CN203756253U - 一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，包括加热回路以及热功转换回路；所述加热回路包括余热锅炉（1）和换热器（2）；所述热功转换回路包括依次连接成环的蒸发器（3）、热功动力转换机械（4）、冷凝器（5）、储液箱（6）、工质泵（7）、预热器（8）；所述换热器（2）与蒸发器（3）连接成环；所述换热器（2）和预热器（8）均设于余热锅炉（1）内。该余热发电系统可利用钢铁厂各种低温、中温、高温余热来用于发电，余热回收率高、发电量大、回收余热的范围广。

Description

一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统

技术领域

本实用新型属于工业余热发电设备领域，特别涉及一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统。

背景技术

钢铁工业是我国重点的耗能大户，钢铁行业能耗约占全国总能耗的15%。目前钢铁行业有近1000多家钢铁厂，2012年全国粗钢产量7.2亿吨，消耗一次能源（标准煤）5.8亿吨，同时消耗电力5364亿度，钢铁行业的电力消耗占全国发电总量的10％左右。

钢铁生产工艺流程长、工序多，且主要以高温冶炼、加工为主，生产过程中产生大量低温余热能源，主要来自烧结机烟气显热、红焦显热、转炉烟气及加热炉炉底的余热等，各种余热资源约占全部生产能耗的68%，说明在目前钢铁生产过程中2/3以上的能量是以废气、废渣和产品余热形式消耗。钢铁行业所消耗的一、二次能源当中，有近30％以上是以200℃以下的废气余热的方式被排入大气浪费掉的，每年相当于浪费1.49亿吨标准煤，从而使钢铁行业余热发电能力未能得到充分的利用和发挥，造成大量的废气余热资源白白的浪费掉了。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，利用钢铁厂大量的200℃以下的低温余热资源进行发电。

技术方案：本实用新型提供的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，包括加热回路以及热功转换回路；所述加热回路包括余热锅炉和换热器；所述热功转换回路包括依次连接成环的蒸发器、热功动力转换机械、冷凝器、储液箱、工质泵、预热器；所述换热器与蒸发器连接成环；所述换热器和预热器均设于余热锅炉内。

作为优选，所述热功转换回路采用临界温度100℃以下、沸点在-40℃以下的单一或混合有机工质作为循环工质。优选地，有机工质为丙烷或二氧化碳。

作为另一种优选，所述蒸发器的蒸发温度为30℃－100℃。

作为另一种优选，所述的热功动力转换机械为汽轮机或膨胀机。

作为进一步优选，所述膨胀机为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机或活 塞式膨胀机。采用这样的工质具有不破坏臭氧层、化学性稳定的优点，同时这样的工质其凝固温度小于设备循环中所有回路中的工质最低凝固温度。

作为另一种优选，所述冷凝器为水冷装置或风冷装置。

作为改进，还包括调节阀，所述调节阀设于蒸发器和热功动力转换机械之间。

有益效果：本实用新型提供的钢铁厂余热发电系统可利用钢铁厂各种低温、中温、高温余热来用于发电，余热回收率高、发电量大、回收余热的范围广。

该系统通过采用临界温度100℃以下、沸点在-40℃以下的介质作为工质，不仅可以大幅度降低余热发电系统的利用温度，能够有效的回收40℃－200℃的低温余热应用于余热发电，而且可以应用于回收200℃以上的中高温余热，将大幅度地提高中高温余热发电的余热回收率，增加余热回收范围，大幅度提高余热发电的能力，同时降低成本。。

该系统可在我国各钢铁厂企业利用自家的余热建立自备电站，改造钢铁厂产业结构，节能环保双赢，可有效降低钢铁厂的电力消耗及生产成本。能够大大提高能源使用效率，有效的实现节能减排的目的。

附图说明

图1为本实用新型低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做出进一步说明。

低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，见图1，包括加热回路以及热功转换回路；所述加热回路包括余热锅炉（1）和换热器（2）；所述热功转换回路包括依次连接成环的蒸发器（3）、调节阀（9）、热功动力转换机械（4）、冷凝器（5）、储液箱（6）、工质泵（7）、预热器（8）；所述换热器（2）与蒸发器（3）连接成环；所述换热器（2）和预热器（8）均设于余热锅炉（1）内。发电机10的输入口与热功转换机械4的输出口连接。

本实用新型中，蒸发器（3）的蒸发温度通过工质的选择和设计控制在30℃－100℃之间的低温区域；

本实用新型中，所述的热功动力转换机械（4）汽轮机；可选地，热功动力转换机械（4）也可以为膨胀机，例如涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机或活塞式膨胀机。

本实用新型的工作原理是:

