CN214577248U

CN214577248U - 用于酯化蒸汽orc余热发电机组的不凝气排气收集系统

Info

Publication number: CN214577248U
Application number: CN202120635892.8U
Authority: CN
Inventors: 张耀华; 曹恕; 郭凯询
Original assignee: Hangzhou Rineng Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Rineng Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2031-03-29

Abstract

一种用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，有机工质由工质管道依次经预热器、蒸发器、过热器，流经壳程连接至透平发电机组；酯化蒸汽由蒸汽管道依次经过热器、蒸发器、预热器，流经管程连接至酯化蒸汽凝液处理管道；预热器和/或蒸发器和/或过热器的管程开设不凝气出口，各不凝气出口连接不凝气冷却器的壳程入口，不凝气冷却器的管程通入循环冷却水，不凝气冷却器的壳程出口连接至酯化蒸汽凝液处理管道，不凝气冷却器的壳程开设第二不凝气出口连接至不凝气处理管道。本实用新型的热源酯化蒸汽在过热器、蒸发器及预热器换热过程中产生的不凝气体可以及时有效排出，有利于保证换热器换热效果，实现机组长期稳定高效运行。

Description

用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统

技术领域

本实用新型涉及聚酯合成工艺过程中的酯化蒸汽ORC余热发电技术领域，特别涉及一种用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统。

背景技术

在聚酯合成工艺过程中，酯化阶段会产生103℃左右的酯化蒸汽，这部分蒸汽携带着大量的低品位热量。以600t/d的聚酯生产装置为例，理论上，该装置每天会产生约220t的蒸汽，在液化过程中会释放约5.4*108KJ的潜热(相当于18.4t标准煤)。

目前聚酯生产企业酯化蒸汽余热的主要处理方式是：夏季时，用作制冷机组热源制备冷冻水，再用循环水冷却至所需温度；冬季时，直接用空冷器、循环水冷却至所需温度。据报道，作为制冷机组热源余热利用率仅63％左右，且仅供夏季使用，冬季厂区所需冷冻水少，主要用空冷器降温后送后续污水处理，热能利用效率低。如果能将这部分酯化蒸汽余热全年都有效利用起来，将会产生巨大的经济效益，同时也符合国家节能减排的产业政策。

目前酯化蒸汽ORC余热发电系统，将有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)发电机组应用于聚酯酯化蒸汽的余热利用上，主要由换热器、发电机组、冷凝器和工质泵四大部套组成。有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入发电机组膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械。从发电机组排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断地循环下去。

由于热源酯化蒸汽成分的特殊性(热源酯化蒸汽额定工况下成分为：水98.5wt％、乙醛0.8wt％、乙二醇0.2wt％、2-MD 0.4wt％、和其他0.1wt％)，其经过ORC余热发电机组后并不能完全冷凝，剩余不凝组分如果不能及时排出，会影响换热，导致发电量降低；匹配的换热器多采用常规管壳式换热器，也未考虑酯化蒸汽的特殊性，不利于系统长期稳定运行。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，以配合酯化蒸汽的特殊性，提高设备系统发电量。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，包括预热器、蒸发器、过热器和不凝气冷却器，有机工质由工质管道依次经预热器的壳程、蒸发器的壳程、过热器的壳程连接至透平发电机组；酯化蒸汽由蒸汽管道依次经过热器的管程、蒸发器的管程、预热器的管程连接至酯化蒸汽凝液处理管道；预热器和/或蒸发器和/或过热器的管程开设不凝气出口，各不凝气出口由不凝气管道连接不凝气冷却器的壳程入口，不凝气冷却器的管程通入循环冷却水，不凝气冷却器的壳程出口通过冷凝液管道连接至酯化蒸汽凝液处理管道，不凝气冷却器的壳程开设第二不凝气出口连接至不凝气处理管道。

进一步的，所述过热器的管程入口和管程出口端均开设不凝气出口，蒸发器的管程出口端开设不凝气出口，预热器的管程出口端开设不凝气出口。

进一步的，所述过热器、蒸发器和预热器的管程入口和管程出口端均开设不凝气出口。

进一步的，所述过热器、蒸发器和预热器的不凝气出口安装不凝气排气阀，不凝气管道上安装根据各罐体设备管程内不凝气压力联动控制不凝气排气阀启闭的不凝气电磁阀；所述不凝气冷却器的第二不凝气出口安装第二不凝气排气阀，不凝气处理管道上安装根据不凝气冷却器的壳程内不凝气压力联动控制第二不凝气排气阀启闭的第二不凝气电磁阀，并设置与第二不凝气电磁阀并联的手动控制阀旁路；循环冷却水的水源与不凝气冷却器的管程入口之间的管道上设置根据冷凝液管道内的冷凝液温度进行开度控制的冷却水流量阀，并设置与冷却水流量阀并联的手动控制阀旁路。

