專利名稱：基于有機朗肯循環(huán)的煙氣冷凝熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于有機朗肯循環(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)，屬于能源利用技術領域。
背景技術：
我國工業(yè)余熱資源總量高達8億噸標煤，占我國總能耗約30%，實現(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、機械、電力等各個行業(yè)，節(jié)能潛力大，是余熱利用的主要對象。低溫煙氣余熱包含顯熱和潛熱兩部分，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；燃氣和燃油鍋爐煙氣中水蒸氣體積份額高達18%，攜帶熱量占65%左右。降低排煙溫度至煙氣露點溫度之下，能夠回收顯熱和潛熱，大大提高鍋爐效率。同時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階段。有機朗肯循環(huán)是以低沸點有機物作為工質的閉式朗肯循環(huán)。與水相比，低沸點有機物在中低溫熱源下能夠汽化產生較高壓力蒸汽做功，發(fā)電效率高。且系統(tǒng)設備簡單易維護，成本較低，已逐漸成為余熱回收利用的主流核心技術。針對鍋爐煙氣特點，采用有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術，梯級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，促進工業(yè)節(jié)能具有重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提出一種基于有機朗肯循環(huán)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，階梯回收鍋爐排煙顯熱及潛熱，實現(xiàn)排煙余熱的梯級深度利用。為了實現(xiàn)上述目標，采用的技術方案為:基于有機朗肯循環(huán)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括:蒸發(fā)器、膨脹機、發(fā)電機、冷凝器、工質泵、煙氣冷凝換熱器、熱水儲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，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行放熱之后排入大氣；蒸發(fā)器、膨脹機、冷凝器、工質泵通過管道依次相連，且發(fā)電機與膨脹機相連，構成有機朗肯循環(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、熱水儲水箱通過管道依次連接；熱水儲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%，通過計算水蒸氣分壓可知，煙氣露點通常低于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。同時，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行回收則因溫差較大而產生較大損失。由于有機朗肯循環(huán)采用鹵代烴等有機物作為循環(huán)工質，能夠適應不同溫度范圍的低溫余熱熱源，且設備簡單，熱效率較高。因此，采用有機朗肯循環(huán)將煙氣中較高品位熱量轉化為電能，低品位熱量加熱冷水，實現(xiàn)能量的“溫度對口，梯級利用”。同時，設計有機朗肯循環(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，梯級加熱冷水，深度利用余熱。冷凝器中，冷水同時起到冷卻工質的作用，可簡化設備，降低成本。煙氣冷凝換熱器中，煙氣通過與冷水進行換熱，溫度降至露點溫度以下，釋放出大部分潛熱后排入大氣。冷水進入熱水儲水箱，供熱用戶使用。煙氣冷凝液通過回收裝置進行回收。本發(fā)明的特點以及所產生的有益效果為:(I)梯級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輸出高品位電能，對提高我國化石能源綜合利用效率，促進工業(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，實現(xiàn)有機朗肯循環(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，3-發(fā)電機，4-冷凝器，5-工質泵，6-煙氣冷凝換熱器，7-熱水儲水箱，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。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例結合數(shù)據(jù)進行了計算分析。但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

鍋爐煙氣余熱回收有機朗肯循環(huán)熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括:蒸發(fā)器、膨脹機、發(fā)電機、冷凝器、工質泵、煙氣冷凝換熱器、熱水儲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，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進行放熱之后排入大氣；蒸發(fā)器1、膨脹機2、冷凝器4、工質泵5通過管道依次相連，且發(fā)電機3與膨脹機2相連，構成有機朗肯循環(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及熱水儲水箱7依次連接；熱水儲水箱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:鍋爐排煙進入尾部煙道，在蒸發(fā)器內加熱有機工質，使其成為飽和(或過熱)的高溫高壓氣體，進入膨脹機做功，驅動發(fā)電機發(fā)電；做功后乏汽從膨脹機排出之后進入冷凝器與冷水進行換熱，凝結為低壓液體，經(jīng)泵加壓后進入蒸發(fā)器開始下一個循環(huán)。鍋爐煙氣流經(jīng)蒸發(fā)器后溫度降至100°c以下，進入煙氣冷凝換熱器與來自冷凝器的冷水進行換熱，到達露點后煙氣中水蒸氣發(fā)生凝結，繼續(xù)降溫至35°c 45°C時排出。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，流入熱水儲水箱7，供熱用戶使用；冷水流量控制閥門11用于控制進入冷凝器4及煙氣冷凝換熱器7的冷水流量，使工質溫降及熱水出口水溫在工況要求范圍內；熱水流量控制閥門10用于控制從熱水儲水箱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行回收。
實施例1:以天然氣供暖鍋爐為例，進行了模擬計算。如表I所示為計算所采用的數(shù)據(jù)及計算結果。其中有機朗肯循環(huán)選用工質為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)的低位熱值標準計算得熱效率提高至101.08%，可見裝置能夠顯著提高效率，達到節(jié)能減排效果。同時，計算可知，未經(jīng)余熱回收的煙氣中，水蒸氣的質量分數(shù)高達12.21%，體積分數(shù)18.76%，露點溫度為59.(TC。當煙氣最終排出溫度降至40°C時，水蒸氣的質量分數(shù)5.13%，質量回收率為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，因而對煙氣余熱進行梯級深度回收利用，對節(jié)能減排具有重要意義。表I實施例計算數(shù)據(jù)及結果
權利要求
1.基于有機朗肯循環(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(2)、發(fā)電機(3)、冷凝器(4)、工質泵(5)、煙氣冷凝換熱器￠)、熱水儲水箱(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，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)進行放熱之后排入大氣；蒸發(fā)器(I)、膨脹機(2)、冷凝器(4)、工質泵(5)通過管道依次相連，且發(fā)電機(3)與膨脹機(2)相連，構成有機朗肯循環(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)、熱水儲水箱(7)通過管道依次連接；熱水儲水箱(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)權利要求1所述的基于有機朗肯循環(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)，屬于能源利用技術領域。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。本發(fā)明用于階梯回收鍋爐排煙顯熱及潛熱，實現(xiàn)排煙余熱梯級深度利用；利用有機朗肯循環(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以下。同時，有機朗肯循環(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)明能夠實現(xiàn)有機朗肯循環(huán)的熱電聯(lián)供，實現(xiàn)天然氣鍋爐煙氣梯級深度利用，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，促進工業(yè)節(jié)能具有重要意義。
文檔編號F24H8/00GK103244214SQ20131016479
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權日2013年5月7日
發(fā)明者徐進良, 劉超 申請人:華北電力大學