CN216841833U - 一种高效热管换热器回收低温烟气余热的orc发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，包括高效热管换热器、蒸发器、膨胀透平机、冷凝器和冷却塔；高效热管换热器上连接有烟气进口烟道和烟气出口烟道，高效热管换热器经蒸发器循环水出水管和蒸发器循环水进水管与蒸发器相连，蒸发器经蒸发器气态工质输出管与膨胀透平机相连，膨胀透平机经膨胀透平机气态工质输出管与冷凝器相连，冷凝器经冷凝器液态工质输出管与蒸发器相连，冷凝器液态工质输出管上设置有工质循环泵；冷凝器经冷凝器出水管和冷却塔出水管与冷却塔相连；冷却塔出水管上设置有冷却循环水泵；膨胀透平机与发电机相连。优点是：高效热管换热器能够充分回收低温烟气中的余热，从而提升发电效率。

Description

一种高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统

技术领域

本实用新型涉及低温余热ORC发电技术领域，尤其涉及一种高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统。

背景技术

工业企业的生产制造需要大量的一次能源作为动力源或热源，如企业需要蒸汽、电力或天然气等，在一次能源使用后会产生大量余热或导致动力设备温度升高，产生的余热需要排放，高温设备需要冷却，或以蒸汽、烟气、空气、冷却水、废水等形式排放，余热排放的温度高至1000℃以上，低至30℃以下。目前我国大多数企业已经实施了温度高于300℃的余热综合回收应用，主要用来发电和工艺预热。但是低于300℃的余热，特别是以烟气形式排放的150℃到300℃之间的大量余热被白白浪费。目前国际上的ORC(有机朗肯循环)发电技术已经较为成熟，低温烟气余热也可以进行发电，但传统的低温烟气回收ORC余热发电的效率相对偏低，因此需要有高效的余热回收装置来提高发电效率和投入经济性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，高效热管换热器、蒸发器、膨胀透平机、冷凝器和冷却塔；所述高效热管换热器的进烟端和出烟端分别连接有烟气进口烟道和烟气出口烟道，所述高效热管换热器的出水口和进水口分别经蒸发器循环水出水管和蒸发器循环水进水管与所述蒸发器的出水口和进水口相连，所述蒸发器的工质出口经蒸发器气态工质输出管与所述膨胀透平机相连，所述膨胀透平机经膨胀透平机气态工质输出管与所述冷凝器的工质进口相连，所述冷凝器的工质出口经冷凝器液态工质输出管与蒸发器的工质进口相连，所述冷凝器液态工质输出管上设置有工质循环泵；所述冷凝器的出水口经冷凝器出水管与冷却塔的进水口相连，所述冷却塔的出水口经冷却塔出水管与所述冷凝器的进水口相连；所述冷却塔出水管上设置有冷却循环水泵；所述膨胀透平机与发电机相连。

优选的，所述蒸发器循环水出水管上设置有蒸发器循环水出水阀门。

优选的，所述蒸发器循环水进水管上设置有蒸发器循环水进水阀门。

优选的，所述蒸发器气态工质输出管上设置有蒸发器气态工质出口阀门。

优选的，所述膨胀透平机气态工质输出管上设置有膨胀透平机气态工质出口阀门。

优选的，所述冷凝器液态工质输出管上间隔设置有冷凝器液态工质出口阀门和蒸发器液态工质进口阀门，所述蒸发器液态工质进口阀门位于所述冷凝器液态工质出口阀门的下游；所述工质循环泵位于所述冷凝器液态工质出口阀门和蒸发器液态工质进口阀门之间。

优选的，所述冷凝器出水管上设置有冷凝器出水阀门。

优选的，所述冷却塔出水管上间隔设置有冷却循环水泵前阀门和冷却循环水泵后阀门，所述冷却循环水泵前阀门位于所述冷却循环水泵后阀门的下游；所述冷却循环水泵位于所述冷却循环水泵前阀门和冷却循环水泵后阀门之间。

本实用新型的有益效果是：1、高效热管换热器是通过换热器中的低沸点工质相变进行吸热和放热的热交换，其换热效率是传统间壁式换热器的103倍，高效热管换热器能够充分回收低温烟气中的余热进行有效利用，相对于传统的间壁式换热器可以增加有效余热回收量30％，从而使ORC余热发电机组输出电量增加30％。2、高效热管换热器是通过换热器由于换热效率高，大大缩小了换热器的体积，从大量而减少占地面积，更有利于安装。3、高效热管换热器是通过换热器相比较间壁式换热器而言，在烟气温度相对较低(150-200℃)时，更有显著优势。4、余热烟气的成分相对复杂，会对换热器形成堵塞、覆盖，也可能会导致换热器腐蚀，从而严重影响换热效果。高效热管换热器基于其换热的高效性以及合理的通道设计和选择性用材，能够确保热管换热器的换热效果和使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例中发电系统的结构示意图。

