一種天然工質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種余熱發(fā)電系統(tǒng)，具體地說，本實(shí)用新型設(shè)及一種Wc〇2為工質(zhì) 的朗肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 余熱資源屬于二次能源，是一次能源或可燃物料轉(zhuǎn)換后的產(chǎn)物，或是燃料燃燒過 程中所發(fā)出的熱量在完成某一工藝過程后未能被利用的熱量。我國能源利用率低，回收余 熱具有巨大潛能，有關(guān)統(tǒng)計(jì)指出我國單位產(chǎn)值能耗比世界水平高2. 4倍，能源效率比國際 先進(jìn)水平低10個百分點(diǎn)，回收工業(yè)余熱具有巨大的節(jié)能潛力。根據(jù)調(diào)查，各行各業(yè)的余熱 資源占其燃料總消耗量的17% -67%，可回收利用余熱資源約為余熱總資源的60%。工業(yè) 余熱被稱為繼煤、石油、天然氣、水力之后的第五大常規(guī)能源。
[0003] 余熱的種類按照余熱載體的不同，可將余熱資源劃分為=種；固體載體余熱資源、 液體載體余熱資源及氣體載體余熱資源；一般按余熱載體的溫度水平不同，也可將余熱資 源劃分為=種；高溫余熱巧00攝氏度W上）、中溫余熱（200-500攝氏度之間）和低溫余熱 (200攝氏度W下）；按照余熱來源的不同，可將余熱資源劃分六類；高溫?zé)煔庥酂?、高溫產(chǎn) 品和爐渣的余熱、冷卻介質(zhì)的余熱、可燃廢氣廢液和廢料的余熱、廢汽和廢水的余熱W及化 學(xué)反應(yīng)余熱。
[0004] 傳統(tǒng)的余熱發(fā)電系統(tǒng)只能利用350°CW上的余熱。因?yàn)楫?dāng)溫度處于350°cW下時， 水蒸汽飽和壓力太低，而蒸汽比容大，用此系統(tǒng)回收起來效率很低，甚至無法利用。同時系 統(tǒng)投資成本過大造成回收期過長，故不適用于350°CW下的中低溫余熱回收。目前對于利用 350°CW下甚至更低的中低溫余熱，國際上一般采用的方法是有機(jī)朗肯循環(huán)。有機(jī)朗肯循環(huán) 是W有機(jī)流體替代水作為工質(zhì)，回收中低品位熱能的朗肯動力循環(huán)。
[0005]目前，有機(jī)朗肯循環(huán)往往是直接把傳統(tǒng)水蒸氣朗肯循環(huán)工藝借鑒過來， CN203925627U公開了一種低溫有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括加熱裝置、冷卻裝 置和發(fā)電裝置=部分，低溫有機(jī)朗肯循環(huán)介質(zhì)為用于低溫余熱發(fā)電的工質(zhì)，加熱裝置為熱 交換器，熱源通過管道進(jìn)入熱交換器內(nèi)的換熱管，換熱管與熱交換器內(nèi)的液體工質(zhì)進(jìn)行熱 交換，熱交換器內(nèi)的液體工質(zhì)加熱成高壓的氣體工質(zhì)，高壓氣體工質(zhì)通過多級軸向透平機(jī) 進(jìn)行膨脹做功，從而使透平機(jī)推動發(fā)電機(jī)發(fā)電，進(jìn)過熱交換的熱源通過閥口排出；經(jīng)過膨脹 之后的氣體工質(zhì)經(jīng)過冷卻裝置降溫冷卻，之后分別進(jìn)入換熱器內(nèi)進(jìn)行再次加熱，完成一個 循環(huán)。
[0006] 傳統(tǒng)上，有機(jī)朗肯循環(huán)采用氯氣姪（CFC)作為工質(zhì)，例如，CN102168589AW 二氯甲燒作為工質(zhì)，CN202145099UW氯己燒作為工質(zhì)，CN102401589A、CN102401590A、 CN102401591A、CN102401592A、CN202420250U、CN202420251U、CN202420252U、CN202420253U 均采用甲苯、二氣二氯己燒、丙烷、五氣丙烷作為工質(zhì)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型要克服的現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是；由于傳統(tǒng)水蒸汽朗肯循環(huán)的工質(zhì)溫 度和壓力參數(shù)較高，工質(zhì)水與有機(jī)工質(zhì)的熱物理性質(zhì)有較大差別，有機(jī)朗肯循環(huán)通常存在 循環(huán)熱效率低，設(shè)備投資時間長等一系列問題。由于環(huán)境問題日益突出，傳統(tǒng)CFC工質(zhì)由于 其對臭氧層的破壞作用而被限制使用，在1997年京都議定書推出之后，發(fā)展環(huán)保新工質(zhì)的 呼聲越來越高。同時一些有機(jī)工質(zhì)存在有毒、可燃的問題，萬一發(fā)生泄露將造成嚴(yán)重的后 果。鑒于此，目前亟需開發(fā)安全、環(huán)保、高效的余熱發(fā)電系統(tǒng)。
