CN219061781U - 一种低温热能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低温热能发电系统，包括热水进水管和冷水出水管，还包括蒸汽发生器、汽轮机、蒸汽冷凝分层设备和制冷设备，所述汽轮机的蒸汽进气口通过蒸汽管道与蒸汽发生器连通，所述汽轮机的蒸汽出气口通过蒸汽管道与蒸汽冷凝分层设备连通，所述蒸汽冷凝分层设备的下部设有冷凝水排水管，所述蒸汽冷凝分层设备的底部设有换热介质回流管。与现有技术相比，本申请采用二硫化碳液体作为换热介质，能有效的对与低温热水进行换热，并产生二硫化碳蒸发蒸汽推动汽轮机做功发电产生经济效益，使原本排放掉的热能得到了充分有效的回收利用，降温后的低温热水送去工业企业作为冷源使用，冷源升温后还能再次发电，多余的低温热水可作为生活用水使用。

Description

一种低温热能发电系统

技术领域

本实用新型涉及黄磷制备领域，尤其涉及一种低温热能发电系统。

背景技术

目前工业企业100℃以下热源比比皆是，如对设备进行加热的加热夹套，加热夹套内的加热水，在不需要加热时一般都是直接排放掉或排入冷水蓄水池，这些热水中的热源基本全部浪费掉了，即使少量利用也就是进行降温后，作为厂区内的一些生活用水使用，相比于这类低温热源的总量是微不足道的，而且100℃的水温度太高，也不能直接作为生活用水使用，需要降温才能使用，其降温过程中依然存在能源的浪费。因此该类热源能源的浪费，是一些厂区的能源浪费的根本所在，若能利用低温热源发电，实现100℃以下热源的能源回收利用，将获得一笔不小的效益。因此，对45℃以上的低温液体或气体热能发电成为亟需攻克的技术空白。

因设备以及工艺各方面的限制，目前市面上还没有相应成熟的设备以及工艺，主要难点在于，1：对于45℃-100℃热源，温度不高，要想进行其他生产环节使用，很可能达不到生产所需的高温要求，大都需要进行再次加热处理，才能用于其他生产环节，因此对其缓存保温提出了较高要求，同时要求该企业的其他生产环节有那么大的低温热水需求量。2.由于该类低温热水的总体体量大，而企业在其他生产环节对低温热水的需求量小，导致温度低温热水根本用不完。3.若保温存储使用，则需要很多保温储罐，成本高，占地面积大，因为存储的低温热水不能马上利用或直接产生经济效益，只能等低温热水自然降温损失或排放掉，因此目前各厂都是将低温热水排入冷水蓄水池，等下次需要使用时，抽出来加热至100°以上再使用，形成低温热水的热能浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提供一种解决了上述问题的低温热能发电系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种低温热能发电系统，包括热水进水管和冷水出水管，还包括蒸汽发生器、汽轮机、蒸汽冷凝分层设备和制冷设备，所述热水进水管和冷水出水管分别与蒸汽发生器的热源进出水口连通，所述汽轮机的蒸汽进气口通过蒸汽管道与蒸汽发生器的蒸汽出气口连通，所述汽轮机的蒸汽出气口通过蒸汽管道与蒸汽冷凝分层设备顶部的蒸汽进气口连通，所述蒸汽冷凝分层设备的下部设有冷凝水排水管，所述冷凝水排水管经制冷设备换热后与蒸汽冷凝分层设备顶部的蒸汽进气口连通，所述蒸汽冷凝分层设备的底部设有换热介质回流管，所述换热介质回流管与蒸汽发生器内部连通。

作为优选，所述蒸汽发生器采用火管锅炉，所述蒸汽发生器底部设有换热介质进水口，所述换热介质回流管与换热介质进水口连接，所述蒸汽发生器顶部设有换热介质补水管。

作为优选，还包括热水储槽和冷水储槽，所述热水储槽通过热水进水管与蒸汽发生器的热水进口连通，所述冷水储槽通过冷水出水管与蒸汽发生器的冷水出口连通。

作为优选，所述蒸汽冷凝分层设备主要由蒸汽冷凝塔和水液分层罐组成，所述蒸汽冷凝分层设备为封闭的腔体结构，所述蒸汽冷凝塔的下端为开口状，且与水液分层罐的顶部连通。

作为优选，所述水液分层罐的内设有上端未封闭的隔板，所述隔板将水液分层罐分隔为左侧的缓冲区和右侧的静置分层区，所述蒸汽冷凝塔位于缓冲区上方，所述冷凝水排水管位于水液分层罐静置分层区的中上部，所述换热介质回流管位于水液分层罐静置分层区的底部。