进一步的，所述过热器、蒸发器和预热器的两端端部分别通过一截面侧壁设置汇集腔，两截面侧壁之间连接分别与对应侧汇集腔连通的换热管，各汇集腔的顶部开设不凝气出口。

进一步的，所述过热器、蒸发器和预热器的汇集腔开设对应连接蒸汽管道的蒸汽入口和蒸汽出口，两截面侧壁之间的罐体侧壁上开设对应连接工质管道的工质出口和工质入口。

进一步的，所述过热器、蒸发器和预热器两端的汇集腔均开设手孔和排污口。

进一步的，所述蒸发器两截面侧壁之间的罐体侧壁上开设用于观察有机工质沸腾情况的视液镜。

进一步的，所述过热器、蒸发器和预热器为具有圆形横截面的柱状罐体，过热器的长径比为1.95:1-2.00:1，蒸发器的长径比为2.45:1-2.50:1。

进一步的，所述蒸发器为满液式蒸发器，换热管阵列均布在两截面侧壁的下半部分。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

本实用新型的热源酯化蒸汽在过热器、蒸发器及预热器换热过程中产生的不凝气体可以及时有效排出，有利于保证换热器换热效果，实现机组长期稳定高效运行。

本实用新型通过截面侧面形成汇集腔，在蒸汽入口和/或蒸汽出口的汇集腔开设不凝气出口，不凝气排气根据罐体设备内的不凝气压力，通过不凝气电磁阀控制，全自动实时排出不凝气体，保证换热效果，从而缩小换热面积，节约成本。排出不凝气通过不凝气冷却器冷却后，进一步分离其中不凝气与水蒸气，保证满足生产工艺需求。

本实用新型的酯化蒸汽含有工艺物料，长期运行易在管程结垢影响换热效果及系统的稳定运行，过热器、蒸发器及预热器分别配有专用的手孔，用于清洗装置定期清洗换热器管程，保证换热器长期稳定高效运行。过热器、蒸发器及预热器分别配有专用排污口，用于清洗时顺利排出污水，保证清洗效果。蒸发器配有专用视液镜，用于观察有机工质壳程沸腾过程，实时监测换热器运行状态。过热器和蒸发器设定专用长径比，保证热源酯化蒸汽换热压降≯5kpa，确保ORC余热发电系统不影响前端工艺生产过程。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一种实施例的工艺路线图；

图2为本实用新型过热器、蒸发器和预热器的结构及连接示意图。

附图标记说明：

1-预热器，2-蒸发器，3-过热器，4-不凝气冷却器，5-不凝气电磁阀，6-冷却水流量阀，7-手动控制阀，8-汇集腔，9-不凝气出口，10-蒸汽入口，11-蒸汽出口，12-工质入口，13-工质出口，14-手孔，15-排污口，16-视液镜，17-第二不凝气出口，18-第二不凝气电磁阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

本实施例涉及一种用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，如图1和图2所示，包括预热器1、蒸发器2、过热器3和不凝气冷却器4。

如图1所示，来自工质泵的有机工质由工质管道依次经预热器1的壳程、蒸发器2的壳程、过热器3的壳程连接至透平发电机组，推动透平发电机组做功发电。酯化蒸汽由蒸汽管道依次经过热器3的管程、蒸发器2的管程、预热器1的管程连接至酯化蒸汽凝液处理管道，进行后续处理生产工艺。预热器1、蒸发器2和过热器3的管程均开设有不凝气出口9，各不凝气出口9由不凝气管道连接至不凝气冷却器4的壳程入口。不凝气冷却器4的管程通入循环冷却水，循环冷却水吸热使壳程内不凝气的可凝结蒸汽成分进一步冷却为冷凝液。不凝气冷却器4的壳程出口通过冷凝液管道连接至酯化蒸汽凝液处理管道，进行后续处理生产工艺。不凝气冷却器4的顶部开设连通壳程的第二不凝气出口 17，第二不凝气出口17连接至不凝气处理管道，收集不凝气进行后续的处理生产工艺。

本实施例中，过热器3的管程入口和管程出口端均开设不凝气出口9，蒸发器2的管程出口端开设不凝气出口9，预热器1的管程出口端开设不凝气出口9。

实际工程中，还根据需要灵活选择在过热器、蒸发器和预热器的其中任一个、任两个或三个罐体设备上开设不凝气出口，不凝气出口可以开设在罐体设备的管程出口和管程入口端或其中一端处。

