CN214616696U - 一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的orc系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC系统。该系统由生物质燃烧系统、空气‑烟气换热系统和工质循环系统构成，所述生物质燃烧系统包括通过管道相连的生物质干燥单元和所述生物质燃烧炉；所述空气‑烟气换热系统包括引风机、所述热管冷凝器、所述生物质燃烧炉、所述预热器、所述蒸发器和所述生物质干燥单元；所述工质循环系统依次经过所述预热器、所述蒸发器、透平发电机组、回热器、所述热管冷凝器和工质泵，之间通过管道相连，形成闭合回路。本发明实现了热管换热器技术和ORC发电技术的结合，将生物质燃烧烟气废热转化成机械能和电能，并能高效地回收、利用冷凝废热，实现了能源的多级利用、提高了系统的能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电系统，具体涉及一种有机工质朗肯循环余热发电系统，此外，透平膨胀机与引风机同轴直连，发电同时带动引风机工作，实现了能量的多效利用，属于节能技术领域。
背景技术
随着现代经济、社会的快速发展，人们对能源的需求量越来越大，能源短缺环境污染已经成为世界范围的难题，节能减排持续发展已经成为行业的新标准。在化工、石油、钢铁、轻工等领域生产过程中会产生大量的余热，据科学资料数据显示，目前人类所利用的热能有50%最终以废热形式排出。余热回收、利用的潜力虽然巨大，但这些废热也具有温度不高、品质低的特点，如何高效利用中、低温余热，一直是能源领域研究的热点，其中，ORC（Organic Rankine Cycle，有机朗肯循环）余热发电技术是为人们广泛研究的一种低温余热利用技术。
热管技术也是低温余热领域的重要研究成果，热管由管内抽成负压后充入工作介质密封而成，热管的一端为蒸发端，另一端为冷凝端，通过工作介质的相变，实现热量的传输，相对于传统换热器，其换热效率有较大的提高。
此外，生物质被认为是零碳排放能源，为减缓温室效应，生物质能源在国内外得到不同程度的推广应用，并以生物质直燃、生物质与煤混燃、生物质燃气等不同形式部分替代了传统燃煤电厂。但生物质能源作为燃料热值低，产生相同热负荷时烟气量较传统燃料大，随着生物质的推广使用和节能减排的迫切需求，对生物质燃料的烟气进行回收、利用也成必要。
在低温余热利用领域，将热管技术和ORC技术相结合，并应用于生物质直燃烟气的废热回收、利用，不仅可以减少能源消耗、提高经济效益，还会减少对环境的热污染和碳排放，实现节能减排。
发明内容
本发明提供了一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC系统,它综合应用了热管换热原理和有机工质朗肯循环余热发电原理，包括生物质燃烧系统、空气-烟气换热系统和工质循环系统；所述生物质燃烧系统与所述空气-烟气换热系统在生物质干燥单元和生物质燃烧炉处分别耦合相连，所述空气-烟气换热系统与所述循环工质系统通过蒸发器预热器和热管冷凝器耦合连接；所述生物质燃烧系统包括通过管道相连的生物质干燥单元和所述生物质燃烧炉，所述生物质干燥单元连接生物质给料口和湿冷风出口，所述生物质燃烧炉连接卸灰口；所述空气-烟气换热系统包括引风机、所述热管冷凝器、所述生物质燃烧炉、所述预热器、所述蒸发器和所述生物质干燥单元，所述引风机接有空气进口，所述预热器连接排烟出口，所述热管冷凝器可分为热管加热段、热管冷凝段和热管三部分，所述热管加热段与所述热管冷凝段壳体内的介质并不相通，所述热管贯穿相连所述热管加热段和所述热管冷凝段；所述热管冷凝段出口管段分为第一支管和第二支管，所述第一支管与所述生物质干燥单元相连；所述第二支管连接所述生物质燃烧炉；所述工质循环系统依次经过所述预热器、所述蒸发器、透平发电机组、回热器、所述热管冷凝器和工质泵，之间通过管道相连，形成闭合回路；所述工质泵出口管线连接所述回热器冷流入口，所述回热器冷流出口连接所述预热器冷流入口；所述透平发电机组排气连接所述回热器热流进口，所述回热器热流出口连接所述热管加热段。
优选地，所述第一支管上设有第一调节阀，所述第二支管上设有第二调节阀。