作为优选，所述蒸汽冷凝塔的顶部的蒸汽进气口处还设有喷淋头，所述冷凝水排水管与喷淋头连通。

作为优选，所述制冷设备采用溴化锂制冷设备，由溶剂蒸发器、溶剂吸收塔和混合液储罐组成，所述溶剂吸收塔的下端与混合液储罐的顶部连通，所述混合液储罐通过溶剂输送管与溶剂蒸发器内部连通，所述溶剂蒸发器顶部设有溶剂蒸汽回收管，溶剂蒸发器的底部设有溶剂富液回收管，所述溶剂蒸汽回收管、溶剂富液回收管分别与溶剂吸收塔的顶部连通，所述冷凝水排水管与溶剂蒸发器的换热水进出口连通。

作为优选，所述汽轮机的输出轴上连接有发电机，所述发电机的电压输出端上设有调压器。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型采用二硫化碳液体作为换热介质，能有效的对与低温热水进行换热并产生二硫化碳蒸发蒸汽，且通过汽化压强增加，以此推动汽轮机做功，使发电机发电直接产生经济效益。

(2)本实用新型的低温热能发电系统运行安全，通过回收低温热源中的热能，使原本排放掉的热能得到了充分有效的回收利用。实现了对低温热水的余热利用，低温热水降温的温差用于发电产生经济效益，降温后的低温热水可送去工业企业作为冷源使用，冷源升温后还能再次发电，循环使用产生经济效益，多余的低温热水无需降温处理可直接作为生活用水使用。

(3)本实用新型设计了蒸汽冷凝分层设备实现了二硫化碳的分离提取，以及封闭式的自循环，大大提高了设备的安全运行可靠性，降低了换热介质损耗。

(4)为更好的实现二硫化碳蒸汽与化碳液体的冷凝转化，采用低成本的溴化锂制冷设备进行喷淋温度的控制。

(5)本实用新型通过整体系统设备的结构设计，具有运行安全、运行成本低、零排放、经济增效好等优点。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构原理图；

图2为本实用新型蒸汽发生器的原理结构示意图；

图3为本实用新型蒸汽冷凝分层设备的原理结构示意图。

图中1、热水进水管；2、冷水出水管；3、蒸汽发生器；31、换热介质进水口；32、换热介质补水管；33、热源进出水口；34、二硫化碳介质；35、水层；36、二硫化碳汽包空间；4、汽轮机；5、发电机；6、蒸汽冷凝分层设备；61、蒸汽冷凝塔；62、水液分层罐；63、隔板；64、缓冲区；65、静置分层区；7、制冷设备；71、溶剂蒸发器；72、溶剂吸收塔；73、混合液储罐；74、溶剂输送管；75、溶剂蒸汽回收管；76、溶剂富液回收管；8、蒸汽管道；9、换热介质回流管；10、冷凝水排水管；11、调压器；12、热水储槽；13、冷水储槽。

具体实施方式

由于通过研究发现，二硫化碳沸点低，能在45度汽化，将一个单位的二硫化碳加热至70度可达到2公斤压力，可用于汽轮机发电，而且二硫化碳液体容易分层不容易水，易回收，但二硫化碳易燃，且具有一定毒性，不能对外排放，因此不适用于常规发电机组。因而本实用新型针对二硫化碳蒸汽作为循环介质，提出一种低温热能发电系统。

