CN211082000U - 一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统 - Google Patents

Abstract

一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，涉及余热回收技术领域，该有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统包括冷凝器，所述冷凝器连通有三通阀，所述三通阀的一端口连通有有机朗肯循环系统，所述三通阀的另一端口连通有逆卡诺循环系统，所述有机朗肯循环系统、所述逆卡诺循环系统分别与所述冷凝器连通形成回路。本实用新型通过有机朗肯循环系统来提供电能，同时通过逆卡诺循环系统产生的7℃的冷却水给现场的房间及设备进行降温，减少了外界电能或化石能源的消耗，从而提高了能源利用率，避免了温室效应和大气污染，同时机朗肯循环系统与逆卡诺循环系统共用一个冷凝器，并通过三通阀能够达到单独开停的效果，节省了初投资与设备占用面积。

Description

一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统

技术领域

本实用新型涉及余热回收技术领域，特别是涉及一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统。

背景技术

低品位工业余热、废热及可再生热量因其总量巨大而逐渐受到人们的关注。在工业生产过程中排放大量200℃以下的烟气，没有得到再次利用。这些生产过程一般是以消耗高品位能源为代价的化石燃料燃烧或电加热等传统方式来进行供热，这不仅降低了能源的利用品位，造成了大量余热资源的浪费，对环境造成了一定的热污染。

有机朗肯循环：有机朗肯循环是进行低温工业余热回收的有效手段之一，目前有机朗肯循环机组的能源回收效率仅在10％左右，仍有大量的工业余热没有得到充分利用。其工作过程为，工质泵将工质输送到蒸发器，工质在蒸发器内因吸收热而汽化，产生的汽进入到膨胀机中膨胀做功，驱动膨胀机旋转，并带动发电机发电，做功后的低压汽进入冷凝器放热冷却，然后再回到工质泵中，进入循环。

专利号为201510198714.2的专利公开了一种有机朗肯循环与热泵循环的耦合系统，但是这种系统无法同时生产冷、电能，并没有解决现场的房间需要降温，现场设备需要冷却的问题，造成了外界电能或化石能源的消耗。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，该有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统能够同时提供冷、电能，提供的冷能能够给现场的房间及设备降温，减少了外界电能或化石能源的消耗，从而提高了能源利用率，避免了温室效应和大气污染。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

提供一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，包括冷凝器，所述冷凝器连通有三通阀，所述三通阀的一端口连通有有机朗肯循环系统，所述三通阀的另一端口连通有逆卡诺循环系统，所述有机朗肯循环系统、所述逆卡诺循环系统分别与所述冷凝器连通形成回路。通过有机朗肯循环系统来提供电能，同时通过逆卡诺循环系统产生的7℃的冷却水给现场的房间及设备进行降温，减少了外界电能或化石能源的消耗，从而提高了能源利用率，避免了温室效应和大气污染，同时机朗肯循环系统与逆卡诺循环系统共用一个冷凝器，并通过三通阀能够达到单独开停的效果，节省了初投资与设备占用面积。

进一步的，所述有机朗肯循环系统包括与所述三通阀的一端口连通的低压工质泵，及与所述低压工质泵连通的回热器，及与所述回热器连通的预热器，及与所述预热器连通的气液分离器，及与所述气液分离器的下出口连通的高压工质泵，及与所述高压工质泵连通的第一蒸发器，及与所述第一蒸发器连通的第一膨胀机，及与所述第一膨胀机连通的第一发电机。

进一步的，所述气液分离器的上出口连通有第二膨胀机，所述第二膨胀机连通有第二发电机。采用气液分离器和第二膨胀机，并通过选择适当的中间压力，可以有效降低变温余热回收过程的不可逆损失，有效提高余热回收效率，增加电输出功率。

进一步的，所述第一膨胀机还连通有再热器，所述再热器与所述第二膨胀机连通，所述第二膨胀机与所述回热器连通，所述回热器与所述冷凝器连通形成回路。采用再热器的有机朗肯循环，选择适当的再热压力时，其膨胀机的输出功和循环吸热量都增加，采用回热器的有机物朗肯循环，适用于热源温度较高，蒸发器过热度较高的情形，因为在这种情况下膨胀机出口温度较高，而本系统为了充分利用余热热源，设置了预热器、蒸发器、再热器多个换热装置，使得膨胀机出口温度较高，有回收利用的价值。回热型有机物朗肯循环减少了蒸发器所需要的吸热量，并可以显著提高第一定律效率

