CN208040468U - 双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置，包括：物料‑水换热器，其被配置为实现中高温物料与低温水之间的热量交换，产生中温中压蒸汽；双转子膨胀机，其被配置为接收中温中压蒸汽，使中温中压蒸汽进入膨胀腔中膨胀，推动内转子和外转子转动，使与内转子相连的轴带动第一发电机发电，并排出减压蒸汽；以及有机朗肯循环膨胀机，其被配置为接收减压蒸汽，使减压蒸汽在其蒸发器中与有机工质进行热量交换，使有机工质相变蒸发为高压蒸气，推动轴转动，带动第二发电机发电，并使做功后的有机工质在冷凝器中冷凝为液态，由工质泵重新打回蒸发器；并且使减压蒸汽在蒸发器中的热量交换后冷凝为低温水，返回物料‑水换热器。

Description

双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置

技术领域

本实用新型涉及石化等行业内物料余热的回收利用，具体涉及一种双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置。

背景技术

石化炼油厂通常有较大的电力需求，工艺流程中的各类电机、水泵、风机需要大量的电力。目前通常使用自备电厂的电力供给，不足部分外购电力满足生产需求，电力成本高。同时石化炼油厂内通常有丰富的中温余热/废热(物料温度>150℃)，资源潜量巨大，这些热量通常经空冷或水冷等方式换热后排放至大气中，造成巨大的能源浪费。循环水或风机等在此过程中还需要消耗大量电力，水冷塔的水耗费用也不可小视。

实用新型内容

根据本实用新型的实施例，提供了一种双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置，包括：物料-水换热器，其被配置为实现中高温物料与低温水之间的热量交换，从而产生中温中压蒸汽；双转子膨胀机，其被配置为接收所述中温中压蒸汽，使所述中温中压蒸汽进入膨胀腔中膨胀，推动内转子和外转子转动，从而使与内转子相连的轴带动第一发电机发电，并排出减压蒸汽；以及有机朗肯循环膨胀机，其被配置为接收所述减压蒸汽，使所述减压蒸汽在其蒸发器中与有机工质进行热量交换，使所述有机工质相变蒸发为高压蒸气，推动轴转动，从而带动第二发电机发电，并使做功后的有机工质在冷凝器中冷凝为液态，由工质泵重新打回所述蒸发器，实现工质的闭路循环；并使所述减压蒸汽在所述蒸发器中的热量交换后冷凝为低温水，返回所述物料-水换热器。

根据本实用新型的实施例的术方案，借助于双转子膨胀机串联有机朗肯膨胀机进行余热发电，可梯级利用石化炼厂内的中温废热，为厂内生产提供部分电力供给，同时还能节省循环水或风机等原本需要的水耗/电耗等费用。

附图说明

图1示意性地示出了根据本实用新型的实施例的双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本实用新型的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本实用新型。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本实用新型的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本实用新型并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本实用新型，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

现参照图1，其示意性地示出了根据本实用新型的实施例的一种双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机(ORC)的余热发电装置100。如图1中所示，所述双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置100包括：物料-水换热器110，双转子膨胀机120，以及有机朗肯循环膨胀机130。

所述物料-水换热器110被配置为实现中高温物料与低温水之间的热量交换，从而产生中温中压蒸汽。

所述中高温物料的温度例如可以为180-230℃，其可以是石化炼油厂的任何工艺过程中所产生的具有余热的中高温物料。所述低温水例如可以是来自所述有机朗肯循环膨胀机130的冷凝水，其温度例如可以为65-80℃。

经热量交换后的所产生的所述中温中压蒸汽的温度例如可以为130-150℃，压力例如可以为0.3-0.45MPa。相应地，经热量交换后所述中高温物料的温度例如可降低到140-180℃。

所述物料-水换热器110可以是任何能够实现中高温物料与低温水之间的换热的装置，例如管壳式换热装置。

所述物料-水换热器110可具有中高温物料入口和物料出口，以及低温水入口和中温中压蒸汽出口，并可在其内部包含并列或交替设置且相互紧密接触的热媒水管路和物料管路，所述热媒水管路与所述低温水入口和中温中压蒸汽出口相连，所述物料管路与所述中高温物料入口和物料出口相连，从而可以实现流过所述热媒水管路的低温水(其用作热媒水)与流过所述物料管路的中高温物料之间的热交换，使得所述低温水温度升高，变为中温中压蒸汽，相应地，中高温物料降低其温度。