下面将对本实用新型作进一步说明，一种低温热能发电系统，参见图1至图3，包括热水进水管1和冷水出水管2，还包括蒸汽发生器3、汽轮机4、蒸汽冷凝分层设备6和制冷设备7，所述蒸汽发生器3采用火管锅炉，蒸汽发生器3内以二硫化碳液体作为换热介质，所述热水进水管1和冷水出水管2与蒸汽发生器3的热源进出水口(即火管进出口)连接，低温热水从热水进水管1进，在蒸汽发生器3内进行热交换后，从冷水出水管2排出，由于蒸汽发生器3内采用的是低沸点的二硫化碳液体介质，换热过程会导致二硫化碳蒸发形成蒸汽，压力增强，以此推动汽轮机4做功，使发电机5发电直接产生经济效益。换热过程使低温热水中的热能直接利于发电，并输送至电网产生经济效益，实现热源的回收利用，可作为生活用水使用，经实验和计算，以100°热水为例，通过本系统设备能将热水冷却至55-65°，中间的30-40°左右的温差可用于发电使用，剩余的水温无需冷却可作为生活用水或工业冷源使用，从热能利用率来说基本将100°的热水热能完全利用了。

所述汽轮机4的蒸汽进气口通过蒸汽管道8与蒸汽发生器3顶部的蒸汽出气口连通，所述汽轮机4的蒸汽出气口通过蒸汽管道8与蒸汽冷凝分层设备6顶部的蒸汽进气口连通，蒸汽发生器3产生的二硫化碳蒸汽通过蒸汽管道8进入汽轮机4做功，产生的废气从汽轮机4的蒸汽出气口排出，由于二硫化碳易燃，且具有一定的毒性，不能对外排放，因此需要进行回收处理，因此本实用新型专门设计了一种蒸汽冷凝分层设备6。

所述蒸汽冷凝分层设备6主要由蒸汽冷凝塔61和水液分层罐62组成，所述蒸汽冷凝分层设备6为封闭的腔体结构，封闭结构可避免二硫化碳外泄，所述蒸汽冷凝塔61的下端为开口状，且与水液分层罐62的顶部连通，二硫化碳蒸汽进入蒸汽冷凝塔61进行喷淋冷却后形成液体流至水液分层罐62缓存。由于蒸汽发生器3内进行换热交换，从蒸汽管道8进入的二硫化碳蒸汽中仍然含有部分水蒸汽，因此设计了水液分层罐62，实现冷凝后的二硫化碳与水的静置分层，所述蒸汽冷凝分层设备6的下部设有冷凝水排水管10，静置分层后，通过冷凝水排水管10可将水液分层罐62上部的清水抽出，用于喷淋降温使用。

所述冷凝水排水管10经制冷设备7换热后与蒸汽冷凝分层设备6顶部的蒸汽进气口连通，经实验发现水液分层罐62内喷淋降温后的清水仍有30-40°左右的温度，若直接用于蒸汽冷凝塔61的喷淋，冷凝效果不佳，因此在凝水排水管上增设了一台制冷设备7，只需将清水降低5-10°左右的温度，即可提高二硫化碳蒸汽的冷凝液化效果。

所述蒸汽冷凝分层设备6的底部设有换热介质回流管9，所述换热介质回流管9与蒸汽发生器3内部连通，静置分层后二硫化碳液体沉于蒸汽冷凝分层设备6底部，通过换热介质回流管9可将其输送至蒸汽发生器3内再次使用。

由于从蒸汽冷凝塔61流下的冷凝水会对水液分层罐62的静置分层造成扰动，影响静置分层效果，因此在水液分层罐62的内设有上端未封闭的隔板63，所述隔板63将水液分层罐62分隔为左侧的缓冲区64和右侧的静置分层区65，所述蒸汽冷凝塔61位于缓冲区64上方，所述冷凝水排水管10位于水液分层罐62静置分层区65的中上部，所述换热介质回流管9位于水液分层罐62静置分层区65的底部，通过隔板63实现了静置分区，避免了蒸汽冷凝塔61流下的冷凝水影响静置分层。

所述蒸汽冷凝塔61的顶部的蒸汽进气口处还设有喷淋头，所述冷凝水排水管10与喷淋头连通，清水通过喷淋头对从蒸汽进气口进入二硫化碳蒸汽进行喷淋降温，使二硫化碳蒸汽液化，以便回收利用处理。

所述蒸汽发生器3底部设有换热介质进水口32，所述换热介质回流管9与换热介质进水口32连接，所述蒸汽发生器3顶部设有换热介质补水管33，通过换热介质补水管33可进行清水以二硫化碳液体的添加，蒸汽发生器3的侧壁上还安装有便于对蒸汽发生器3内液位进行观测的液位计。

