CN203822398U - 一种利用有机郎肯循环的余热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用有机郎肯循环的余热发电系统，包括余热供给装置，余热供给装置连接有高温余热回收系统，余热供给装置连接有导热介质取热器，导热介质取热器连接有低温余热回收系统；高温余热回收系统包括高温蒸汽循环管路，高温蒸汽循环管路上依次串联有蒸汽发电支路、至少一个乏汽换热器和水循环泵，乏汽换热器与乏汽有机郎肯循环回路相连接；低温余热回收系统包括低温循环管路，低温循环管路上依次串联有至少一个取热介质换热器和有机工质循环泵，取热介质换热器与烟气有机郎肯循环回路相连接。本实用新型中的余热发电系统投资少、维护运营成本低、可靠性强，能够有效的对余热进行回收利用，绿色环保，适合大规模推广使用。

Description

一种利用有机郎肯循环的余热发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电系统领域，更具体的涉及一种利用有机郎肯循环的余热发电系统。

背景技术

随着人口数量不断增长，以及经济的快速发展，能源不足这一问题逐渐成为经济快速发展的阻碍。因此，合理利用并节约现有的资源是我国将来确保经济可持续发展的关键所在。中国的能源消费量与日俱增，我国已成为世界上仅次于美国的能源消费大国，其中工业能源消费量占总消费量的70％以上。2008年，中国政府于哥本哈根会议前夕提出节能减排目标：到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40％—45％；非化石能源消费占一次能源消费的比重达15％左右。我国是以煤炭为基本能源的国家，煤炭消耗占能源消耗总量65％以上，而非化石能源占一次能源消费的比重仅约8％。2011年我国一次能源消费总量为34.8亿吨标准煤，CO₂排放总量约70多亿吨，连续四年居世界首位，而且，2011年单位GDP能耗同比仅下降2.01％，距全年完成3％—3.5％的任务相距甚远。

我国工业余热资源总量高达8亿吨标煤，占我国总能耗约30％，实现余热有效利用对我国工业节能具有重要意义。其中烟气余热量占工业余热资源总量的50％以上，分布于冶金、化工、建材、机械、电力等各个节能潜力大的行业，如果能对这些余热进行有效利用，将大大节省能源。

根据余热载体的温度不同,通常将余热资源划分为三种：高温余热(500℃以上)、中温余热(200℃-500℃之间)和低温余热(200℃以下)。目前，我国回收利用的余热主要来自高温烟气的高温显热和生产过程中排放的可燃性气体。然而，对于低温余热(即200℃以下的余热)基本上还没有能够进行回收利用。相对于煤、石油、天然气等高品位能源而言，低品位余热在相同单位内包含的能量很低，利用难度大。但从能源利用的格局来看，低品位余热将作为产能和用能的关键环节，对节能减排的战略起到重要作用。

公开号为CN203201684U的中国专利公开了一种内燃发电机组余热梯级回收利用系统，它涉及一种内燃发电机组余热回收利用系统，以解决现有内燃发电机组烟气余热直接采用有机朗肯循环系统回收利用，存在内燃发电机组烟气温度仍偏高，能量利用效率较低，发电效率较低的问题，它包括水蒸汽朗肯循环子系统和有机朗肯循环子系统；所述水蒸汽朗肯循环子系统包括余热锅炉、蒸汽透平、第一发电机、第一电动调节阀和输送泵；所述有机朗肯循环子系统包括有机工质蒸发器、有机工质预热器、有机透平、回热器、有机工质冷凝器、有机工质泵、第一气动开关阀和第二发电机；余热锅炉的过热蒸汽出口与蒸汽透平的做功循环工质入口端连通。