图中：1、高效热管换热器；2、烟气出口烟道；3、烟气进口烟道；4、蒸发器循环水出水阀门；5、蒸发器循环水进水阀门；6、蒸发器；7、蒸发器气态工质出口阀门；8、蒸发器液态工质进口阀门；9、膨胀透平机；10、膨胀透平机气态工质出口阀门；11、发电机；12、工质循环泵；13、冷凝器液态工质出口阀门；14、冷凝器；15、冷却循环水泵前阀门；16、冷却循环水泵；17、冷却循环水泵后阀门；18、冷凝器出水阀门；19、冷却塔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实施例中，提供了一种高效热管换热器1回收低温烟气余热的ORC发电系统，高效热管换热器1、蒸发器6、膨胀透平机9、冷凝器14和冷却塔19；所述高效热管换热器1的进烟端和出烟端分别连接有烟气进口烟道3和烟气出口烟道2，所述高效热管换热器1的出水口和进水口分别经蒸发器循环水出水管和蒸发器循环水进水管与所述蒸发器6的出水口和进水口相连，所述蒸发器6的工质出口经蒸发器气态工质输出管与所述膨胀透平机9相连，所述膨胀透平机9经膨胀透平机气态工质输出管与所述冷凝器14的工质进口相连，所述冷凝器14的工质出口经冷凝器液态工质输出管与蒸发器6的工质进口相连，所述冷凝器液态工质输出管上设置有工质循环泵12；所述冷凝器14的出水口经冷凝器出水管与冷却塔19的进水口相连，所述冷却塔19的出水口经冷却塔出水管与所述冷凝器14的进水口相连；所述冷却塔出水管上设置有冷却循环水泵16；所述膨胀透平机9与发电机11相连。

所述蒸发器循环水出水管上设置有蒸发器循环水出水阀门4。所述蒸发器循环水进水管上设置有蒸发器循环水进水阀门5。

所述蒸发器气态工质输出管上设置有蒸发器气态工质出口阀门7。所述膨胀透平机气态工质输出管上设置有膨胀透平机气态工质出口阀门10。

所述冷凝器液态工质输出管上间隔设置有冷凝器液态工质出口阀门13和蒸发器液态工质进口阀门8，所述蒸发器液态工质进口阀门8位于所述冷凝器液态工质出口阀门13的下游；所述工质循环泵12位于所述冷凝器液态工质出口阀门13和蒸发器液态工质进口阀门8之间。

所述冷凝器出水管上设置有冷凝器出水阀门18。所述冷却塔出水管上间隔设置有冷却循环水泵前阀门15和冷却循环水泵后阀门17，所述冷却循环水泵前阀门15位于所述冷却循环水泵后阀门17的下游；所述冷却循环水泵位于所述冷却循环水泵前阀门15和冷却循环水泵后阀门17之间。

本实施例中，发电系统由六部分组成，分别为：

1、高效热管换热器1提取烟气余热部分，烟气余热通过高效热管换热器1内部的低沸点工质相变过程，进行吸热和放热，从而将烟气中的余热转换到高效热管换热器1的内部循环水中；

2、蒸发器6吸收余热将内部循环的液态工质气化部分，被高效热管换热器1吸收的余热通过循环水加热蒸发器6中的低沸点的液态有机工质，使得有机工质气化；

3、膨胀透平机9被气态有机工质驱动高速旋转部分，从蒸发器6进入到膨胀透平机9的气态有机工质驱动膨胀透平机9高速旋转进行做功；

4、发电部分，高速旋转的膨胀透平机9拖动发电机11进行发电，发电机11向外输出电能；

5、冷凝器14将在膨胀透平机9中做功后的气态有机工质进行冷凝成液态部分，气态有机工质进入到冷凝器14，冷凝器14通过冷却水将气态有机工质中的热量带走，从而使气态有机工质冷凝成液态；