所述物料-水换热器110的物料入口例如可与石化炼油厂的第一工艺流程管路相连，以接收所述中高温物料，且所述物料-水换热器110的物料出口可以与石化炼油厂的第二工艺流程管路相连，以将热量交换后降温的物料排出到所述第二工艺流程管路。所述第一工艺流程管路与所述第二工艺流程管路可以是同一个工艺流程管路，也可以是不同的工艺流程管路。

所述双转子膨胀机120可以被配置为接收所述中温中压蒸汽，使所述中温中压蒸汽进入膨胀腔中膨胀，推动内转子和外转子转动，从而使与内转子相连的轴带动第一发电机(未示出)发电，并排出减压蒸汽。

所述双转子膨胀机120可以是本领域中所知的任何种类的双转子膨胀机。所述双转子膨胀机120可包括壳体、膨胀腔、位于膨胀腔中的内转子和外转子、以及与内转子相连的轴。由于外转子和内转子不同轴，并且外转子的转速与内转子的转速不一致，因此在转动的过程中，内转子的齿与外转子的凹槽之间形成的空腔的容积逐渐增大，过渡到和出口腔耦合，达到膨胀降压的目的。当所述中温中压蒸汽进入膨胀腔时，膨胀做功，带动内转子转动，通过与内转子相连的轴对外输出机械能，并作为减压蒸汽排出。所述与内转子相连的轴与第一发电机的轴相连，从而带动第一发电机发电。

由所述双转子膨胀机120排出的所述减压蒸汽的温度例如可以为85-130℃左右，其压力例如可以为0.06-0.27MPa。

所述有机朗肯循环膨胀机130可以被配置为接收所述减压蒸汽，使所述减压蒸汽在其蒸发器131中与有机工质进行热量交换，使所述有机工质相变蒸发为高压蒸气，推动轴转动，从而带动第二发电机(未示出)发电，并使做功后的有机工质在冷凝器132中冷凝为液态，由工质泵(未示出)重新打回所述蒸发器131，实现工质的闭路循环；并使所述减压蒸汽在所述蒸发器131中的热量交换后冷凝为低温水，返回所述物料-水换热器110。也就是说，所述蒸发器131 既用作所述有机朗肯循环膨胀机130的蒸发器，又用作所述双转子膨胀机120 的冷凝器。

所述有机朗肯循环膨胀机130可以是本领域中所知的任何种类的有机朗肯循环膨胀机。如本领域中所知的，有机朗肯循环膨胀机130可包括膨胀腔、叶轮、叶轮轴等。在一些实施例中，所述蒸发器131、冷凝器132和工质泵也可被视为包括在所述有机朗肯循环膨胀机130中。当所述双转子膨胀机120所排出的减压蒸汽进入所述有机朗肯循环膨胀机130的蒸发器131后，将其热量传递给蒸发器131中的有机工质。所述有机工质可以是低沸点的有机工质，例如 R245fa。所述有机工质吸热后相变蒸发为高压蒸气，进入有机朗肯循环膨胀机 130的膨胀腔中膨胀做功，推动叶轮并带动叶轮轴转动，进而带动与叶轮轴相连的第二发电机发电。所述有机工质在膨胀做工后进入冷凝器132，在冷凝器132 中冷凝为液态，并由工质泵重新打回所述蒸发器131，完成有机工质的闭路循环。此外，在蒸发器131中，所述减压蒸汽在与所述有机工质换热后，冷凝为低温水，并返回到所述物料-水换热器110，完成热媒水的闭路循环。所述低温水例如可通过汽水循环管路和泵返回到所述物料-水换热器110。

来自所述双转子膨胀机120的减压蒸汽在所述有机朗肯循环膨胀机130的蒸发器131中与有机工质进行热量交换后，可冷凝为温度例如为65-80℃的低温水，而所述有机工质可蒸发为压力例如为1.4MPa左右的高压蒸气。

