一台水柱塞式真空泵和压缩机与真空罐等组成余热真空抽除系统，其余热真空抽除系统中的真空罐通过管道与热能交换系统中的烟气或余蒸汽排出管道相连通，再用另一台水柱塞式真空泵和压缩机与真空制冷室、冷气器、管道泵、循环水池、水泵、压缩机等组成CO₂介质真空冷却压缩回收系统，其CO₂介质真空冷却压缩回收系统中的冷气器的CO₂气体进口通过管道与涡轮机CO₂气体排出口相连通，再通过管道将CO₂介质真空冷却压缩回收系统中的压缩机排出口与热能交换系统中的CO₂液体进口相连通。

2.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于热能交换系统的隧道式热交换器是由增长管道式热交换室、隔离板、多条真空热管、输水管、多个水力喷嘴组成，隔离板是安装在增长管道式热交换室的中间位置，多条真空热管通过隔离板垂直的安装在隔离板上面，利用隔离板将增长管道式热交换室分隔成上下两个各自独立密闭的容腔，上容腔装置CO₂液体，成为CO₂液体蒸发室，上容腔的两端通过管道与外部相连通，一端为CO₂气体排出口，另一端为CO₂液体输入口，下容腔的两端通过管道与外部相连通，成为烟气或余蒸汽的通道，在下容腔内装置一条输水管道，在输水管道上安装多个水力喷嘴，在下容腔的底部设置一个漏斗式出口。

3.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于热能交换系统是将多个隧道式热交换器卧式并联安装在工作平台上面，工作平台高于其下面沉淀水池的水面10.3公尺，并将各个隧道式热交换器底部安装的尾管末端沉入到沉淀水池的水面之下，安装在清水池上面的水泵通过管道与各个隧道式热交换器内的输水管道相连通。

4.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于CO₂介质真空冷却压缩回收系统是将水柱塞式真空泵和压缩机通过管道与真空制冷室上部的真空抽气口相连通，通过管道将安装在循环水池水面上的水泵与真空制冷室上部的进水口相连通，将真空制冷室下部冷水出口利用管道通过管道泵与冷气器的冷水进口相连通，冷气器的出水口通过管道伸向循环水池中，冷气器下部的CO₂气体出口通过管道与压缩机的进口相连通。

5.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于水柱塞式真空泵和压缩机是将多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、电器控制箱安装在工作平台上面，工作平台高于其下面循环水池的水面10.3公尺，并将各个真空获得器和真空制冷器的尾管末端沉入到循环水池的水面之下，将温度传感器安装在循环水池的水中，将安装在循环水池的上面的水泵通过管道与各个真空获得器和真空制冷器的真空室相连通，将各个真空获得器的真空管并联组成一条真空管道，将各个真空获得器的排气管并联与气水分离器相连通。

6.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于水柱塞式真空泵和压缩机的真空获得器是由真空室、真空阀、排气阀、真空管、排气管、水位传感器、给水管、尾管、电动阀、工作平台、循环水池等组成，真空室安装在工作平台上面，工作平台高于其下面循环水池的水面10.3公尺，真空阀和排气阀分别安装在真空室的上部，水位传感器安装在真空室的内部，尾管安装在真空室的底部，在尾管的下部安装一个电动阀，尾管末端沉入到循环水池的水面之下，给水管安装在真空室的下部，在给水管上安装一个电动阀。

7.根据权利要求1所述的工业余热发电和收集烟道气尘双作用真空装置，其特征在于水柱塞式真空泵和压缩机的真空制冷器是由真空室、真空阀、排气阀、真空管、排气管、水位传感器、给水管、放水管、电动阀、制冷室、多块挡水板、尾管等组成，真空室安装在工作平台上面，工作平台高于其下面循环水池的水面10.3公尺，真空阀和排气阀分别安装在真空室的上部，水位传感器安装在真空室的内部，给水管安装在真空室的下部，在给水管的上安装一个电动阀，制冷室通过放水管和电动阀安装在真空室的底部，在制冷室的内部分层安装多个挡水板，尾管安装在制冷室的底部，尾管末端沉入到循环水池的水面之下，制冷室的上部通过管道和真空阀与真空室相连通。

Images