公开号为CN102230401A的中国专利公开了一种有机朗肯循环低温发电工质置换系统及其置换方法，包括真空泵、增压泵、工质储存罐，以及储液罐，所述真空泵的输出端通过第一阀门连接在增压泵的输入端，所述增压泵的输出端通过第四阀门连接在循环系统的蒸气发生器上，所述增压泵通过第三阀门连接在工质储存罐上，所述工质储存罐的另一端通过第二阀门连接在储液罐上，同时储液罐还分别与真空泵和循环系统的冷凝器相连。当有机工质低温发电系统需要工质注入时，该发电工质利用真空泵从循环系统中抽空气，使系统产生真空度，借助压差将工质注入到储液罐中，实现工质的注入，当低温发电系统停机需要将工质回收时，再借助增压泵将储液罐中的工质回注到工质储存罐中，实现工质的回收。

除了上述两个专利，现有技术中已经公开了的利用有机郎肯循环进行余热回收的技术方案还有很多，比如：公开号为CN203347863U、CN102691555A、CN202420251U、CN203271836U的中国专利。

但上述已经公开了的技术方案中有的仅公开了对高温余热进行回收的装置和/或控制方法，有的仅公开了对中低温余热进行回收的装置及控制方法，还没有任何技术方案能够实现在对高温余热进行回收的同时，还能够对低温余热进行回收。

因此，市场上亟需一种既能够对高温余热进行回收，同时又能够对低温余热进行回收的余热发电系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提出一种利用有机郎肯循环的余热发电系统，以解决现有技术中余热发电系统存在的投资成本大、热效率不足以及余热回收发电系统仅能够对高温余热进行回收或仅能够对中低温余热进行回收，导致的对余热回收利用率不高的问题。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种利用有机郎肯循环的余热发电系统，包括余热供给装置，所述余热供给装置连接有高温余热回收系统，所述余热供给装置连接有导热介质取热器，所述导热介质取热器用于吸收从所述余热供给装置中排出的低温烟气中的热量；所述导热介质取热器连接有低温余热回收系统；所述高温余热回收系统包括高温蒸汽循环管路，所述高温蒸汽循环管路上依次串联有蒸汽发电支路、至少一个乏汽换热器和水循环泵，所述乏汽换热器与乏汽有机郎肯循环回路相连接；所述低温余热回收系统包括低温循环管路，所述低温循环管路上依次串联有至少一个取热介质换热器和有机工质循环泵，所述取热介质换热器与烟气有机郎肯循环回路相连接。

进一步的，所述蒸汽发电支路包括所述蒸汽透平和与蒸汽透平相连接的蒸汽发电机。

进一步的，所述有机郎肯循环回路包括依次串联的有机工质发电支路、有机工质冷凝器和有机工质循环泵。

进一步的，所述有机工质发电支路包括依次串联的有机工质膨胀机和有机工质发电机。

进一步的，所述乏汽换热器包括乏汽第一换热器、乏汽第二换热器，所述高温蒸汽循环管路上依次串联有蒸汽发电支路、乏汽第一换热器、乏汽第二换热器和水循环泵；所述乏汽第一换热器和所述乏汽第二换热器上分别连接有乏汽有机郎肯循环回路。

进一步的，所述取热介质换热器包括取热介质第一换热器、取热介质第二换热器、取热介质第三换热器，所述低温循环管路上依次串联有取热介质第一换热器、取热介质第二换热器、取热介质第三换热器和有机工质循环泵；所述取热介质第一换热器、取热介质第二换热器、取热介质第三换热器分别连接有烟气有机郎肯循环回路。

优选的，所述换热器为板式换热器。

优选的，所述有机工质发电机为ORC螺杆膨胀发电机或ORC磁轴承膨胀发电机。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型增加了导热介质取热器，能够对余热供给装置中释放出的低温烟气中的热量进行回收并通过有机郎肯循环回路进行余热发电，实现了在对高温余热进行回收发电的同时，还能够对低温余热进行回收发电，使得余热发电系统的余热回收效率更高，发电能力更强，有效解决了现有余热发电系统热效率低的问题；

