專利名稱：基于有機(jī)朗肯循環(huán)的煙氣冷凝熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于有機(jī)朗肯循環(huán)的煙氣冷凝熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)，具體涉及一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的鍋爐煙氣冷凝熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)，屬于能源利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國工業(yè)余熱資源總量高達(dá)8億噸標(biāo)煤，占我國總能耗約30%，實(shí)現(xiàn)余熱有效利用對我國工業(yè)節(jié)能具有重要意義。其中煙氣余熱量占工業(yè)余熱資源總量的50%以上，分布于冶金、化工、建材、機(jī)械、電力等各個(gè)行業(yè)，節(jié)能潛力大，是余熱利用的主要對象。低溫?zé)煔庥酂岚@熱和潛熱兩部分，在燃煤鍋爐煙氣中水蒸氣體積份額約為8%，攜帶熱量占30%左右；燃?xì)夂腿加湾仩t煙氣中水蒸氣體積份額高達(dá)18%，攜帶熱量占65%左右。降低排煙溫度至煙氣露點(diǎn)溫度之下，能夠回收顯熱和潛熱，大大提高鍋爐效率。同時(shí)由于水蒸氣冷凝過程中冷凝水可吸收一部分有害氣體如S02、NOx，減少了污染物的排放，有利于環(huán)保。國外早在上世紀(jì)七八年代已開始研制使用冷凝式鍋爐，我國的研究尚處于初級(jí)階段。有機(jī)朗肯循環(huán)是以低沸點(diǎn)有機(jī)物作為工質(zhì)的閉式朗肯循環(huán)。與水相比，低沸點(diǎn)有機(jī)物在中低溫?zé)嵩聪履軌蚱a(chǎn)生較高壓力蒸汽做功，發(fā)電效率高。且系統(tǒng)設(shè)備簡單易維護(hù)，成本較低，已逐漸成為余熱回收利用的主流核心技術(shù)。針對鍋爐煙氣特點(diǎn)，采用有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)，梯級(jí)回收利用煙氣顯熱及潛熱，對提高我國化石能源綜合利用效率，促進(jìn)工業(yè)節(jié)能具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，階梯回收鍋爐排煙顯熱及潛熱，實(shí)現(xiàn)排煙余熱的梯級(jí)深度利用。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，采用的技術(shù)方案為:基于有機(jī)朗肯循環(huán)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括:蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、工質(zhì)泵、煙氣冷凝換熱器、熱水儲(chǔ)水箱以及流量控制閥門等。蒸發(fā)器與煙氣冷凝換熱器裝于鍋爐尾部煙道內(nèi)，使鍋爐尾部煙氣先后流經(jīng)蒸發(fā)器與煙氣冷凝換熱器進(jìn)行放熱之后排入大氣；蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器、工質(zhì)泵通過管道依次相連，且發(fā)電機(jī)與膨脹機(jī)相連，構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；冷水流量控制閥門位于冷凝器入口處，用于控制進(jìn)入冷凝器、煙氣冷凝換熱器的冷水流量；冷凝器、煙氣冷凝換熱器、熱水儲(chǔ)水箱通過管道依次連接；熱水儲(chǔ)水箱與熱用戶通過熱水流量控制閥門及管道相連，熱水流量控制閥門用于控制從熱水儲(chǔ)水箱流向熱用戶的熱水流量，以滿足熱用戶需求；煙氣冷凝換熱器連接有冷凝液回收裝置。系統(tǒng)原理 是:由于煙氣中水蒸氣體積份額低于20%，通過計(jì)算水蒸氣分壓可知，煙氣露點(diǎn)通常低于60°C，而水蒸氣潛熱占煙氣余熱量的65%左右。因此，水蒸氣潛熱具有量大，品位低的特點(diǎn)。同時(shí)，鍋爐排煙溫度通常150°C 300°C，煙氣中顯熱品位較高，若直接利用換熱器進(jìn)行回收則因溫差較大而產(chǎn)生較大損失。由于有機(jī)朗肯循環(huán)采用鹵代烴等有機(jī)物作為循環(huán)工質(zhì)，能夠適應(yīng)不同溫度范圍的低溫余熱熱源，且設(shè)備簡單，熱效率較高。