[0008]本實(shí)用新型的發(fā)明人經(jīng)過大量研究和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將C〇2作為工質(zhì)用于朗肯循環(huán)發(fā) 電系統(tǒng)，能夠取得用傳統(tǒng)CFC等有機(jī)物質(zhì)作為工質(zhì)所無法達(dá)到的效果。
[0009]本實(shí)用新型的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，用回?zé)崞鞔嫫胀ǖ臒峤粨Q器可W明顯提高工質(zhì)的 循環(huán)效率。
[0010] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，本實(shí)用新型提供一種天然工質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特 征是該系統(tǒng)包括余熱利用回路、C〇2動力循環(huán)回路、C0 2冷凝回路，其中，余熱利用回路是將 余熱工質(zhì)引出口與蒸發(fā)器余熱進(jìn)口相連，并在管路上裝有累或風(fēng)機(jī)；C〇2動力循環(huán)回路是 C〇2管路依次將蒸發(fā)器、氣液分離器、進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置、透平、回?zé)崞鳌σ浩?、工質(zhì)累相連接， 氣液分離器的中上端接口與蒸發(fā)器0)2的出口相接，氣液分離器的上端接口與進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝 置相接，氣液分離器的下端接口與電磁閥、氣液分離工質(zhì)累、蒸發(fā)器C〇2進(jìn)口依次相連，回?zé)?器的低壓側(cè)進(jìn)口與透平的出口相連接，回?zé)崞鞯蛪簜?cè)的出口與冷凝器C〇2進(jìn)口相連接，回?zé)?器高壓側(cè)的進(jìn)口與工質(zhì)累出口相接，回?zé)崞鞲邏簜?cè)出口與蒸發(fā)器C〇2進(jìn)口相接，透平與發(fā)電 機(jī)相連；C〇2冷凝回路是冷源工質(zhì)管路，將冷凝器的冷源工質(zhì)出口、冷源工質(zhì)累、冷凝器的冷 源工質(zhì)進(jìn)口相連。
[0011] 根據(jù)上述的天然工質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征是；該系統(tǒng)使用的余熱是高溫?zé)煔庥?熱、高溫產(chǎn)品和爐渣的余熱、冷卻介質(zhì)的余熱、可燃廢氣廢液和廢料的余熱、廢汽和廢水的 余熱或化學(xué)反應(yīng)余熱。
[0012] 根據(jù)上述的天然工質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征是；該系統(tǒng)使用的余熱是35(TCW下 的中低溫余熱。
[0013]根據(jù)上述的天然工質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征是；該系統(tǒng)使用的c〇2為純度為 80%~99%的(：〇2。
[0014]根據(jù)上述的天然工質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征是；該系統(tǒng)使用的冷源工質(zhì)是空氣或 水。
[0015]根據(jù)上述的天然工質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征是；該系統(tǒng)的蒸發(fā)器、冷凝器、回?zé)崞?的換熱方式是逆流式、順流式、錯流式或混流式。
[0016]根據(jù)上述的天然工質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征是；該系統(tǒng)使用的透平是膨脹機(jī)或汽 輪機(jī)。
[0017]該系統(tǒng)采用天然工質(zhì)0)2,不會破壞臭氧層，化學(xué)穩(wěn)定性好，價格低廉、容易獲得、 不需回收，該系統(tǒng)和工藝可利用低密度的工業(yè)余熱發(fā)電，不僅能減少工業(yè)廢熱對環(huán)境帶來 的熱污染，還能變廢為寶，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[001引圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的一種余熱發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
[0019] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2的一種余熱發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
