CN219063576U - 热能动力回收装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及废热、余热回收利用技术领域，具体公开了热能动力回收装置，包括供液泵、储液罐、蒸发系统、动力回收装置、热回收冷却系统和可在低温汽化的循环介质；蒸发系统连接有低品位余热循环系统，热回收冷却系统的散热回路连接有用热循环系统；储液罐内的液态循环介质经供液泵加压后进入蒸发系统，循环介质在蒸发系统内汽化后进入动力回收装置回收动能，经过动能回收后的气态的循环介质进入热回收冷却系统冷却为液态，液态的循环介质进入储液罐内储存。本专利的目的在于解决低品位余热利用手段单一，利用难度大，利用率不高的问题。

Description

热能动力回收装置

技术领域

本实用新型涉及低品位余热回收利用技术领域，特别涉及热能动力回收装置。

背景技术

目前，中国回收利用的余热主要来自高温烟气的显热和生产过程中排放的可燃气，中低温余热(即低品位余热)基本上还没有回收。相对于煤、石油、天然气等高品位能源而言，低品位余热在相同单位内包含的能量很低，利用难度大。

低品位热源的工业余热目前回收利用率不高，工业余热主要指工矿企业热能转换设备及用能设备在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位余热(一般温度低于200℃)，工业余热资源十分丰富且广泛存在于各种生产过程中，特别在煤炭、石油、钢铁、化工、建材、机械和轻工等行业更是如此，被视为继煤、石油、天然气、水力之后的第5大常规能源。在中国，各主要工业部门的余热资源率平均达7.3％，而余热资源回收率仅34.9％，回收潜力巨大。因此，充分利用余热资源是实现工业节能减排战略目标的主要手段之一；利用余热回收技术将这些低品位余热加以回收利用，不仅可以减少工业企业的污染排放，还可以大幅度降低工业企业原有的能源消耗。

然而现有的低品位余热利用手段单一，低品位余热利用率不高，主要通过换热器与低品位热源进行热交换，从而提供工业、生活热水或者为建筑供暖。但由于工业生产需求，一般工厂都位于郊区偏远地带，工业生产的大量余热若想用于为其他建筑供热则受限于地域原因，在于运输过程中热量流失严重；阻碍了低品位余热的大规模应用。其次，为建筑供暖还受限于季节原因，供暖仅在冬季；在其他季节仅靠工业、生活用热水对工业余热的消耗有限，大量工业余热被排出浪费。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型解决的技术问题是提供热能动力回收装置，解决现有低品位余热利用手段单一，利用难度大，利用率不高的问题。

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种热能动力回收装置，包括供液泵、蒸发系统、动力回收装置、热回收冷却系统和可在低温汽化的循环介质；蒸发系统包括用于将循环介质加热汽化的蒸发器，所述蒸发器连接有低品位余热循环系统；热回收冷却系统包括用于将循环介质冷却液化的冷凝器，冷凝器的散热回路连接有用热循环系统；液态的循环介质经供液泵加压后进入蒸发系统，循环介质在蒸发系统内汽化后进入动力回收装置回收动能，经过动能回收后的气态的循环介质进入热回收冷却系统冷却回收。

本方案产生的技术原理是：循环介质以液态进入蒸发器内，并在蒸发器内与低品位余热换热，由于循环介质具有低温汽化的特性，因此液态的循环介质在吸收低品位余热的热量后快速汽化，从而体积膨胀，压力上升，进而在蒸发系统内形成高温、高压的气态循环介质。高温、高压的气态循环介质经动力回收装置回收动能后，气态的循环介质进入热回收冷却系统，热回收冷却系统的冷凝器对进入的气态循环介质进行快速冷却，通过降低热回收冷却系统内部循环介质的温度和汽向液的相态变化，减小介质体积和热回收冷却系统的压力，使蒸发系统和热回收冷却系统形成压力差，从而令蒸发系统的气流克服动力回收装置的阻力，进而驱动动力回收装置，使得气流源源不断的进入热回收冷却系统，而冷凝下来的液态循环介质经供液泵加压再次进入蒸发系统，往复循环，源源不断地由动力回收装置回收能量，通过蒸发吸热吸收热能形成压力差，通过压力差驱动动力回收装置，从而完成将热能转换为动能回收；热回收冷却系统进一步回收热能，为生活、生产提供需要的动力和热量。

本方案产生的有益效果是：通过蒸发器和冷凝器，吸收利用低品位余热将循环介质由液态向气态变化，从而使蒸发器与冷凝器之间形成压力差，进而驱动动力回收装置回收动能，从而完成热能到动能的回收，进而实现将热能转换为电能或动能；将热能转换为电能可为工业生产或为生活用电提供电能，电能便于运输且运输损耗远小于低品位热水的运输损耗；将热能转换为动能则可为工业生产设备提供动能；从而有效扩宽了低品位余热的利用方式，并使得低品位余热的利用不受季节和地域限制，提高了低品位余热的利用率。本方案可推广应用至高热能源，提高高热能源回收利用率。

