CN216081028U - 一种烟气余热利用的复合循环装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟气余热利用的复合循环装置，包括燃煤发电机组的烟气系统、有机工质动力子系统循环和吸收式制冷子系统循环。通过燃煤发电机组的烟气系统产生的烟气余热来驱动有机工质动力子系统循环和吸收式制冷子系统循环所组成的复合循环系统，一方面增加了系统对外供电量，另一方面制取了冷量。所制取冷量可用于冷却凝汽器入口循环水，降低循环水入口温度，从而可提升凝汽器换热效果，改善煤电机组运行背压，有效利用了低品位热能，提升了能量利用率，产生很好的经济效益和环境效益。

Description

一种烟气余热利用的复合循环装置

技术领域

本实用新型属于烟气余热利用技术领域，具体涉及一种烟气余热利用的复合循环装置。

背景技术

烟气余热广泛存在于冶金、化工、电力等行业，其总量占到了工业余热资源的一半以上，并且其中大部分为中低温余热。如果能够有效利用这部分余热资源，不仅能大大提高燃料经济性，同时也能有效减少CO₂、NO_X等有毒有害物质的排放，产生很好的经济和环境效益。大型火电厂煤粉锅炉的排烟温度一般在120～130℃之间，其携带的热量约占锅炉输入热量的3％～8％。若将这部分热量直接排放，则会导致机组运行经济性下降，煤耗升高。根据研究，锅炉排烟温度每下降10℃，锅炉热效率可提高约1％。因此，锅炉排烟蕴藏着巨大的余热资源，有必要对这部分余热进行合理应用以实现火电机组的节能降耗。

在低温余热利用技术中，有机朗肯循环(ORC)技术由于具有结构简单、稳定性强、发电效率高和较低的密封需求等优点而受到青睐。有机朗肯循环系统是采用卤代烃或碳氢化合物等低沸点有机物作为工质的朗肯循环，可以有效利用多种低品位热能，在低温余热利用领域有着广阔的应用前景。但在现有技术中如何利用有机朗肯循环技术与煤电机组相结合来有效利用煤电机组中产生的中低温余热，一直是亟待解决的技术难点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的难点，提供一种烟气余热利用的复合循环装置，将有机朗肯循环与煤电机组相结合，达到有效利用机组中低温余热，提升机组能量利用效率的目的。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种烟气余热利用的复合循环装置，包括烟气系统、有机工质动力子系统和吸收式制冷子系统，烟气系统包括锅炉、空预器、二级烟气换热器、除尘器、引风机、增压风机、一级烟气换热器和烟囱，所述锅炉的烟气出口依次连接空预器、二级烟气换热器、除尘器、引风机、增压风机和一级烟气换热器，一级烟气换热器的烟气输出端连接烟囱；

所述有机工质动力子系统包括冷凝器、工质泵、一级烟气换热器、二级烟气换热器、工质透平、发生器和溶液热交换器，所述冷凝器有机工质输出端的一端依次连接工质泵、一级烟气换热器和二级烟气换热器，二级烟气换热器的有机工质输出端依次连接有工质透平和发生器，发生器的有机工质输出端连接溶液热交换器的有机工质输入端，溶液热交换器有机工质输出端连接冷凝器；

所述吸收式制冷子系统包括冷凝器、第二节流阀、蒸发器、压缩机、吸收器、溶液泵和溶液热交换器，所述冷凝器有机工质输出端的另一端依次连接第二节流阀、蒸发器、压缩机和吸收器，吸收器的溶液输出端连接溶液泵，溶液泵的输出端与溶液热交换器的溶液输入端的一端相连，溶液热交换器的溶液输出端的一端连接发生器的溶液输入端，发生器的溶液输出端连接溶液热交换器的溶液输入端的另一端，溶液热交换器的溶液输出端的另一端连接第一节流阀，第一节流阀的输出端连接吸收器。

优选地，该复合循环装置还包括汽轮机和凝汽器，锅炉的蒸汽口与汽轮机输入端相连，汽轮机输出端连接凝汽器，凝汽器输出端连接机组凝结水系统。

优选地，凝汽器循环水进口处设置有第三阀门。

优选地，循环水源与蒸发器循环水进口相连，蒸发器循环水出口与凝汽器循环水入口相连。

优选地，所述循环水源与蒸发器循环水进口之间设置有第二阀门，蒸发器循环水出口与凝汽器循环水入口之间设置有第一阀门。

优选地，第一阀门输出端通过管道与第三阀门的输出端相连接，第二阀门的输入端通过管道与第三阀门的输入端相连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过煤电机组的烟气系统与有机工质动力子系统以及吸收式制冷子系统循环的相互配合，来利用煤电机组烟气余热加热有机工质，驱动复合循环系统，实现烟气余热的有效梯级利用。