工质泵与膨胀机的做功不变，蒸发器的吸热量减小，导致第一定律效率增大。

进一步的，所述逆卡诺循环系统包括与所述三通阀的另一端口连通的工质流量调节阀，及与所述工质流量调节阀连通的电子膨胀阀，及与所述电子膨胀阀连通的第二蒸发器，及与所述第二蒸发器连通的压缩机，所述压缩机与所述冷凝器连通形成回路。

进一步的，所述逆卡诺循环系统还包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统包括循环冷却水通道，及设置在所述循环冷却水通道上的循环水泵，及设置在所述循环冷却水通道上的冷却水流量调节阀。通过冷却水循环系统将逆卡诺循环系统产生的7℃的冷却水给现场的房间及设备进行降温，使得房间无需再加装空调设备，即可获得制冷效果，其中现场包括但不限于钢厂、热电厂等，其中房间包含但不限于设备主控室、监控室等。

进一步的，所述循环冷却水通道设置在所述第二蒸发器、房间内的换热末端内，所述循环水泵设置在所述第二蒸发器与所述房间内的换热末端之间。其中换热末端包括但不限于风机盘管、地板辐射、暖气片等。

进一步的，所述循环冷却水通道通过所述房间内的换热末端后分为两路，第一路依次通过第二发电机、第一发电机与设置在所述第二蒸发器内的所述循环冷却水通道连通形成回路，所述冷却水流量调节阀设置在第一路中，且位于所述房间内的换热末端与所述第二发电机之间。

进一步的，第二路通过油池与设置在所述第二蒸发器内的所述循环冷却水通道连通形成回路。对于钢厂、热电厂等需要余热回收的场所，一般会有循环的润滑油，油进行润滑的过程中，由于摩擦或者设备散热会吸收大量的热导致油温升高，而油温升高会导致油发生性变，从而影响油的质量，导致设备异常，该循环冷却水通道的第二路能够给油池冷却，解决上述问题。

本实用新型的有益效果：本实用新型的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，包括冷凝器，所述冷凝器连通有三通阀，所述三通阀的一端口连通有有机朗肯循环系统，所述三通阀的另一端口连通有逆卡诺循环系统，所述有机朗肯循环系统、所述逆卡诺循环系统分别与所述冷凝器连通形成回路，本实用新型通过有机朗肯循环系统来提供电能，同时通过逆卡诺循环系统产生的7℃的冷却水给现场的房间及设备进行降温，减少了外界电能或化石能源的消耗，从而提高了能源利用率，避免了温室效应和大气污染，同时机朗肯循环系统与逆卡诺循环系统共用一个冷凝器，并通过三通阀能够达到单独开停的效果，节省了初投资与设备占用面积。

附图说明

利用附图对实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本实用新型的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统的整体结构示意图。

图中包括有：

冷凝器1，三通阀2，低压工质泵3，回热器4，预热器5，气液分离器6，高压工质泵7，第一蒸发器8，第一膨胀机9，第一发电机10，第二膨胀机11，第二发电机12，再热器13，工质流量调节阀14，电子膨胀阀15，第二蒸发器16，压缩机17，循环水泵18，冷却水流量调节阀19。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例1

本实施例的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，如图1所示，包括冷凝器 1，所述冷凝器1连通有三通阀2，所述三通阀2的一端口连通有有机朗肯循环系统，所述三通阀2的另一端口连通有逆卡诺循环系统，所述有机朗肯循环系统、所述逆卡诺循环系统分别与所述冷凝器1连通形成回路。通过有机朗肯循环系统来提供电能，同时通过逆卡诺循环系统产生的7℃的冷却水给现场的房间及设备进行降温，减少了外界电能或化石能源的消耗，从而提高了能源利用率，避免了温室效应和大气污染，同时机朗肯循环系统与逆卡诺循环系统共用一个冷凝器1，并通过三通阀2能够达到单独开停的效果，节省了初投资与设备占用面积。

所述有机朗肯循环系统包括与所述三通阀2的一端口连通的低压工质泵3，及与所述低压工质泵3连通的回热器4，及与所述回热器4连通的预热器5，及与所述预热器5连通的气液分离器6，及与所述气液分离器6的下出口连通的高压工质泵7，及与所述高压工质泵7连通的第一蒸发器8，及与所述第一蒸发器8连通的第一膨胀机9，及与所述第一膨胀机9连通的第一发电机10。

所述气液分离器6的上出口连通有第二膨胀机11，所述第二膨胀机11连通有第二发电机12。采用气液分离器6和第二膨胀机11，并通过选择适当的中间压力，可以有效降低变温余热回收过程的不可逆损失，有效提高余热回收效率，增加电输出功率。