根据本实用新型的实施例的双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置100，组合了双转子膨胀机发电和有机朗肯循环膨胀机发电，可以梯级地、更充分地利用石化炼油厂内的中高温物料的废热，为厂内生产提供部分电力供给，同时还能节省循环水或风机等原本需要的水耗/电耗等费用。

以上参照附图描述了根据本实用新型的实施例的双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电的装置，应指出的是，以上描述和图示仅为示例，而不是对本实用新型的限制。在本实用新型的其他实施例中，该装置可具有更多、更少或不同的部件，且各部件之间的连接、包含和功能等关系可以与所描述和图示的不同。例如，通常多个部件可以合并为一个更大的部件，以及单个部分可以被拆分为多个更小的部件。再例如，各部件的名称并非对本实用新型的限制。

为了说明和描述的目的已经提供了对本实用新型的实施例的前述描述，其中阐述了许多具体细节，诸如特定部件和装置的示例，以提供对本实用新型的实施例的透彻理解，其目的不是穷尽的或者限制本实用新型。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在其他实施例中使用，即使没有具体示出或描述。这样的变化不被认为是背离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本实用新型的范围内。在一些示例实施例中，没有详细描述公知的部件、结构和公知的技术。

这里使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不意图是限制性的。本申请中各部件的名称仅是为叙述方便而定，而不是对本实用新型的限制。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”也可以意图包括复数形式。术语“包括”，“包括”，“包含”和“具有”是包含性的，因此指定所述特征、实体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或一个或多个其他特征、实体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的添加。这里描述的步骤、过程和操作不被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行，除非明确地指定了执行顺序。

当元件被称为在另一元件“上”、“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一元件时，其可直接位于、接合、连接或耦合到其他元件，或可以存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如，“在... 之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文中所使用的，“连接”、“相连”或类似术语，在没有其他明确限定的情况下，可以指机械连接、电连接、通信连接中的任何一个或多个。此外，如本文所使用的，术语“和/或”、“以及/或者”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件和/或部分，但是这些元件、部件和/或部分不应该受限于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件、部件或部分与另一个元件、部件或部分。除非在上下文中明确指出，否则诸如“第一”，“第二”和其他数字术语的术语在本文中使用时并不意味着顺序或次序。因此，本申请中的第一元件、组件或部分可以被称为第二元件、组件或部分，而不脱离示例实施例的教导的情况。

为便于描述，可在此使用诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“上面”，“上方”等的空间相关术语，描述一个元素或特征与另一个元素或特征的如图中所示的关系。除了图中所示的取向之外，空间相对术语可以意图包括使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果附图中的设备翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定向为在其它元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在...下方”可以包含上方和下方的方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且相应地在此使用的空间描述应当相对地解释。

虽然本实用新型已经通过实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围仅以权利要求的语言及其等价语言所限定的范围为准。

Claims (3)

1.一种双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置，包括：

物料-水换热器，其被配置为实现中高温物料与低温水之间的热量交换，从而产生中温中压蒸汽；

双转子膨胀机，其被配置为接收所述中温中压蒸汽，使所述中温中压蒸汽进入膨胀腔中膨胀，推动内转子和外转子转动，从而使与内转子相连的轴带动第一发电机发电，并排出减压蒸汽；以及

有机朗肯循环膨胀机，其被配置为接收所述减压蒸汽，使所述减压蒸汽在其蒸发器中与有机工质进行热量交换，使所述有机工质相变蒸发为高压蒸气，推动轴转动，从而带动第二发电机发电，并使做功后的有机工质在冷凝器中冷凝为液态，由工质泵重新打回所述蒸发器，实现工质的闭路循环；并且使所述减压蒸汽在所述蒸发器中的热量交换后冷凝为低温水，返回所述物料-水换热器。

2.根据权利要求1所述的双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置，其中，所述物料-水换热器的物料入口与石化炼油厂的第一工艺流程管路相连，以接收所述中高温物料，且所述物料-水换热器的物料出口与石化炼油厂的第二工艺流程管路相连，以将热量交换后降温的物料排出到所述第二工艺流程管路。

3.根据权利要求1或2所述的双转子膨胀机串联有机朗肯循环膨胀机的余热发电装置，其中，所述中高温物料的温度为180-230℃，所述减压蒸汽的温度为85-130℃，所述蒸发器中冷凝的低温水的温度为65-80℃。