并通过烟气余热驱动有机工质动力子系统循环和吸收式制冷子系统循环所组成的复合循环系统，一方面增加了系统对外供电量，另一方面制取了冷量。将冷量用于冷却凝汽器入口循环水，降低循环水入口温度，从而可提升凝汽器换热效果，改善煤电机组运行背压。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的烟气余热利用的复合循环装置图。

其中：1-锅炉，2-汽轮机，3-凝汽器，4-空预器，5-二级烟气换热器，6-除尘器，7-引风机，8-增压风机，9-一级烟气换热器，10-烟囱，11-工质透平，12-发生器，13-溶液热交换器，14-冷凝器，15-工质泵，16-吸收器，17-蒸发器，18-溶液泵，19-第一节流阀，20-压缩机，21-第二节流阀，22-第一阀门，23-第二阀门，24-第三阀门。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，本实用新型所述的烟气余热利用的复合循环装置，包括烟气系统、有机工质动力子系统和吸收式制冷子系统，烟气系统包括锅炉1以及与锅炉1依次相连的空预器4、二级烟气换热器5、除尘器6、引风机7、增压风机8和一级烟气换热器9，所述一级烟气换热器9烟气输出端连接烟囱10；

所述有机工质动力子系统包括冷凝器14以及与冷凝器14依次相连接的工质泵15、一级烟气换热器9、二级烟气换热器5、工质透平11、发生器12和溶液热交换器13，所述溶液热交换器13的工质输出端连接冷凝器14，所述工质透平11连接有发电机；

所述吸收式制冷子系统包括冷凝器14以及与冷凝器14依次连接的第二节流阀21、蒸发器17、压缩机20、吸收器16和溶液泵18，溶液泵18输出端连接溶液热交换器13溶液输入端的一端，所述溶液热交换器13的溶液输出端的一端连接发生器12的溶液输入端，发生器12的溶液输出端连接溶液热交换器13的溶液输入端的另一端，溶液热交换器13的溶液输出端的另一端连接第一节流阀19，第一节流阀19的输出端连接吸收器16。

该系统还包括汽轮机2和凝汽器3，锅炉1的蒸汽口与汽轮机2输入端相连，所述汽轮机2连接有发电机，汽轮机2输出端连接凝汽器3，凝汽器3输出端连接机组凝结水系统。凝汽器3进口与循环水源之间设置有第三阀门24。循环水源与蒸发器17循环水进口相连，蒸发器17循环水出口与凝汽器3循环水入口相连。所述循环水源与蒸发器17循环水进口之间设置有第二阀门23，蒸发器17循环水出口与凝汽器3循环水入口之间设置有第一阀门22。

该系统中采用的有机工质优选为R1234ze或R1234yf，吸收溶液优选为离子液体[HMIM][Tf2N]。

锅炉1产生的烟气通过锅炉1烟气口排出，依次流经空预器4、二级烟气换热器5、除尘器6、引风机7、增压风机8、一级烟气换热器9，最后经由烟囱10排出。

此时，部分有机工质R1234ze或R1234yf经冷凝器14有机工质输出端的一端进入工质泵15，经工质泵15升压后依次进入一级烟气换热器9、二级烟气换热器5吸收烟气热量换热，换热后的有机工质R1234ze或R1234yf变为有机工质蒸汽，有机工质蒸汽进入工质透平11中膨胀做功带动发电机发电。工质透平11乏汽依次进入发生器12、溶液热交换器13中放热，最后再进入冷凝器14中冷凝，完成有机工质动力子系统循环。

与此同时，另一部分有机工质R1234ze或R1234yf经冷凝器14有机工质输出端另一端进入第二节流阀21节流后进入蒸发器17中，吸收循环水热量后进入压缩机20中被压缩，压缩后的有机工质R1234ze或R1234yf进入吸收器16中，被吸收器16中的吸收溶液[HMIM][Tf2N]所吸收。吸收了有机工质R1234ze或R1234yf的[HMIM][Tf2N]溶液经吸收器16出口进入溶液泵18升压后进入溶液热交换器13中。此时，吸收了有机工质R1234ze或R1234yf的[HMIM][Tf2N]溶液与从发生器12来的浓溶液和有机工质蒸汽进行换热初步升温。升温后的吸收了有机工质R1234ze或R1234yf的[HMIM][Tf2N]溶液进入发生器12中，吸收工质透平11乏汽余热进一步升温使有机工质R1234ze或R1234yf析出而转变为浓溶液。浓溶液又返回溶液热交换器13中放热，最后经第一节流阀19节流后返回吸收器16。所析出有机工质蒸汽进入冷凝器14中放热冷凝，完成吸收式制冷子系统循环。