[0020] 其中的附圖標(biāo)記為；1一蒸發(fā)器，2 -透平，3 -發(fā)電機(jī)，4 -冷凝器，5 -回?zé)崞鳎?6 -儲液器，7-工質(zhì)累，8 -氣液分離器，9-熱源工質(zhì)累，10-冷源工質(zhì)累，11-進(jìn)氣調(diào)節(jié) 裝置，12-緊急減壓裝置，13-氣液分離器工質(zhì)累，14-余熱工質(zhì)管路，15 -C〇2管路，16 -冷源工質(zhì)管路，17-電磁閥，18-鍋爐煙道。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本實(shí)用新型提供一種W沸點(diǎn)較低的CA為工質(zhì)的朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可最 大限度的將低密度的工業(yè)余熱轉(zhuǎn)換為高品位電能。本實(shí)用新型采用天然工質(zhì)C〇2為發(fā)電工 質(zhì)，利用其在跨臨界壓力下，具有比熱大、導(dǎo)熱性好、氣體密度高等性能，可使設(shè)備緊湊、體 積小，同時采用回?zé)崞骰厥諆?nèi)部熱量，能明顯提高循環(huán)熱效率和發(fā)電效率，可W有效減少余 熱直接向環(huán)境排放帶來的熱污染。
[0022] 本實(shí)用新型的朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)所用的主要設(shè)備有；蒸發(fā)器、透平、冷凝器、勵磁 交流發(fā)電機(jī)、回?zé)崞鳌σ浩?、氣液分離器、工質(zhì)累、氣液分離器工質(zhì)累、水累（風(fēng)機(jī)）、管路、 閥口、安全閥、聯(lián)軸器及通用器具等，所述的蒸發(fā)器、冷凝器、回?zé)崞骶鶠楦咝Q熱器，可W 為逆流式、順流式、錯流式、混流式的任一種。透平可W是膨脹機(jī)或汽輪機(jī)。上述設(shè)備及通 用器具都是余熱發(fā)電行業(yè)通用的、現(xiàn)有的，本領(lǐng)域人員完全可W根據(jù)需要而在市場購買。
[0023] 本實(shí)用新型的天然工質(zhì)余熱發(fā)電系統(tǒng)有S個回路。第一個回路是余熱利用回路， 將余熱工質(zhì)引出口與蒸發(fā)器余熱進(jìn)口相連，并在相連管路上裝有累或風(fēng)機(jī)。管道內(nèi)里面走 的是余熱工質(zhì)，可W是載熱液體也可W是載熱氣體。余熱工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)釋放熱量給發(fā)電 工質(zhì)0)2,將液體C〇2加熱到超臨界狀態(tài)，釋放熱量后余熱工質(zhì)再次回到原有系統(tǒng)或排放。此 回路不僅能代替原有的冷卻裝置，同時可將余熱回收。第二個回路是C〇2動力循環(huán)回路。用 管道將蒸發(fā)器、氣液分離器、進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置、透平、回?zé)崞鳌⒗淠?、儲液器、工質(zhì)累、氣液分 離工質(zhì)累、電磁閥相連。氣液分離器的中上端接口與蒸發(fā)器的C〇2出口相接，氣液分離器的 上端接口與進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置相接，氣液分離器的下端接口依次與電磁閥、氣液分離工質(zhì)累、蒸 發(fā)器的C〇2進(jìn)口相連?；?zé)崞鞯牡蛪簜?cè)進(jìn)口與透平的出口相連接，回?zé)崞鞯蛪簜?cè)的出口與冷 凝器的C〇2進(jìn)口相連接，回?zé)崞鞲邏簜?cè)的進(jìn)口與工質(zhì)累出口相接，回?zé)崞鞲邏簜?cè)出口與蒸 發(fā)器的C〇2進(jìn)口相接。第S個回路是C0 2冷凝回路，將冷凝器的冷源工質(zhì)出口、冷源工質(zhì)累 (風(fēng)機(jī)）、冷凝器的冷源工質(zhì)進(jìn)口相連，將冷源工質(zhì)進(jìn)口與冷凝器的冷源工質(zhì)出口相連。其 中=個回路上配有流量、溫度、壓力等測量儀表及安全閥、閥口、濾網(wǎng)等通用配件。透平與勵 磁交流發(fā)電機(jī)相連。當(dāng)管路內(nèi)及儲液器的壓力超過最大設(shè)計(jì)壓力時，安全閥將動作放氣，W 確保系統(tǒng)安全。
[0024] 該發(fā)電系統(tǒng)采用的工質(zhì)為純度為80%~99%的CA。
[00巧]該發(fā)電系統(tǒng)用于回收工業(yè)載熱氣體、液體的余熱。余熱的來源可W是；冶金、化工、 建材、玻璃、造紙、紡織、機(jī)械等行業(yè)的余熱的一種，例如軸鋼加熱爐、玻璃烙畜、電廠循環(huán)冷 卻水等的余熱?？纱婀I(yè)生產(chǎn)過程的冷卻裝置或減少冷卻裝置的負(fù)荷，如冷卻塔、空冷島 等。
[0026] 該發(fā)電系統(tǒng)所用的冷源工質(zhì)可W是空氣、水等常規(guī)冷卻介質(zhì)。
[0027] 該發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置有回?zé)崞?，可回收動力循環(huán)中CA的余熱，提高循環(huán)熱效率，降低 換熱