进一步，所述冷凝器包括沿循环介质流动方向依次设置的一级冷凝器、二级冷凝器和三级冷凝器；所述用热循环系统与一级冷凝器的散热回路连接，所述液态的循环介质进入二级冷凝器的散热回路预热后进入蒸发系统再次升温。通过一级冷凝器对气态的循环介质一次降温，并与用热循环系统换热，可为生产或生活用热供热；通过二级冷凝器既对气态的循环介质进行二次降温，且可对下一次进入蒸发系统循环的液体循环介质进行一次升温；提高热能的利用率，减少热能浪费。

进一步，所述三级冷凝器的散热回路外接冷却塔，经冷却塔降温后的冷却水通过冷却循环泵泵入三级冷凝器的散热回路，冷却水在三级冷凝器吸热升温后再次进入冷却塔降温。通过冷却塔将三级冷凝器的冷却水进行快速冷却，从而使得循环介质在三级冷凝器内充分冷却液化，以便于下一次循环使用。

进一步，所述蒸发器包括沿循环介质流动方向依次设置的二级蒸发器和三级蒸发器，所述低品位余热循环系统包括中温循环水系统和高温循环水系统；中温循环水系统与二级蒸发器连接，高温循环水系统与三级蒸发器连接。通过二级蒸发器和三级蒸发器对循环介质逐级加热升温；并实现对不同温度的低品位热源的分级利用。

进一步，所述循环介质采用制冷剂。采用制冷剂的蒸发温度低，升温可快速膨胀汽化，且可加压时在常温下液化，便于使用。

进一步，所述动力回收装置采用汽轮机或涡轮机。汽轮机的驱动气体温度一般在300℃以上，在本装置采用汽轮机时，由于热回收冷却系统与蒸发系统之间存在压力差，因此驱动汽轮机无需使用较高温度的气体，利用汽轮机实现低品位热能到电能的转换；采用涡轮机时可通过涡轮机与电机连接，从而为其他用能设备提供动能。

进一步，所述热回收冷却系统的液态循环介质存储在储液罐内，所述供液泵通过管路与储液罐的出口连接，所述一级冷凝器和二级冷凝器均通过管道连接有疏液装置，疏液装置的出液端与储液罐连接，疏液装置包括疏液管和连接在疏液管上的疏液阀。

通过疏液装置将在一级冷凝器和二级冷凝器内的液化的循环介质回收至储液罐内。

附图说明

图1为本实用新型的热回收动力装置的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：动力回收装置1、一级冷凝器2、二级冷凝器3、三级冷凝凝器4、冷却塔5、冷却循环泵6、储液罐8、供液泵9、疏液阀10、二级蒸发器11、三级蒸发器12、液位计121、高温循环泵13、中温循环泵14、稳压罐15。

实施例1本如附图1所示：热能动力回收装置1，包括供液泵9、储液罐8、蒸发系统、动力回收装置1、热回收冷却系统和可在上述装置或系统内循环流动的循环介质；动力回收装置1采用汽轮机，循环介质采用制冷剂，制冷剂可选用R22、R-410A、R-134A、R717、R-404A中的一种，本实施例以R22为例；蒸发系统的供热回路连接有低品位余热循环系统，热回收冷却系统的散热回路连接有用热循环系统；储液罐8内的液态循环介质经供液泵9加压后进入蒸发系统，循环介质在蒸发系统内汽化后进入动力回收装置1回收动能，经过动能回收后的气态的循环介质进入热回收冷却系统冷却为液态，液态的循环介质进入储液罐8内储存。

热回收冷却系统包括沿循环介质流动方向依次设置的一级冷凝器2、二级冷凝器3和三级冷凝器，用热循环系统与一级冷凝器2的散热回路连接，储液罐8内的液态的循环介质进入二级冷凝器3的散热回路预热后再进入蒸发系统再次升温；三级冷凝器的散热回路外接冷却塔5和冷却循环泵6，经冷却塔5降温后的冷却水通过冷却循环泵6泵入三级冷凝器的散热回路，冷却水在三级冷凝器吸热升温后再次进入冷却塔5降温。

蒸发系统包括沿循环介质流动方向依次设置的二级蒸发器11和三级蒸发器12，低品位余热循环系统包括中温循环水系统和高温循环水系统；中温循环水系统经中温循环泵14后通过管路与二级蒸发器11连接，高温循环水系统经高温循环泵13后通过管路与三级蒸发器12连接。

