CN102606238A - 利用螺杆膨胀机回收余热的两级动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用螺杆膨胀机回收余热的两级动力系统，包括一级动力系统和二级动力系统。一级动力系统包括一级螺杆膨胀机，余热流体通过输入管路输入该一级螺杆膨胀机。二级动力系统包括有机工质郎肯循环回路，有机工质郎肯循环回路包括主换热器、二级螺杆膨胀机、冷凝器和有机工质泵。主换热器的被冷却介质侧入口与一级螺杆膨胀机的出口连通；二级螺杆膨胀机的入口与主换热器的有机工质侧出口连通，二级螺杆膨胀机的出口与冷凝器的入口连通，冷凝器的出口与有机工质泵的入口连通，有机工质泵的出口与主换热器的有机工质侧入口连通。本发明既能实现压力能的回收，又能实现温差的充分利用。
Description
技术领域
本发明涉及余热回收装置。
背景技术
目前利用螺杆膨胀机回收低温余热的方式有直接应用和间接应用两种。直接应用是指过热、饱和或两相的蒸汽源直接进入螺杆膨胀机做功；间接应用是指对于压力低于0.1MPa的各种蒸汽、温度大于80℃的热水或温度较高的各种烟气通过热交换器，将热量传递给低沸点的有机工质，进入螺杆膨胀机做功，形成有机工质的郎肯循环系统，实现余热回收。直接应用型螺杆膨胀机的排汽压力多为常压，温度接近100℃，无论是直接排放还是冷凝，都会造成热量的严重浪费；间接应用可以将余热的能量回收的更充分，可将热源冷却到65℃度左右，但主要是回收温度差形成的能量损失，不能回收压力能损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用螺杆膨胀机回收余热的两级动力系统，其既能实现压力能的回收，又能实现温差的充分利用。
本发明所采用的技术方案是：利用螺杆膨胀机回收余热的两级动力系统，包括一级动力系统和二级动力系统；一级动力系统包括一级螺杆膨胀机，余热流体通过输入管路输入该一级螺杆膨胀机的入口；二级动力系统包括有机工质郎肯循环回路，该有机工质郎肯循环回路包括主换热器、二级螺杆膨胀机、冷凝器和有机工质泵；主换热器包括被冷却介质侧入口、被冷却介质侧出口、有机工质侧入口和有机工质侧出口；该主换热器的被冷却介质侧入口与所述一级螺杆膨胀机的出口连通；二级螺杆膨胀机的入口与所述主换热器的有机工质侧出口连通，二级螺杆膨胀机的出口与冷凝器的入口连通，冷凝器的出口与所述有机工质泵的入口连通，有机工质泵的出口与主换热器的有机工质侧入口连通。
上述的两级动力系统，其中，有机工质郎肯循环回路还包括辅助换热器，所述的辅助换热器设置在所述的有机工质泵与所述的主换热器之间；该辅助换热器包括被冷却介质侧入口、被冷却介质侧出口、有机工质侧入口和有机工质侧出口；辅助换热器的被冷却介质侧入口与主换热器的被冷却介质侧出口连通，辅助换热器的有机工质侧入口与有机工质泵的出口连通，辅助换热器的有机工质侧出口与主换热器的有机工质侧入口连通。
上述的两级动力系统，其中，主换热器和辅助换热器均为壳管式换热器。
上述的两级动力系统，其中，二级动力系统还包括一水泵，所述水泵的入口与所述辅助换热器的被冷却介质侧出口连通。
上述的两级动力系统，其中，一级动力系统还包括一级主汽阀，所述的一级主汽阀设置在所述的输入管路上。
上述的两级动力系统，其中，一级动力系统还包括一级调速阀，该一级调速阀设置在一级主汽阀与一级螺杆膨胀机之间；该一级调速阀的进口与一级主汽阀的出口连通，该一级调速阀的出口与一级螺杆膨胀机的入口连通。
上述的两级动力系统，其中，二级动力系统还包括二级主汽阀，所述的二级主汽阀设置在主换热器的有机工质侧出口与二级螺杆膨胀机的入口之间；该二级主汽阀的进口与主换热器的有机工质侧出口连通，该二级主汽阀的出口与二级螺杆膨胀机的入口连通。
上述的两级动力系统，其中，二级动力系统还包括二级调速阀，该二级调速阀设置在二级主汽阀与二级螺杆膨胀机之间；该二级调速阀的进口与二级主汽阀的出口连通，该二级调速阀的出口与二级螺杆膨胀机的入口连通。
上述的两级动力系统，其中，一级动力系统还包括排汽安全阀，排汽安全阀安装在由一级螺杆膨胀机的出口通向主换热器的被冷却介质侧入口的管道上。
上述的两级动力系统，其中，二级动力系统还包括二级排汽阀，该二级排汽阀设置在二级螺杆膨胀机的出口与冷凝器的入口之间；该二级排汽阀的进口与二级螺杆膨胀机的出口连通，该二级排汽阀的出口与冷凝器的入口连通。
本发明的有益效果是：
1. 本发明有效实现了能源的梯级回收，一级动力系统利用压力能驱动螺杆膨胀机对外做功，二级动力系统利用温度差采用郎肯循环系统驱动螺杆膨胀机对外做功，使低温低压余热的能量得到更充分地回收利用；
2.本发明通过两级动力系统的串联，进一步提高了能源的利用率，冷凝后的冷凝水重新送往锅炉，作为锅炉的给水，循环使用，从而提高整个装置的热经济性；
3.本发明设置了排汽安全阀，即使二级动力系统出现问题无法正常运行，一级动力系统仍然可以正常工作。
附图说明
图1是本发明的两级动力系统的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步说明。