本实施例中，过热器3、蒸发器2和预热器1的各不凝气出口安装不凝气排气阀，不凝气管道上安装根据各罐体设备管程内不凝气压力联动控制不凝气排气阀启闭的不凝气电磁阀5。不凝气冷却器4的第二不凝气出口17安装第二不凝气排气阀，不凝气处理管道上安装根据不凝气冷却器的壳程内不凝气压力联动控制第二不凝气排气阀启闭的第二不凝气电磁阀18；并设置与第二不凝气电磁阀并联的手动控制阀7旁路。循环冷却水的水源与不凝气冷却器的管程入口之间的管道上设置根据冷凝液管道内的冷凝液温度进行开度控制的冷却水流量阀6，并设置与冷却水流量阀并联的手动控制阀7旁路。管道上相邻不凝气电磁阀5、第二不凝气电磁阀18、冷却水流量阀6的前后两侧均安装便于维修维护的手动控制阀7。

实际工程中，还可以灵活选择在蒸汽管道、工质管道、酯化蒸汽凝液处理管道、不凝气管道、不凝气处理管道以及循环冷却水的水源与不凝气冷却器的管程入口之间的管道上安装相应便于维修手动控制阀。

结合图1和图2所示，结构上，本实施例中过热器3、蒸发器2和预热器1 均为具有圆形横截面的、两端为可拆卸圆头端盖的柱状罐体，其中过热器3的长径比为1.95:1，蒸发器2的长径比为2.45:1。过热器3、蒸发器2和预热器1 的两圆头端盖之间的中间段的两端内侧分别固定焊接截面侧壁。两个相对的截面侧壁之间焊接换热管，换热管的两端敞口与圆头端盖内的空间连通。两截面侧壁之间的罐体侧壁上开设对应连接工质管道的工质出口13和工质入口12(对应上述的壳程出口和壳程入口)。截面侧壁与对应侧的圆头端盖形成汇集腔8，一端的汇集腔8开设对应连接蒸汽管道的蒸汽入口10，另一端的汇集腔8开设对应连接蒸汽管道的蒸汽出口11(对应上述的管程入口和管程出口)。两端的汇集腔8顶部开设不凝气出口9，不凝气出口9上安装不凝气排气阀，不凝气排气阀与不凝气电磁阀5联动，根据罐体管程内的不凝气压力发送信号到控制单元，控制单元操作不凝气电磁阀5打开或关闭进而控制不凝气排气阀的启闭。两端的汇集腔8均开设手孔14和排污口15。

过热器3、蒸发器2和预热器1三者具体结构上的区别在于，过热器3和预热器1的换热管在两个截面侧壁之间均匀阵列分布，蒸发器2为满液式蒸发器，其换热管仅分布在相邻工质入口的下半圆部分，且两截面侧壁之间的罐体侧壁上开设用于观察有机工质壳程沸腾情况的视液镜16。允许过热器、蒸发器和预热器三者的各个开口的具体位置根据安装方式等略有变化。

如图1所示，不凝气冷却器4与上述过热器结构类似，不同点在于第二不凝气出口开设在两截面侧壁之间的罐体侧壁上，使用时壳程通入不凝气，管程通入循环冷却水，本领域技术人员可以跟据图示进行相关设计，不再赘述。

值得一提，实际工程中可以灵活选择在过热器、蒸发器和预热器的其中任一个、任两个或任三个罐体设备的汇集腔上开设不凝气出口。不凝气出口对应管程入口和管程出口开设在罐体设备的一端或两端的汇集腔顶部，当罐体设备两端汇集腔均设置不凝气出口的，可以根据实际情况选择关闭其中一端、打开使用另一端不凝气出口以连接不凝气管道。

如图2所示，过热器3的蒸汽出口与蒸发器2的蒸汽入口连接，蒸发器2 的蒸汽出口与预热器1的蒸汽入口相连，组成热源酯化蒸汽通路，酯化蒸汽首先由过热器3的蒸汽入口进入，依次经过蒸发器2，由预热器1的蒸汽出口排出，即酯化蒸汽流经换热器管程。

过热器3的工质入口与蒸发器2的工质出口连接，蒸发器2的工质入口与预热器1的工质出口相连，组成有机工质通路，有机工质首先由预热器1的工质入口进入，依次经过蒸发器2，由过热器3的工质出口排出，即有机工质流经换热器壳程。