(2)本实用新型中的余热发电系统投资少、维护运营成本低、可靠性强，能够有效的对余热进行回收利用，绿色环保，适合大规模推广使用。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提出的利用有机郎肯循环的余热发电系统的连接结构示意图。

图中：

1、余热供给装置；2、导热介质取热器；3、蒸汽透平；4、蒸汽发电机；5、乏汽第一换热器；51、乏汽第一有机工质膨胀机；52、乏汽第一有机工质发电机；53、乏汽第一有机工质冷凝器；54、乏汽第一有机工质循环泵；6、乏汽第二换热器；61、乏汽第二有机工质膨胀机；62、乏汽第二有机工质发电机；63、乏汽第二有机工质冷凝器；64、乏汽第二有机工质循环泵；7、取热介质第一换热器；71、烟气第一有机工质膨胀机；72、烟气第一有机工质发电机；73、烟气第一有机工质冷凝器；74、烟气第一有机工质循环泵；8、取热介质第二换热器；81、烟气第二有机工质膨胀机；82、烟气第二有机工质发电机；83、烟气第二有机工质冷凝器；84、烟气第二有机工质循环泵；9、取热介质第三换热器；91、烟气第三有机工质膨胀机；92、烟气第三有机工质发电机；93、烟气第三有机工质冷凝器；94、烟气第三有机工质循环泵；10、有机工质循环泵；11、水循环泵。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，是本实施例提出的一种利用有机郎肯循环的余热发电系统，包括余热供给装置1，所述余热供给装置1连接有高温余热回收系统，所述余热供给装置1连接有导热介质取热器2，所述导热介质取热器2连接有低温余热回收系统。所述导热介质取热器2中储存有有机导热介质，有机导热介质能够吸收从所述余热供给装置1中排出的低温烟气中的热量。所述高温余热回收系统包括高温蒸汽循环管路，所述高温蒸汽循环管路上依次串联有蒸汽发电支路、至少一个乏汽换热器和水循环泵11，所述乏汽换热器与乏汽有机郎肯循环回路相连接，所述蒸汽发电支路包括所述蒸汽透平3和与蒸汽透平相连接的蒸汽发电机4。所述乏汽换热器包括乏汽第一换热器5、乏汽第二换热器6，所述高温蒸汽循环管路上依次串联有蒸汽发电支路、乏汽第一换热器5、乏汽第二换热器6和水循环泵11；所述乏汽第一换热器5和所述乏汽第二换热器6上分别连接有乏汽有机郎肯循环回路。所述低温余热回收系统包括低温循环管路，所述低温循环管路上依次串联有至少一个取热介质换热器和有机工质循环泵10，所述取热介质换热器与烟气有机郎肯循环回路相连接。所述取热介质换热器包括取热介质第一换热器、取热介质第二换热器、取热介质第三换热器，所述低温循环管路上依次串联有取热介质第一换热器7、取热介质第二换热器8、取热介质第三换热器9和有机工质循环泵10；所述取热介质第一换热器7、取热介质第二换热器8、取热介质第三换热器9分别连接有烟气有机郎肯循环回路。所述有机郎肯循环回路包括依次串联的有机工质发电支路、有机工质冷凝器和有机工质循环泵。所述有机工质发电支路包括依次串联的有机工质膨胀机和有机工质发电机。本实施例中的换热器优选为板式换热器，所述有机工质发电机为ORC螺杆膨胀发电机或ORC磁轴承膨胀发电机。如果想要节约投资成本就选用ORC螺杆膨胀发电机，如果从提高发电系统可靠性的角度出发就选用ORC磁轴承膨胀发电机。

作为一种优选的实施方式，本实施例中所述高温蒸汽循环管路上依次串联有蒸汽发电支路、乏汽第一换热器5、乏汽第二换热器6和水循环泵11，所述水循环泵11用于将高温蒸汽循环管路中的水蒸气循环至余热供给装置1中，所以水循环泵11优选为水循环泵。所述乏汽第一换热器5和所述乏汽第二换热器6上分别连接有乏汽有机郎肯循环回路。