储液罐8至二级冷凝器3的管路之间连接有稳压罐15，通过稳压罐15保持储液罐8至二级冷凝器3之间的管路及设备的气压稳定。

使用时，储液罐8内的常温的液态循环介质经高压供液泵9供液，液体循环介质经管道首先进入二级冷凝器3与冷凝侧气态循环介质热交换，吸收冷凝器内的气态介质热量使液态循环介质温度得到一次升高，进而起到预热的目的，同时冷凝器内的气态循环介质因与液态循环介质热交换介质温度下降，从而起到辅助冷却的作用。升温后的气液混合循环介质流出二级冷凝器3，经管道进入二级蒸发器11，与中温循环水系统的中温循环水进行二次热交换，此时循环介质进行二次升温，循环介质的温度和压力再次提升后，进入三级蒸发器12与高温循环水系统的高温热源进行热交换，此时循环介质的温度升温至65-85℃；由于采用的循环介质具有低温汽化的特性，因此在温度升高后快速汽化，体积膨胀，使得蒸发系统内的压力上升至30-38MPa，从而使蒸发系统内的介质形成高温、高压状态。

气态循环介质经动力回收装置1后进入一级冷凝器2，与用热循环系统进行热交换，一级冷凝器2内的介质得到辅助冷却，体积缩小，同时用热循环系统换得了热量，供生产需要；经降温的气态循环介质经管道进入二级冷凝器3与液态的循环介质热交换，经二次冷凝后，冷凝器内的循环介质温度再次下降，体积再次变小随管路进入三级冷凝换热器进行强制冷凝，进入三级冷凝器的介质与冷却塔5提供的冷却循环水进行热交换，介质温度和冷凝侧压力大幅降低，使得热回收冷却系统的压力降至10-15MPa；循环介质由气态冷凝成为液态，储存在储液罐8内，再由高压供液泵9加压送至二级冷凝器，一次往复循环，为动力回收装置1提供稳定的动力。

实施例2与实施例1的相同之处不再赘述，其不同之处在于动力回收装置1采用涡轮机，涡轮机通过联轴器连接有电机或发电机，循环介质采用R-134A；三级蒸发器12内设有液位计121，蒸发系统还包括有控制器，控制器分别与液位计121、供液泵9电连接；当液位计121检测到三级蒸发器12内液体达到设定值时，控制器控制供液泵9停止供液，保障整体系统稳定运行。

一级冷凝器2和二级冷凝器3均通过管道连接有疏液装置，疏液装置的出液端与储液罐8连接，疏液装置包括疏液管和连接在疏液管上的疏液阀10。通过疏液装置将在一级冷凝器2和二级冷凝器3内的液化的循环介质回收至储液罐8内；减少液体在设备内的残留。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种热能动力回收装置，其特征在于：包括供液泵、蒸发系统、动力回收装置、热回收冷却系统和可在低温汽化的循环介质；蒸发系统包括用于将循环介质加热汽化的蒸发器，所述蒸发器的蒸发回路连接低品位余热循环系统；热回收冷却系统包括用于将循环介质冷却液化的冷凝器，冷凝器的散热回路连接有用热循环系统；液态的循环介质经供液泵加压后进入蒸发系统，循环介质在蒸发系统内汽化后进入动力回收装置回收动能，经过动能回收后的气态的循环介质进入热回收冷却系统冷却回收。

2.根据权利要求1所述的热能动力回收装置，其特征在于：所述冷凝器包括沿循环介质流动方向依次设置的一级冷凝器、二级冷凝器和三级冷凝器；所述用热循环系统与一级冷凝器的散热回路连接，所述液态的循环介质进入二级冷凝器的散热回路预热后进入蒸发系统再次升温。

3.根据权利要求2所述的热能动力回收装置，其特征在于：所述三级冷凝器的散热回路外接冷却塔和冷却循环泵，经冷却塔降温后的冷却水通过冷却循环泵泵入三级冷凝器的散热回路，冷却水在三级冷凝器吸热升温后再次进入冷却塔降温。

4.根据权利要求1所述的热能动力回收装置，其特征在于：所述蒸发器包括沿循环介质流动方向依次设置的二级蒸发器和三级蒸发器，所述低品位余热循环系统包括中温循环水系统和高温循环水系统；中温循环水系统与二级蒸发器的供热回路连接，高温循环水系统与三级蒸发器的供热回路连接。

5.根据权利要求1所述的热能动力回收装置，其特征在于：所述循环介质采用制冷剂。

6.根据权利要求1所述的热能动力回收装置，其特征在于：所述动力回收装置采用汽轮机或涡轮机。

7.根据权利要求3所述的热能动力回收装置，其特征在于：所述热回收冷却系统的液态循环介质存储在储液罐内，所述一级冷凝器和二级冷凝器均通过管道连接有疏液装置，疏液装置的出液端与储液罐连接，疏液装置包括疏液管和连接在疏液管上的疏液阀。

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