本实用新型工作过程中，热源酯化蒸汽依次经过ORC余热发电机组的过热器、蒸发器和预热器，流经管程放热，变为酯化蒸汽凝液回生产工艺。有机工质依次经过ORC余热发电机组的预热器、蒸发器和过热器，流经壳程吸热，变为一定温度压力的有机工质蒸汽，推动透平发电机组做功发电。热源酯化蒸汽经由过热器3、蒸发器2和预热器1的换热器放热将有机工质加热成一定温度压力的蒸汽，拖动后续发电设备，实现余热发电过程。

过热器3、蒸发器2和预热器1的不凝气出口设有不凝气排气阀，通过不凝气电磁阀5控制启闭。热源酯化蒸汽流经过热器3、蒸发器2及预热器1放热过程中，其成分中0.8％乙醛、0.2％乙二醇、0.4％2-MD、0.1％其他及少量水蒸气作为不凝气体通过不凝气排气阀排至不凝气冷却器4。

酯化蒸汽不凝气经由不凝气冷却器4的壳程，通过循环冷却水冷却，其中水蒸气被冷凝，与预热器3排出的酯化蒸汽凝液汇合后进行后续处理工艺，剩余不凝气通过不凝气冷却器4的第二不凝气排气阀排至不凝气处理管道。不凝气冷却器4循环冷却水流量，根据不凝气冷却器的壳程出口的冷凝液温度，通过调节冷却水流量阀6门开度，实现自动控制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：包括预热器、蒸发器、过热器和不凝气冷却器，有机工质由工质管道依次经预热器的壳程、蒸发器的壳程、过热器的壳程连接至透平发电机组；酯化蒸汽由蒸汽管道依次经过热器的管程、蒸发器的管程、预热器的管程连接至酯化蒸汽凝液处理管道；预热器和/或蒸发器和/或过热器的管程开设不凝气出口，各不凝气出口由不凝气管道连接不凝气冷却器的壳程入口，不凝气冷却器的管程通入循环冷却水，不凝气冷却器的壳程出口通过冷凝液管道连接至酯化蒸汽凝液处理管道，不凝气冷却器的壳程开设第二不凝气出口连接至不凝气处理管道。

2.根据权利要求1所述的用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：所述过热器的管程入口和管程出口端均开设不凝气出口，蒸发器的管程出口端开设不凝气出口，预热器的管程出口端开设不凝气出口。

3.根据权利要求1所述的用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：所述过热器、蒸发器和预热器的管程入口和管程出口端均开设不凝气出口。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：所述过热器、蒸发器和预热器的不凝气出口安装不凝气排气阀，不凝气管道上安装根据各罐体设备管程内不凝气压力联动控制不凝气排气阀启闭的不凝气电磁阀；所述不凝气冷却器的第二不凝气出口安装第二不凝气排气阀，不凝气处理管道上安装根据不凝气冷却器的壳程内不凝气压力联动控制第二不凝气排气阀启闭的第二不凝气电磁阀，并设置与第二不凝气电磁阀并联的手动控制阀旁路；循环冷却水的水源与不凝气冷却器的管程入口之间的管道上设置根据冷凝液管道内的冷凝液温度进行开度控制的冷却水流量阀，并设置与冷却水流量阀并联的手动控制阀旁路。

5.根据权利要求4所述的用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：所述过热器、蒸发器和预热器的两端端部分别通过一截面侧壁设置汇集腔，两截面侧壁之间连接分别与对应侧汇集腔连通的换热管，各汇集腔的顶部开设不凝气出口。

6.根据权利要求5所述的用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：所述过热器、蒸发器和预热器的汇集腔开设对应连接蒸汽管道的蒸汽入口和蒸汽出口，两截面侧壁之间的罐体侧壁上开设对应连接工质管道的工质出口和工质入口。

7.根据权利要求6所述的用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：所述过热器、蒸发器和预热器两端的汇集腔均开设手孔和排污口。

8.根据权利要求7所述的用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：所述蒸发器两截面侧壁之间的罐体侧壁上开设用于观察有机工质沸腾情况的视液镜。

9.根据权利要求8所述的用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：所述过热器、蒸发器和预热器为具有圆形横截面的柱状罐体，过热器的长径比为1.95:1-2.00:1，蒸发器的长径比为2.45:1-2.50:1。

10.根据权利要求9所述的用于酯化蒸汽ORC余热发电机组的不凝气排气收集系统，其特征在于：所述蒸发器为满液式蒸发器，换热管阵列均布在两截面侧壁的下半部分。