其中，所述蒸汽发电支路包括依次串联的蒸汽透平3和蒸汽发电机4。乏汽第一换热器5连接有乏汽第一有机朗肯循环回路，包括依次串联的乏汽第一有机工质膨胀机51、乏汽第一有机工质发电机52、乏汽第一有机工质冷凝器53和乏汽第一有机工质循环泵54。乏汽第二换热器6连接有乏汽第二有机朗肯循环回路，包括依次串联的乏汽第二有机工质膨胀机61、乏汽第二有机工质发电机62、乏汽第二有机工质冷凝器63和乏汽第二有机工质循环泵64。

所述低温循环管路上依次串联有取热介质第一换热器7、取热介质第二换热器8、取热介质第三换热器9和有机工质循环泵10，所述有机工质循环泵10用于将低温循环管路中的有机导热介质循环至导热介质取热器2中，因此，所述有机工质循环泵10优选为能够进行有机介质循环的有机循环泵。所述取热介质第一换热器7、取热介质第二换热器8、取热介质第三换热器9分别连接有烟气有机郎肯循环回路。

其中，取热介质第一换热器7连接有烟气第一有机郎肯循环回路，包括依次串联的烟气第一有机工质膨胀机71、烟气第一有机工质发电机72、烟气第一有机工质冷凝器73、烟气第一有机工质循环泵74。取热介质第二换热器8连接有烟气第二有机郎肯循环回路，包括依次串联的烟气第二有机工质膨胀机81、烟气第二有机工质发电机82、烟气第二有机工质冷凝器83、烟气第二有机工质循环泵84。取热介质第三换热器9连接有烟气第三有机郎肯循环回路，包括依次串联的烟气第三有机工质膨胀机91、烟气第三有机工质发电机92、烟气第三有机工质冷凝器93、烟气第三有机工质循环泵94。

本实施例中利用有机郎肯循环的余热发电系统的工作过程为经过软化处理后的水进入到余热供给装置1中被高温烟气加热蒸发过热后，进入到蒸汽透平3中，带动蒸汽发电机4进行发电。经过蒸汽透平3降温后的乏汽与乏汽第一换热器5进行换热后，接着与乏汽第二换热器6进行换热，直至冷凝器为液体后经过水循环泵11进入到余热供给装置1中。同时，与乏汽第一换热器5相连接的乏汽第一有机郎肯循环回路中的有机工质吸收乏汽第一换热器5中的热量后进入乏汽第一有机工质膨胀机51并带动乏汽第一有机工质发电机52发电，从乏汽第一有机工质膨胀机51的出口出来的有机工质进入到乏汽第一有机工质冷凝器53中，经过空冷或者水冷之后变为液态，并经过乏汽第一有机工质循环泵54循环回乏汽第一换热器5中。与乏汽第二换热器6相连接的乏汽第二有机郎肯循环回路中的工作过程与乏汽第一有机郎肯循环回路中的原理相同。

经过余热供给装置1取热后的烟气，与导热介质取热器2中的导热介质进行换热，取热后的导热介质依次经过烟气第一有机郎肯循环回路、烟气第二有机郎肯循环回路、烟气第三有机郎肯循环回路后经过有机工质循环泵10循环至导热介质取热器2。对于腐蚀性较强的烟气，排烟的温度应低于烟气的露点温度。