还包括热水储槽12和冷水储槽13，所述热水储槽12通过热水进水管1与蒸汽发生器3的热水进口连通，所述冷水储槽13通过冷水出水管2与蒸汽发生器3的冷水出口连通，热水储槽12和冷水储槽13进行冷却前和冷却后的热水缓存。

所述制冷设备7采用溴化锂制冷设备7，由溶剂蒸发器71、溶剂吸收塔72和混合液储罐73组成，所述溶剂吸收塔72的下端与混合液储罐73的顶部连通，所述混合液储罐73通过溶剂输送管74与溶剂蒸发器71内部连通，所述溶剂蒸发器71顶部设有溶剂蒸汽回收管75，溶剂蒸发器71的底部设有溶剂富液回收管76，所述溶剂蒸汽回收管75、溶剂富液回收管76分别与溶剂吸收塔72的顶部连通，所述冷凝水排水管10与溶剂蒸发器71的换热水进出口连通，所述溶剂蒸发器71对冷凝水排水管10内的清水进行制冷降温，通过溶剂输送管74、溶剂富液回收管76、溶剂蒸汽回收管75的输送，使溶剂在溶剂蒸发器71、溶剂吸收塔72和混合液储罐73内循环使用。

所述汽轮机4的输出轴上连接有发电机5，所述发电机5的电压输出端上设有调压器11，发电机5产生的电压通过调压器11调压后发送电网。

一种低温热能发电工艺，方法步骤如下：

a.采用二硫化碳作为蒸汽发生器3的汽化中间介质，热源由热水进水管1进入蒸汽发生器3的火管，与蒸汽发生器3内的二硫化碳介质换热后，从火管排出进入冷水出水管2；

运行时:要求所述蒸汽发生器3内的二硫化碳介质液位高于最上层火管50mm左右，所述二硫化碳介质的液面上覆盖有200mm左右水层35，本实用新型在蒸汽发生器3内设计了水层35，由于水的比重比二硫化碳液体轻，可在蒸汽发生器3内形成水封环境，避免二硫化碳蒸汽带液，以此提高蒸汽气压，提高发电效率，由于本实用新型是进行45-100℃以下进行的，水不易沸腾，不会导致水层35大量蒸发，而二硫化碳由于沸点低，易汽化，吸收热量后可形成二硫化碳蒸汽，体积增大，二流化碳穿过水层35后进入蒸汽机做功发电。所述水层35与蒸汽发生器3顶部之间留有500mm左右的二硫化碳汽包空间36，500mm左右的二硫化碳汽包空间36为二硫化碳的蒸发汽化提供缓冲空间，减少蒸汽压力波动和停留气液分离，避免蒸汽带液。

b.热水或常压蒸汽通过火管将二硫化碳加热至45℃以上并汽化，二硫化碳汽化成的二硫化碳蒸汽，低温热水自生得到冷却，降温后的低温热水可送去工业企业作为冷源使用，冷源升温后还能再次发电，循环使用产生经济效益，多余的低温热水还能作为生活用水使用；

c.蒸汽发生器3火管锅炉产生的二硫化碳蒸汽通过蒸汽管道8驱动汽轮机4带动发电机5发电；

d.经过汽轮机4作工后的二硫化碳蒸汽进入蒸汽冷凝塔61，用低于30℃的清水直接冷凝至45℃左右的液体二硫化碳和清水混合液，收集于水液分层罐62中；

e.通过水液分层罐62静置分层，下层二硫化碳液体送入蒸汽发生器3中循环使用，上层清水输送至经制冷工艺冷却至30℃以下，再送入蒸汽冷凝塔61内作为喷淋水循环使用。

所述制冷工艺采用溴化锂制冷设备7，而且溴化锂制冷设备7的电能耗用较少，性能稳定，且对热源要求不高。溴化锂制冷设备7采用水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，在真空状态进行换热制冷时，溶剂蒸发器71内的制冷混合液中的水分蒸发成蒸汽，从溶剂吸收塔72进入混合液储罐73内，制冷混合液与冷凝水排水管10中的清水换热后形成低温富液，低温富液经泵送入溶剂吸收塔72顶部喷淋，与吸收溶剂吸收塔72内的水蒸气结合，吸收水蒸气后的低温富液变成低温贫液，再通过溶剂输送管74送入溶剂蒸发器71内循环使用。