优选地，所述热管冷凝器形式可以为一体式重力热管或分离式环路热管，所述热管的对应形式分别为重力热管和环路热管。
优选地，所述透平发电机组与所述引风机之间为同轴直连。
优选地，所述生物质干燥单元的干燥对象为受潮生物质燃料。
优选地，所述生物质燃烧系统和空气-烟气换热系统的烟气流道需要做防碱金属腐蚀处理。
采用本发明后，常温空气在热管冷凝器中与透平发电机组排气进行回收，热空气一部分用于生物质干燥处理单元干燥受潮的生物质燃料，另一部分进入生物质燃烧炉，作为燃烧的助燃空气；生物质燃烧炉的排烟为工质循环系统提供热源，转化为机械能和电能，将热管换热器技术和ORC发电技术相结合，实现了能源的多级利用、提高了系统的能源利用率。
附图说明
图1为回收生物质烟气余热耦合一体式重力热管冷凝器的ORC系统流程示意图。
图2为回收生物质烟气余热耦合分离式环路热管冷凝器的ORC系统流程示意图。
图1和图2中：1、生物质干燥单元；2、生物质燃烧炉；3、引风机；4、热管冷凝器；401、热管加热段；402、热管；403、热管冷凝段；5、预热器；6、蒸发器；7、透平发电机组；8、回热器；9、工质泵；101、第一调节阀；102、第二调节阀；11、生物质给料口；12、卸灰口；13、空气进口；14、湿冷风出口；15、排烟出口；161、第一支管；162、第二支管。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图1和附图2并通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：本发明设计的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC系统，结合附图1，包括生物质燃烧系统、空气-烟气换热系统和工质循环系统；所述生物质燃烧系统与所述空气-烟气换热系统在生物质干燥单元（1）和生物质燃烧炉（2）处分别耦合相连，所述空气-烟气换热系统与所述循环工质系统通过蒸发器（6）、预热器（5）和热管冷凝器（4）耦合连接；所述生物质燃烧系统包括通过管道相连的生物质干燥单元（1）和所述生物质燃烧炉（2），所述生物质干燥单元（1）连接生物质给料口（11）和湿冷风出口（14），所述生物质燃烧炉（2）连接卸灰口（12）；所述空气-烟气换热系统包括引风机（3）、所述热管冷凝器（4）、所述生物质燃烧炉（2）、所述预热器（5）、所述蒸发器（6）和所述生物质干燥单元（1），所述引风机（3）接有空气进口（13），所述预热器（5）连接排烟出口（15），所述热管冷凝器（4）的具体形式为一体式重力热管冷凝器，可分为热管加热段（401）、热管冷凝段（403）和热管（402）三部分，所述热管加热段（401）与所述热管冷凝段（403）壳体内的介质并不相通，所述热管（402）贯穿相连所述热管加热段（401）和所述热管冷凝段（403）；所述热管冷凝段（403）出口管段分为第一支管（161）和第二支管（162），所述第一支管（161）与所述生物质干燥单元（1）相连；所述第二支管（162）连接所述生物质燃烧炉（2）；所述工质循环系统依次经过所述预热器（5）、所述蒸发器（6）、透平发电机组（7）、回热器（8）、所述热管冷凝器（4）和工质泵（9），之间通过管道相连，形成闭合回路；所述工质泵（9）出口管线连接所述回热器（8）冷流入口，所述回热器（8）冷流出口连接所述预热器（5）冷流入口；所述透平发电机组（7）排气连接所述回热器（8）热流进口，所述回热器（8）热流出口连接所述热管加热段（401）。
优选地，所述第一支管（161）上设有第一调节阀（101），所述第二支管（162）上设有第二调节阀（102）。
优选地，所述透平发电机组（7）与所述引风机（3）之间为同轴直连。
优选地，所述生物质干燥单元（1）的干燥对象为受潮生物质燃料。
优选地，所述生物质燃烧系统和空气-烟气换热系统的烟气流道需要做防碱金属腐蚀处理。