所述第一膨胀机9还连通有再热器13，所述再热器13与所述第二膨胀机11连通，所述第二膨胀机11与所述回热器4连通，所述回热器4与所述冷凝器1连通形成回路。采用再热器13的有机朗肯循环，选择适当的再热压力时，其膨胀机的输出功和循环吸热量都增加，采用回热器4的有机物朗肯循环，适用于热源温度较高，蒸发器过热度较高的情形，因为在这种情况下膨胀机出口温度较高，而本系统为了充分利用余热热源，设置了预热器、蒸发器、再热器多个换热装置，使得膨胀机出口温度较高，有回收利用的价值。回热型有机物朗肯循环减少了蒸发器所需要的吸热量，并可以显著提高第一定律效率

工质泵与膨胀机的做功不变，蒸发器的吸热量减小，导致第一定律效率增大。

所述逆卡诺循环系统包括与所述三通阀2的另一端口连通的工质流量调节阀14，及与所述工质流量调节阀14连通的电子膨胀阀15，及与所述电子膨胀阀15连通的第二蒸发器16，及与所述第二蒸发器16连通的压缩机17，所述压缩机17与所述冷凝器1连通形成回路。

所述逆卡诺循环系统还包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统包括循环冷却水通道，及设置在所述循环冷却水通道上的循环水泵18，及设置在所述循环冷却水通道上的冷却水流量调节阀19。通过冷却水循环系统将逆卡诺循环系统产生的7℃的冷却水给现场的房间及设备进行降温，使得房间无需再加装空调设备，即可获得制冷效果，其中现场包括但不限于钢厂、热电厂等，其中房间包含但不限于设备主控室、监控室等。

所述循环冷却水通道设置在所述第二蒸发器16、房间内的换热末端内，所述循环水泵18 设置在所述第二蒸发器16与所述房间内的换热末端之间。其中换热末端包括但不限于风机盘管、地板辐射、暖气片等。

所述循环冷却水通道通过所述房间内的换热末端后分为两路，第一路依次通过第二发电机12、第一发电机10与设置在所述第二蒸发器16内的所述循环冷却水通道连通形成回路，所述冷却水流量调节阀19设置在第一路中，且位于所述房间内的换热末端与所述第二发电机 12之间。

第二路通过油池与设置在所述第二蒸发器16内的所述循环冷却水通道连通形成回路。对于钢厂、热电厂等需要余热回收的场所，一般会有循环的润滑油，油进行润滑的过程中，由于摩擦或者设备散热会吸收大量的热导致油温升高，而油温升高会导致油发生性变，从而影响油的质量，导致设备异常，该循环冷却水通道的第二路能够给油池冷却，解决上述问题。

有机朗肯循环系统工作原理：

工质在冷凝器1处冷凝放热液化后，通过三通阀2及低压工质泵3加压后，在回热器4 中与膨胀机出口的工质进行热交换导致温度升高，再进入预热器5通过外界余热进行升温，工质进入气液分离器6后，部分气态工质通过气液分离器6的上出口与经过一级膨胀的工质汇合进入第二膨胀机11膨胀做功，从气液分离器6的下部出口流出的液态工质进入高压工质泵7进一步加压后进入第一蒸发器8，工质在第一蒸发器8内进一步吸热升温过热，高温高压的工质进入第一膨胀机9膨胀做功，带动第一发电机10发电，做功后的工质进入再热器 13与外界余热进行热交换，温度升高后与气液分离器6内闪发的气态工质进行混合，共同进入第二膨胀机11膨胀做功，同时第二膨胀机11带动第二发电机12发电，此时系统输出的功为第一膨胀机9与第二膨胀机11做功之和，做功后的工质进入回热器4将余热传递给低压工质泵3出口的工质，使其温度升高，提高效率，最后进入冷凝器1冷凝放热液化进入下一轮循环。

逆卡诺循环系统工作原理：

工质在冷凝器1中冷凝放热液化后通过三通阀2及工质流量调节阀14进入电子膨胀阀 14节流降压后，再进入第二蒸发器16吸热蒸发汽化，将外界冷却水的热量吸收，使得冷却水的温度降低，进入压缩机17增压后，回到冷凝器1中完成循环。

冷却水循环系统工作原理：

冷却水通过第二蒸发器16后温度降低，通过循环水泵18进入房间通过不同末端(例如风机盘管、地板辐射、暖气片等)与室内进行热交换，从而降低室内的温度，该房间可为但不限于主控室，现场(钢厂、热电厂等)负责监控设备运行情况的房间通常较热，需要降温，出房间后的冷却水分为两路，通过冷却水流量调节阀19来控制两流路的水流量比例，也可关闭，使冷却水全部经过油池，第二路进入油池对现场设备的润滑油池进行冷却，防止润滑油由于温度过高导致性变，第一路通过冷却水流量调节阀19后，分别冷却第二发电机12与第一发电机10后与冷却润滑油池后的冷却水进行汇合进入第二蒸发器16完成循环。