通过上述工艺方法运行，可实现低温热能发电系统的安全运行，回收大量的低温热源中的热能，并进行发电产生经济效益，剩余的低温热水可作为企业冷源生产以及生活热水使用，使原本排放掉的热能得到了充分有效的回收利用，并产生经济效益。而且本实用新型通过系统设备的结构设计，具有运行安全、运行成本低、零排放、经济增效好等优点。由于二硫化碳作为蒸汽介质在本系统中重复回收使用，因此设备运行的能耗低，虽制冷工艺中溴化锂制冷设备会消耗一部分热源，但溴化锂制冷设备是根据低热热水的初始温度情况，进行0-10°的温差调节，其降温要求低，其损耗也低，所整套系统设备的运行成本极低，所产的电量经济性高，实现了低温热源的回收利用，实现节能环保。

以上对本实用新型所提供的一种低温热能发电系统进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本实用新型的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种低温热能发电系统，包括热水进水管和冷水出水管，其特征在于：还包括蒸汽发生器、汽轮机、蒸汽冷凝分层设备和制冷设备，所述热水进水管和冷水出水管分别与蒸汽发生器的热源进出水口连通，所述汽轮机的蒸汽进气口通过蒸汽管道与蒸汽发生器的蒸汽出气口连通，所述汽轮机的蒸汽出气口通过蒸汽管道与蒸汽冷凝分层设备顶部的蒸汽进气口连通，所述蒸汽冷凝分层设备的下部设有冷凝水排水管，所述冷凝水排水管经制冷设备换热后与蒸汽冷凝分层设备顶部的蒸汽进气口连通，所述蒸汽冷凝分层设备的底部设有换热介质回流管，所述换热介质回流管与蒸汽发生器内部连通。

2.根据权利要求1所述的一种低温热能发电系统，其特征在于：所述蒸汽发生器采用火管锅炉，所述蒸汽发生器底部设有换热介质进水口，所述换热介质回流管与换热介质进水口连接，所述蒸汽发生器顶部设有换热介质补水管。

3.根据权利要求2所述的一种低温热能发电系统，其特征在于：还包括热水储槽和冷水储槽，所述热水储槽通过热水进水管与蒸汽发生器的热水进口连通，所述冷水储槽通过冷水出水管与蒸汽发生器的冷水出口连通。

4.根据权利要求1所述的一种低温热能发电系统，其特征在于：所述蒸汽冷凝分层设备主要由蒸汽冷凝塔和水液分层罐组成，所述蒸汽冷凝分层设备为封闭的腔体结构，所述蒸汽冷凝塔的下端为开口状，且与水液分层罐的顶部连通。

5.根据权利要求4所述的一种低温热能发电系统，其特征在于：所述水液分层罐的内设有上端未封闭的隔板，所述隔板将水液分层罐分隔为左侧的缓冲区和右侧的静置分层区，所述蒸汽冷凝塔位于缓冲区上方，所述冷凝水排水管位于水液分层罐静置分层区的中上部，所述换热介质回流管位于水液分层罐静置分层区的底部。

6.根据权利要求4所述的一种低温热能发电系统，其特征在于：所述蒸汽冷凝塔的顶部的蒸汽进气口处还设有喷淋头，所述冷凝水排水管与喷淋头连通。

7.根据权利要求1所述的一种低温热能发电系统，其特征在于：所述制冷设备采用溴化锂制冷设备，由溶剂蒸发器、溶剂吸收塔和混合液储罐组成，所述溶剂吸收塔的下端与混合液储罐的顶部连通，所述混合液储罐通过溶剂输送管与溶剂蒸发器内部连通，所述溶剂蒸发器顶部设有溶剂蒸汽回收管，溶剂蒸发器的底部设有溶剂富液回收管，所述溶剂蒸汽回收管、溶剂富液回收管分别与溶剂吸收塔的顶部连通，所述冷凝水排水管与溶剂蒸发器的换热水进出口连通。

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