另一方面，锅炉1蒸汽出口的新蒸汽进入汽轮机2做功驱动发电机发电，并通过汽轮机2排汽口进入凝汽器3，经凝汽器3中的循环冷却水冷凝后返回机组凝结水系统。

当夏季进入凝汽器3的循环水进口温度较高时，打开第一阀门22，第二阀门23，关闭第三阀门24。机组循环水则先进入吸收器17中被冷却降温，之后再进入凝汽器3中冷却汽轮机2排出的蒸汽，从而改善凝汽器3的换热效果。

本实用新型设计的烟气余热利用的复合循环装置，通过燃煤发电机组的烟气系统、有机工质动力子系统循环和吸收式制冷子系统循环的相互结合，利用燃煤发电机组的烟气余热驱动有机工质动力子系统循环和吸收式制冷子系统循环所组成的复合循环系统，一方面增加了系统对外供电量，另一方面制取了冷量。所制取冷量可用于冷却凝汽器3入口循环水，降低循环水入口温度，从而可提升凝汽器3换热效果，改善煤电机组运行背压。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种烟气余热利用的复合循环装置，其特征在于，包括烟气系统、有机工质动力子系统和吸收式制冷子系统，烟气系统包括锅炉(1)、空预器(4)、二级烟气换热器(5)、除尘器(6)、引风机(7)、增压风机(8)、一级烟气换热器(9)和烟囱(10)，所述锅炉(1)的烟气出口依次连接空预器(4)、二级烟气换热器(5)、除尘器(6)、引风机(7)、增压风机(8)和一级烟气换热器(9)，一级烟气换热器(9)的烟气输出端连接烟囱(10)；

所述有机工质动力子系统包括冷凝器(14)、工质泵(15)、一级烟气换热器(9)、二级烟气换热器(5)、工质透平(11)、发生器(12)和溶液热交换器(13)，所述冷凝器(14)有机工质输出端的一端依次连接工质泵(15)、一级烟气换热器(9)和二级烟气换热器(5)，二级烟气换热器(5)的有机工质输出端依次连接有工质透平(11)和发生器(12)，发生器(12)的有机工质输出端连接溶液热交换器(13)的有机工质输入端，溶液热交换器(13)有机工质输出端连接冷凝器(14)；

所述吸收式制冷子系统包括冷凝器(14)、第二节流阀(21)、蒸发器(17)、压缩机(20)、吸收器(16)、溶液泵(18)和溶液热交换器(13)，所述冷凝器(14)有机工质输出端的另一端依次连接第二节流阀(21)、蒸发器(17)、压缩机(20)和吸收器(16)，吸收器(16)的溶液输出端连接溶液泵(18)，溶液泵(18)的输出端与溶液热交换器(13)的溶液输入端的一端相连，溶液热交换器(13)的溶液输出端的一端连接发生器(12)的溶液输入端，发生器(12)的溶液输出端连接溶液热交换器(13)的溶液输入端的另一端，溶液热交换器(13)的溶液输出端的另一端连接第一节流阀(19)，第一节流阀(19)的输出端连接吸收器(16)。

2.根据权利要求1所述的烟气余热利用的复合循环装置，其特征在于，还包括汽轮机(2)和凝汽器(3)，锅炉(1)的蒸汽口与汽轮机(2)输入端相连，汽轮机(2)输出端连接凝汽器(3)，凝汽器(3)输出端连接机组凝结水系统。

3.根据权利要求2所述的烟气余热利用的复合循环装置，其特征在于，凝汽器(3)循环水进口处设置有第三阀门(24)。

4.根据权利要求3所述的烟气余热利用的复合循环装置，其特征在于，循环水源与蒸发器(17)循环水进口相连，蒸发器(17)循环水出口与凝汽器(3)循环水入口相连。

5.根据权利要求4所述的烟气余热利用的复合循环装置，其特征在于，所述循环水源与蒸发器(17)循环水进口之间设置有第二阀门(23)，蒸发器(17)循环水出口与凝汽器(3)循环水入口之间设置有第一阀门(22)。

6.根据权利要求5所述的烟气余热利用的复合循环装置，其特征在于，第一阀门(22)输出端通过管道与第三阀门(24)的输出端相连接，第二阀门(23)的输入端通过管道与第三阀门(24)的输入端相连接。

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