总体来讲，通过有机朗肯循环与逆卡诺循环耦合，一部分液态工质吸热后，进入膨胀机膨胀做功，参与有机朗肯循环，另一部分液态工质节流、吸热后进入压缩机参与逆卡诺循环循环，膨胀机所做的功驱动与膨胀机同轴连接的电机，从而实现冷电并供。与现有技术相比，本实用新型由于采用的回热、再热及气液分离的方式，能提高膨胀机的输出功、有机朗肯的循环效率及电效率，降低了循环的不可逆损失并且可同时解决控制室内人员活动需要降温问题及润滑油池的冷却问题，节能环保，能有效的回收利用低品位余热的高温，减少电能或化石能源的消耗，减少了温室效应和大气污染。对于本系统的发电机发出的电量可供给给压缩机使用，也可以并网。

实施例2

本实施例的结构和实施例1相同，不同之处在于本系统中有机朗肯子系统与逆卡诺循环子系统可单独运行，在余热资源由于工厂运行问题暂停，可通过三通阀2关闭有机朗肯子系统的流路，只开启逆卡诺循环流路，使得房间内的温度可以得到保证，同时由于膨胀机不做功，发电机不需要冷却，水流量调节阀可完全关闭，使得冷却水全部去冷却油池。

实施例3

本实施例的结构和实施例1相同，不同之处在于本系统中有机朗肯子系统与逆卡诺循环子系统可单独运行，在三通阀2关闭逆卡诺循环流路，仅开启有机朗肯循环流路，即为但有机朗肯的余热回收发电作用，适用于热源流量不大，膨胀机做功不多，发电机转速不高，发电机自身的散热即可满足运行条件。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，包括冷凝器，其特征在于：所述冷凝器连通有三通阀，所述三通阀的一端口连通有有机朗肯循环系统，所述三通阀的另一端口连通有逆卡诺循环系统，所述有机朗肯循环系统、所述逆卡诺循环系统分别与所述冷凝器连通形成回路。

2.如权利要求1所述的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，其特征在于：所述有机朗肯循环系统包括与所述三通阀的一端口连通的低压工质泵，及与所述低压工质泵连通的回热器，及与所述回热器连通的预热器，及与所述预热器连通的气液分离器，及与所述气液分离器的下出口连通的高压工质泵，及与所述高压工质泵连通的第一蒸发器，及与所述第一蒸发器连通的第一膨胀机，及与所述第一膨胀机连通的第一发电机。

3.如权利要求2所述的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，其特征在于：所述气液分离器的上出口连通有第二膨胀机，所述第二膨胀机连通有第二发电机。

4.如权利要求3所述的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，其特征在于：所述第一膨胀机还连通有再热器，所述再热器与所述第二膨胀机连通，所述第二膨胀机与所述回热器连通，所述回热器与所述冷凝器连通形成回路。

5.如权利要求3所述的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，其特征在于：所述逆卡诺循环系统包括与所述三通阀的另一端口连通的工质流量调节阀，及与所述工质流量调节阀连通的电子膨胀阀，及与所述电子膨胀阀连通的第二蒸发器，及与所述第二蒸发器连通的压缩机，所述压缩机与所述冷凝器连通形成回路。

6.如权利要求5所述的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，其特征在于：所述逆卡诺循环系统还包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统包括循环冷却水通道，及设置在所述循环冷却水通道上的循环水泵，及设置在所述循环冷却水通道上的冷却水流量调节阀。

7.如权利要求6所述的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，其特征在于：所述循环冷却水通道设置在所述第二蒸发器、房间内的换热末端内，所述循环水泵设置在所述第二蒸发器与所述房间内的换热末端之间。

8.如权利要求7所述的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，其特征在于：所述循环冷却水通道通过所述房间内的换热末端后分为两路，第一路依次通过第二发电机、第一发电机与设置在所述第二蒸发器内的所述循环冷却水通道连通形成回路，所述冷却水流量调节阀设置在第一路中，且位于所述房间内的换热末端与所述第二发电机之间。

9.如权利要求8所述的一种有机朗肯与逆卡诺循环耦合的余热回收系统，其特征在于：第二路通过油池与设置在所述第二蒸发器内的所述循环冷却水通道连通形成回路。

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