因此，采用有機(jī)朗肯循環(huán)將煙氣中較高品位熱量轉(zhuǎn)化為電能，低品位熱量加熱冷水，實(shí)現(xiàn)能量的“溫度對口，梯級(jí)利用”。同時(shí)，設(shè)計(jì)有機(jī)朗肯循環(huán)冷凝溫度低于煙氣排出溫度，則可將冷凝器與煙氣冷凝換熱器串接，梯級(jí)加熱冷水，深度利用余熱。冷凝器中，冷水同時(shí)起到冷卻工質(zhì)的作用，可簡化設(shè)備，降低成本。煙氣冷凝換熱器中，煙氣通過與冷水進(jìn)行換熱，溫度降至露點(diǎn)溫度以下，釋放出大部分潛熱后排入大氣。冷水進(jìn)入熱水儲(chǔ)水箱，供熱用戶使用。煙氣冷凝液通過回收裝置進(jìn)行回收。本發(fā)明的特點(diǎn)以及所產(chǎn)生的有益效果為:(I)梯級(jí)回收利用天然氣鍋爐排煙所含顯熱及潛熱，大幅度提高鍋爐熱效率的同時(shí)輸出高品位電能，對提高我國化石能源綜合利用效率，促進(jìn)工業(yè)節(jié)能具有重要意義；(2)將冷凝器與煙氣冷凝換熱器相連，實(shí)現(xiàn)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱電聯(lián)供，充分回收利用熱能，提高系統(tǒng)整體熱效率；(3)鍋爐煙氣所含水蒸氣冷凝過程中冷凝水可吸收一部分有害氣體如S02、NOx,降低了污染物的排放，有利于環(huán)保。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)原理以及部件連接示意圖。其中:1-蒸發(fā)器，2-膨脹機(jī)，3-發(fā)電機(jī)，4-冷凝器，5-工質(zhì)泵，6-煙氣冷凝換熱器，7-熱水儲(chǔ)水箱，8-熱用戶，9-鍋爐尾部煙道，10-熱水流量控制閥門，11-冷水流量控制閥門，12-冷凝液回收裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算分析。但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

鍋爐煙氣余熱回收有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括:蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、工質(zhì)泵、煙氣冷凝換熱器、熱水儲(chǔ)水箱以及流量控制閥門；其系統(tǒng)組成為:蒸發(fā)器I與煙氣冷凝換熱器6裝于鍋爐尾部煙道9內(nèi)，使鍋爐尾部煙氣先后流經(jīng)蒸發(fā)器I與煙氣冷凝換熱器6進(jìn)行放熱之后排入大氣；蒸發(fā)器1、膨脹機(jī)2、冷凝器4、工質(zhì)泵5通過管道依次相連，且發(fā)電機(jī)3與膨脹機(jī)2相連，構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；冷水流量控制閥門11位于冷凝器4入口處；冷凝器4、煙氣冷凝換熱器6及熱水儲(chǔ)水箱7依次連接；熱水儲(chǔ)水箱7與熱用戶8通過流量控制閥門10及管道相連；煙氣冷凝換熱器6連接有冷凝液回收裝置12。系統(tǒng)循環(huán)為:鍋爐排煙進(jìn)入尾部煙道，在蒸發(fā)器內(nèi)加熱有機(jī)工質(zhì)，使其成為飽和(或過熱)的高溫高壓氣體，進(jìn)入膨脹機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；做功后乏汽從膨脹機(jī)排出之后進(jìn)入冷凝器與冷水進(jìn)行換熱，凝結(jié)為低壓液體，經(jīng)泵加壓后進(jìn)入蒸發(fā)器開始下一個(gè)循環(huán)。鍋爐煙氣流經(jīng)蒸發(fā)器后溫度降至100°c以下，進(jìn)入煙氣冷凝換熱器與來自冷凝器的冷水進(jìn)行換熱，到達(dá)露點(diǎn)后煙氣中水蒸氣發(fā)生凝結(jié)，繼續(xù)降溫至35°c 45°C時(shí)排出。冷水通過閥門11依次流經(jīng)冷凝器4、煙氣冷凝換熱器6吸熱升溫后，流入熱水儲(chǔ)水箱7，供熱用戶使用；冷水流量控制閥門11用于控制進(jìn)入冷凝器4及煙氣冷凝換熱器7的冷水流量，使工質(zhì)溫降及熱水出口水溫在工況要求范圍內(nèi)；熱水流量控制閥門10用于控制從熱水儲(chǔ)水箱7流向熱用戶8的熱水流量，以滿足熱用戶的需求。煙氣冷凝液通過回收裝置進(jìn)行回收。