6、有机工质循环部分，液态有机工质通过工质循环泵12将液态有机工质输送到蒸发器6中，从而周而复始不断循环进行吸热、做功和发电。

本实施例中，发现系统的具体工作过程为：

烟气通过烟气进口烟道3进入到高效热管换热器1中，烟气余热被高效热管换热器1提取后通过烟气出口烟道2排放，被吸收的余热通过蒸发器循环水进水阀门5进入到蒸发器6中将其中的液态有机工质气化，放热后的循环水经过蒸发器循环水出水阀门4进入到高效热管换热器1中循环取热，被蒸发器6气化后的气态有机工质通过蒸发器气态工质出口阀门7进入到膨胀透平机9中做功驱动膨胀透平机9高速旋转，高速旋转的膨胀透平机9拖动发电机11进行发电，输出电能，膨胀透平机9中做功后的气态有机工质通过膨胀透平机气态工质出口阀门10进入到冷凝器14中进行冷却，冷凝器14中的气态有机工质通过冷却塔19中的循环水进行冷却，冷却塔19中的循环水通过依次通过冷却循环水泵后阀门17、冷却循环水泵16、冷却循环水泵前阀门15进入到冷凝器14中，循环水在冷凝器14中将气态有机工质冷凝成液态后通过冷凝器出水阀门18回到冷却塔19中进行不断循环冷却，冷凝器14中的液态有机工质通过工质循环泵12、冷凝器液态工质出口阀门13和蒸发器液态工质进口阀门8进入到蒸发器6中完成有机工质的不断循环。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型提供了一种高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，高效热管换热器是通过换热器中的低沸点工质相变进行吸热和放热的热交换，其换热效率是传统间壁式换热器的103倍，高效热管换热器能够充分回收低温烟气中的余热进行有效利用，相对于传统的间壁式换热器可以增加有效余热回收量30％，从而使ORC余热发电机组输出电量增加30％。高效热管换热器是通过换热器由于换热效率高，大大缩小了换热器的体积，从大量而减少占地面积，更有利于安装。高效热管换热器是通过换热器相比较间壁式换热器而言，在烟气温度相对较低(150-200℃)时，更有显著优势。余热烟气的成分相对复杂，会对换热器形成堵塞、覆盖，也可能会导致换热器腐蚀，从而严重影响换热效果。高效热管换热器基于其换热的高效性以及合理的通道设计和选择性用材，能够确保热管换热器的换热效果和使用寿命。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，其特征在于：高效热管换热器、蒸发器、膨胀透平机、冷凝器和冷却塔；所述高效热管换热器的进烟端和出烟端分别连接有烟气进口烟道和烟气出口烟道，所述高效热管换热器的出水口和进水口分别经蒸发器循环水出水管和蒸发器循环水进水管与所述蒸发器的出水口和进水口相连，所述蒸发器的工质出口经蒸发器气态工质输出管与所述膨胀透平机相连，所述膨胀透平机经膨胀透平机气态工质输出管与所述冷凝器的工质进口相连，所述冷凝器的工质出口经冷凝器液态工质输出管与蒸发器的工质进口相连，所述冷凝器液态工质输出管上设置有工质循环泵；所述冷凝器的出水口经冷凝器出水管与冷却塔的进水口相连，所述冷却塔的出水口经冷却塔出水管与所述冷凝器的进水口相连；所述冷却塔出水管上设置有冷却循环水泵；所述膨胀透平机与发电机相连。

2.根据权利要求1所述的高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，其特征在于：所述蒸发器循环水出水管上设置有蒸发器循环水出水阀门。

3.根据权利要求2所述的高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，其特征在于：所述蒸发器循环水进水管上设置有蒸发器循环水进水阀门。

4.根据权利要求3所述的高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，其特征在于：所述蒸发器气态工质输出管上设置有蒸发器气态工质出口阀门。

5.根据权利要求4所述的高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，其特征在于：所述膨胀透平机气态工质输出管上设置有膨胀透平机气态工质出口阀门。

6.根据权利要求5所述的高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，其特征在于：所述冷凝器液态工质输出管上间隔设置有冷凝器液态工质出口阀门和蒸发器液态工质进口阀门，所述蒸发器液态工质进口阀门位于所述冷凝器液态工质出口阀门的下游；所述工质循环泵位于所述冷凝器液态工质出口阀门和蒸发器液态工质进口阀门之间。

7.根据权利要求6所述的高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，其特征在于：所述冷凝器出水管上设置有冷凝器出水阀门。

8.根据权利要求7所述的高效热管换热器回收低温烟气余热的ORC发电系统，其特征在于：所述冷却塔出水管上间隔设置有冷却循环水泵前阀门和冷却循环水泵后阀门，所述冷却循环水泵前阀门位于所述冷却循环水泵后阀门的下游；所述冷却循环水泵位于所述冷却循环水泵前阀门和冷却循环水泵后阀门之间。

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