烟气第一有机郎肯循环回路与取热介质第一换热器7相连接，烟气第一有机郎肯循环回路中的有机工质吸收取热介质第一换热器7中的热量后进入烟气第一有机工质膨胀机71并带动烟气第一有机工质发电机72发电，从烟气第一有机工质膨胀机71的出口出来的有机工质进入到烟气第一有机工质冷凝器73中，经过空冷或者水冷之后变为液态，并经过烟气第一有机工质循环泵74循环回取热介质第一换热器7中。烟气第二有机郎肯循环回路和烟气第三有机郎肯循环回路中的循环和发电过程与乏汽有机郎肯循环回路中的过程相同，在此不一一赘述。本实用新型中的余热发电系统并不仅仅局限于图1中所涉及到的各个发电循环和发电支路，可以根据实际情况的需要增加或减少发电循环和支路的数量。

本实施例中的第一、第二、第三等文字并不代表重要性的排序，只是为了对各个有机郎肯循环回路及其中所包含的设备进行区分。本申请中在命名过程中出现的烟气、乏汽等字样只是为了区别不同的设备处于的位置不同。

本实施例中由于设置有导热介质取热器，能够对余热供给装置中释放出的低温烟气中的热量进行回收并通过有机郎肯循环回路进行余热发电，实现了在对高温余热进行回收发电的同时，还能够对低温余热进行回收发电，使得余热发电系统的余热回收效率更高，发电能力更强，有效解决了现有余热发电系统热效率低的问题。本实施例中的余热发电系统投资少、维护运营成本低、可靠性强，能够有效的对余热进行回收利用，绿色环保，适合大规模推广使用。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理，这些描述只是为了解释本实用新型的原理，不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用有机郎肯循环的余热发电系统，包括余热供给装置，所述余热供给装置连接有高温余热回收系统，其特征在于：所述余热供给装置连接有导热介质取热器，所述导热介质取热器用于吸收从所述余热供给装置中排出的低温烟气中的热量；

所述导热介质取热器连接有低温余热回收系统；

所述高温余热回收系统包括高温蒸汽循环管路，所述高温蒸汽循环管路上依次串联有蒸汽发电支路、至少一个乏汽换热器和水循环泵，所述乏汽换热器与乏汽有机郎肯循环回路相连接；

所述低温余热回收系统包括低温循环管路，所述低温循环管路上依次串联有至少一个取热介质换热器和有机工质循环泵，所述取热介质换热器与烟气有机郎肯循环回路相连接。

2.根据权利要求1所述的利用有机郎肯循环的余热发电系统，其特征在于：所述蒸汽发电支路包括所述蒸汽透平和与蒸汽透平相连接的蒸汽发电机。

3.根据权利要求1所述的利用有机郎肯循环的余热发电系统，其特征在于：所述有机郎肯循环回路包括依次串联的有机工质发电支路、有机工质冷凝器和有机工质循环泵。

4.根据权利要求3所述的利用有机郎肯循环的余热发电系统，其特征在于：所述有机工质发电支路包括依次串联的有机工质膨胀机和有机工质发电机。

5.根据权利要求1所述的利用有机郎肯循环的余热发电系统，其特征在于：所述乏汽换热器包括乏汽第一换热器、乏汽第二换热器，所述高温蒸汽循环管路上依次串联有蒸汽发电支路、乏汽第一换热器、乏汽第二换热器和水循环泵；

所述乏汽第一换热器和所述乏汽第二换热器上分别连接有乏汽有机郎肯循环回路。

6.根据权利要求1所述的利用有机郎肯循环的余热发电系统，其特征在于：所述取热介质换热器包括取热介质第一换热器、取热介质第二换热器、取热介质第三换热器，所述低温循环管路上依次串联有取热介质第一换热器、取热介质第二换热器、取热介质第三换热器和有机工质循环泵；

所述取热介质第一换热器、取热介质第二换热器、取热介质第三换热器分别连接有烟气有机郎肯循环回路。

7.根据权利要求1所述的利用有机郎肯循环的余热发电系统，其特征在于：所述换热器为板式换热器。

8.根据权利要求4所述的利用有机郎肯循环的余热发电系统，其特征在于：所述有机工质发电机为ORC螺杆膨胀发电机或ORC磁轴承膨胀发电机。