實(shí)施例1:以天然氣供暖鍋爐為例，進(jìn)行了模擬計(jì)算。如表I所示為計(jì)算所采用的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果。其中有機(jī)朗肯循環(huán)選用工質(zhì)為R600a，為亞臨界循環(huán)。由表中可看出，裝置吸收余熱總量為3943kW，由傳統(tǒng)的低位熱值標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得熱效率提高至101.08%，可見裝置能夠顯著提高效率，達(dá)到節(jié)能減排效果。同時(shí)，計(jì)算可知，未經(jīng)余熱回收的煙氣中，水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)12.21%，體積分?jǐn)?shù)18.76%，露點(diǎn)溫度為59.(TC。當(dāng)煙氣最終排出溫度降至40°C時(shí)，水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.13%，質(zhì)量回收率為61.15%，釋放潛熱量2574kW。由此可見，煙氣中水蒸氣潛熱具有量大而品位低的特點(diǎn)，因而對煙氣余熱進(jìn)行梯級(jí)深度回收利用，對節(jié)能減排具有重要意義。表I實(shí)施例計(jì)算數(shù)據(jù)及結(jié)果
權(quán)利要求
1.基于有機(jī)朗肯循環(huán)的煙氣冷凝熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括蒸發(fā)器(I)、膨脹機(jī)(2)、發(fā)電機(jī)(3)、冷凝器(4)、工質(zhì)泵(5)、煙氣冷凝換熱器￠)、熱水儲(chǔ)水箱(7)、熱水流量控制閥門(10)、冷水流量控制閥門(11)以及冷凝液回收裝置(12)； 所述蒸發(fā)器(I)與煙氣冷凝換熱器(6)裝于鍋爐尾部煙道(9)內(nèi)，使鍋爐尾部煙氣先后流經(jīng)蒸發(fā)器(I)與煙氣冷凝換熱器(6)進(jìn)行放熱之后排入大氣；蒸發(fā)器(I)、膨脹機(jī)(2)、冷凝器(4)、工質(zhì)泵(5)通過管道依次相連，且發(fā)電機(jī)(3)與膨脹機(jī)(2)相連，構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；所述冷水流量控制閥門(11)位于冷凝器(4)入口處；冷凝器(4)、煙氣冷凝換熱器出)、熱水儲(chǔ)水箱(7)通過管道依次連接；熱水儲(chǔ)水箱(7)與熱用戶(8)通過熱水流量控制閥門(10)及管道相連；煙氣冷凝換熱器(6)連接有冷凝液回收裝置(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的煙氣冷凝熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述 蒸發(fā)器(I)、冷凝器(4)及煙氣冷凝換熱器(6)為間壁式熱交換器。
全文摘要
基于有機(jī)朗肯循環(huán)的煙氣冷凝熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)，屬于能源利用技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)包括蒸發(fā)器(1)、冷凝器(4)等；蒸發(fā)器(1)與煙氣冷凝換熱器(6)裝于鍋爐尾部煙道內(nèi)。本發(fā)明用于階梯回收鍋爐排煙顯熱及潛熱，實(shí)現(xiàn)排煙余熱梯級(jí)深度利用；利用有機(jī)朗肯循環(huán)吸收利用煙氣中較高品位顯熱輸出電能；利用冷水吸收煙氣中較低品位顯熱及水蒸氣潛熱，將煙氣溫度降至露點(diǎn)以下。同時(shí)，有機(jī)朗肯循環(huán)冷凝溫度低于排煙溫度，使冷水依次流經(jīng)冷凝器與煙氣冷凝換熱器吸熱升溫，深度利用煙氣余熱。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)朗肯循環(huán)的熱電聯(lián)供，實(shí)現(xiàn)天然氣鍋爐煙氣梯級(jí)深度利用，充分回收利用熱能；環(huán)保；對提高我國化石能源綜合利用效率，促進(jìn)工業(yè)節(jié)能具有重要意義。
文檔編號(hào)F24H8/00GK103244214SQ20131016479
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者徐進(jìn)良, 劉超 申請人:華北電力大學(xué)