将热的废气通入余热锅炉1内，换热器2吸收废气中的余热并将其换热到蒸发器3中，工质泵7将有机工质由储液箱6输送到蒸发器3中，在蒸发器3中有机工质被加热到亚临界或超临界状态变成压力较高的蒸汽，蒸汽通过调压阀9后，进入热功动力转换机械4膨胀做功，带动发电机10发电；乏汽的有机工质在冷凝器5中冷凝后回到储液箱6，完成一次循环。

将上述低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电设备用于不同条件下循环发电。

应用实例一，蒸发器3蒸发温度为100℃，冷凝器5冷凝温度为20℃，热功转换回路采用丙烷作为循环工质，冷凝器5内采用水冷方式，结果见表1。

表1低温型有机朗肯循环和国内外低温余热发电的比较

余热回收率的定义：（余热温度－发电操作温度）／（余热温度－环境温度），也就是余热可用于发电的部分的比率。

由上表可知：

（1）热源温度只要达100℃以上，即可利用本实用新型设备发电。

（2）回收150℃余热，本实用新型可达到45%的余热回收率，然而，国内外的低温余热发电均不能利用这样的热源。

（3）回收350℃的余热，现有的国外低温余热发电技术，其余热回收率只有15％，85％的余热都白白浪费了，而采用本实用新型设备，余热回收率可提高到75％，增加了5倍以上。

应用实例二，蒸发器3蒸发温度为60℃，冷凝器5冷凝温度为20℃，热功转换回路采用丙烷和二氧化碳的混合物作为循环工质作为循环工质，冷凝器5内采用水冷方式，结果见表2。

表2低温型有机朗肯循环和国内外低温余热发电的比较

由上表可知：

（1）热源温度只要达60℃以上，即可利用本实用新型设备发电。

（2）回收100℃余热，本实用新型可达到50%的余热回收率，然而，国内外的低温余热发电均不能利用这样的热源。

（3）回收150℃余热，本实用新型可达到69%的余热回收率，然而，国内外的低温余热发电一般均不能利用这样的热源。

（4）回收350℃的余热，现有的国外低温余热发电技术，其余热回收率只有15％，剩余85％的余热都白白浪费了，而采用本实用新型设备，余热回收率可提高到88％，增加了6倍以上。

应用实例三，蒸发器3蒸发温度为30℃，冷凝器5冷凝温度为5℃，热功转换回路2采用二氧化碳作为循环工质，冷凝器5内采用风冷方式，适合于北方的寒冷的地区。结果见表3。

表3低温型有机朗肯循环和国内外低温余热发电的比较

由上表可知：

（1）热源温度只要达30℃以上，即可利用本实用新型设备发电。

（2）回收60℃余热，本实用新型可达到54%的余热回收率，然而，国内外的低温余热发电均不能利用这样的热源。

（3）回收100℃余热，本实用新型可达到73%的余热回收率，然而，国内外的低温 余热发电一般均不能利用这样的热源。

（4）回收150℃的余热，本实用新型可达到83%的余热回收率，然而，国内外的低温余热发电一般均不能有效的利用这样的热源。

以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，除此之外的温度范围，可根据余热的温度的高低对工质进行设计，调整各组分的比例，以达到最高的热功转换效率及热回收率。实例中采用工质的比较及建议适用的余热温度如表4。

表4低温型有机朗肯循工质的特性

以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，除此之外，本实用新型还可以其他方式实现，在不脱离本实用新型构思及实用新型精神的前提下，任何显而易见的更改及替换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，其特征在于：包括加热回路以及热功转换回路；所述加热回路包括余热锅炉（1）和换热器（2）；所述热功转换回路包括依次连接成环的蒸发器（3）、热功动力转换机械（4）、冷凝器（5）、储液箱（6）、工质泵（7）、预热器（8）；所述换热器（2）与蒸发器（3）连接成环；所述换热器（2）和预热器（8）均设于余热锅炉（1）内。

2.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，其特征在于：所述热功转换回路采用临界温度100℃以下、沸点在-40℃以下的单一或混合有机工质作为循环工质。

3.根据权利要求2所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，其特征在于：所述有机工质为丙烷或二氧化碳。

4.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，其特征在于：所述蒸发器（3）的蒸发温度为30℃－100℃。

5.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，其特征在于：所述的热功动力转换机械（4）为汽轮机或膨胀机。

6.根据权利要求5所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，其特征在于：所述膨胀机为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机或活塞式膨胀机。

7.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，其特征在于：所述冷凝器（5）为水冷装置或风冷装置。

8.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂余热发电系统，其特征在于：还包括调节阀（9），所述调节阀（9）设于蒸发器（3）和热功动力转换机械（4）之间。