在本实施例中，外界为20℃左右的空气由引风机（3）引入空气-烟气换热系统，经过热管冷凝段（403）与透平发电机组（7）排气进行换热，出来的热空气在40℃左右，一部分热空气进入生物质干燥单元（1）干燥生物质燃料，干燥后的湿冷空气由湿冷风出口（14）排出，干燥后的生物质进入生物质燃烧炉（2）燃烧，燃烧后产生的灰渣由卸灰口（12）排出系统；另一部分热空气则作为生物质燃烧炉（2）燃烧的助燃气体，生物质燃烧炉（2）燃烧产生的热量供给热用户，生物质燃烧炉（2）的排烟在200℃左右，通过管道进入蒸发器（6）与循环工质换热，烟气温度降低后进入到预热器（5）与循环工质进行二次换热，并最终由预热器（5）的排烟出口（15）排出；工质循环系统中，循环工质先后通过预热器（5）和蒸发器（6）从烟气热源吸收热量，蒸发后变为气态工质，进入透平发电机组（7），带动发电机和引风机（3）同轴转动，输出电能和机械能，引风机（3）的机械功用于系统内部消耗，透平发电机组（7）的排气先后在回热器（8）和热管加热段（401）中换热，之后由工质泵（9）加压、回热器（8）换热后送回预热器（5）。
实施例2：本发明所述的实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中热管冷凝器（4）的具体形式为分离式环路热管冷凝器，热管冷凝器（4）的热管加热段（401）和热管冷凝段（403）在空间上可相隔一定距离，并且热管冷凝段（403）的垂直高度略高于热管加热段（401）的垂直高度，热管（402）的具体形式为环路热管，所述环路热管管线上的弯管均不小于90度。
本发明的具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，而并非是对本发明实施方式的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC系统，其特征在于，该系统由生物质燃烧系统、空气-烟气换热系统和循环工质系统构成，所述生物质燃烧系统与所述空气-烟气换热系统在生物质干燥单元和生物质燃烧炉处分别耦合相连，所述空气-烟气换热系统与所述循环工质系统通过蒸发器、预热器和热管冷凝器耦合连接；所述生物质燃烧系统包括通过管道相连的生物质干燥单元和所述生物质燃烧炉，所述生物质干燥单元连接生物质给料口和湿冷风出口，所述生物质燃烧炉连接卸灰口；所述空气-烟气换热系统包括引风机、所述热管冷凝器、所述生物质燃烧炉、所述预热器、所述蒸发器和所述生物质干燥单元，所述引风机接有空气进口，所述预热器连接排烟出口，所述热管冷凝器可分为热管加热段、热管冷凝段和热管三部分，所述热管加热段与所述热管冷凝段壳体内的介质并不相通，所述热管贯穿相连所述热管加热段和所述热管冷凝段；所述热管冷凝段出口管段分为第一支管和第二支管，所述第一支管与所述生物质干燥单元相连；所述第二支管连接所述生物质燃烧炉；所述循环工质系统依次经过所述预热器、所述蒸发器、透平发电机组、回热器、所述热管冷凝器和工质泵，之间通过管道相连，形成闭合回路；所述工质泵出口管线连接所述回热器冷流入口，所述回热器冷流出口连接所述预热器冷流入口；所述透平发电机组排气连接所述回热器热流进口，所述回热器热流出口连接所述热管加热段。
2.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC系统，其特征在于，所述第一支管上设有第一调节阀，所述第二支管上设有第二调节阀。
3.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC系统，其特征在于，所述热管冷凝器形式可以为一体式重力热管或分离式环路热管，所述热管的对应形式分别为重力热管和环路热管。
4.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC系统，其特征在于，所述透平发电机组与所述引风机之间为同轴直连。
5.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC系统，其特征在于，所述生物质干燥单元的干燥对象为受潮生物质燃料。
6.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC系统，其特征在于，所述生物质燃烧系统和空气-烟气换热系统的烟气流道需要涂抹防碱金属腐蚀的涂料。
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