参考图1。本发明的两级动力系统包括一级动力系统和二级动力系统。其中，一级动力系统包括一级螺杆膨胀机11，余热流体通过输入管路12输入该一级螺杆膨胀机11的入口。二级动力系统包括有机工质郎肯循环回路，该有机工质郎肯循环回路包括主换热器21、二级螺杆膨胀机22、冷凝器23和有机工质泵24。主换热器21包括被冷却介质侧入口、被冷却介质侧出口、有机工质侧入口和有机工质侧出口。主换热器21的被冷却介质侧入口与一级螺杆膨胀机11的出口连通；二级螺杆膨胀机22的入口与主换热器21的有机工质侧出口连通，二级螺杆膨胀机22的出口与冷凝器23的入口连通，冷凝器23的出口与有机工质泵24的入口连通，有机工质泵24的出口与主换热器21的有机工质侧入口连通。
在图1所示的实施例中，在有机工质泵24与主换热器21之间还设有一辅助换热器25。辅助换热器25包括被冷却介质侧入口、被冷却介质侧出口、有机工质侧入口和有机工质侧出口。辅助换热器25的被冷却介质侧入口与主换热器21的被冷却介质侧出口连通，辅助换热器25的被冷却介质侧出口与水泵26的入口连通。辅助换热器25的有机工质侧入口与有机工质泵24的出口连通，辅助换热器25的有机工质侧出口与主换热器21的有机工质侧入口连通。优选的，主换热器21和辅助换热器25均为壳管式换热器或板式换热器。
在图1所示的实施例中，一级动力系统还包括一级主汽阀17、一级调速阀18和排汽安全阀19，二级动力系统还包括二级主汽阀27和二级排汽阀29。一级主汽阀17设置在输入管路12上。一级调速阀18设置在一级主汽阀17与一级螺杆膨胀机11之间。一级调速阀18的进口与一级主汽阀17的出口连通，一级调速阀18的出口与一级螺杆膨胀机11的入口连通。排汽安全阀19安装在由一级螺杆膨胀机11的出口通向主换热器21的被冷却介质侧入口的管道20上。二级主汽阀27设置在主换热器21的有机工质侧出口与二级螺杆膨胀机22的入口之间；二级主汽阀27的进口与主换热器22的有机工质侧出口连通，二级主汽阀27的出口与二级螺杆膨胀机22的入口连通。优选的，在二级主汽阀27与二级螺杆膨胀机22之间还设有二级调速阀28。二级调速阀28的进口与二级主汽阀27的出口连通，二级调速阀28的出口与二级螺杆膨胀机22的入口连通。二级排汽阀29设置在二级螺杆膨胀机22的出口与冷凝器23的入口之间；二级排汽阀29的进口与二级螺杆膨胀机22的出口连通，二级排汽阀29的出口与冷凝器23的入口连通。
本发明的工作过程是：低温低压余热蒸汽通过一级主汽阀17，由一级调速阀18控制进入一级螺杆膨胀机11的入口流量，通过一级螺杆膨胀机11实现气体膨胀向外输出功，直接拖动一级负载31。从一级螺杆膨胀机11的出口排出的蒸汽自排汽接管进入主换热器21。从主换热器21的被冷却介质侧出口出来的热水再通过辅助换热器25,将热量传给二级低沸点的有机工质。有机工质通过主换热器21在蒸发压力下不断吸热，到达蒸发温度后，经过二级主汽阀27和调速阀28，进入二级螺杆膨胀机22，实现气体膨胀向外输出功，直接拖动二级负载32。从二级螺杆膨胀机22的出口排出的有机工质，由二级排汽阀29控制在冷凝压力上，进入冷凝器23，在这里与冷凝管束232接触，不断放热，开始凝结，热量由外部冷却水带走，有机工质从气态冷到液态，再通过工质泵24加压到蒸发压力，先进入辅助换热器25完成第一次吸热，再进入主换热器21完成第二次吸热，达到蒸发温度，实现一次循环。当二级动力系统出现故障，一级动力系统的排汽压力超过大气压力时，排汽安全阀19自动打开，一级螺杆膨胀机11仍能正常运行，从而保护螺杆膨胀机装置的安全。
Claims (10)
1.利用螺杆膨胀机回收余热的两级动力系统，其特征在于，该两级动力系统包括一级动力系统和二级动力系统；
所述的一级动力系统包括一级螺杆膨胀机，余热流体通过输入管路输入该一级螺杆膨胀机的入口；
所述的二级动力系统包括有机工质郎肯循环回路，该有机工质郎肯循环回路包括主换热器、二级螺杆膨胀机、冷凝器和有机工质泵；所述主换热器包括被冷却介质侧入口、被冷却介质侧出口、有机工质侧入口和有机工质侧出口；该主换热器的被冷却介质侧入口与所述一级螺杆膨胀机的出口连通；所述二级螺杆膨胀机的入口与所述主换热器的有机工质侧出口连通，二级螺杆膨胀机的出口与所述冷凝器的入口连通，冷凝器的出口与所述有机工质泵的入口连通，有机工质泵的出口与主换热器的有机工质侧入口连通。
2.如权利要求1所述的两级动力系统，其特征在于，所述的有机工质郎肯循环回路还包括辅助换热器，所述的辅助换热器设置在所述的有机工质泵与所述的主换热器之间；
该辅助换热器包括被冷却介质侧入口、被冷却介质侧出口、有机工质侧入口和有机工质侧出口；辅助换热器的被冷却介质侧入口与主换热器的被冷却介质侧出口连通，辅助换热器的有机工质侧入口与有机工质泵的出口连通，辅助换热器的有机工质侧出口与主换热器的有机工质侧入口连通。
3.如权利要求2所述的两级动力系统，其特征在于，所述的主换热器和辅助换热器均为壳管式换热器或板式换热器。
4.如权利要求2所述的两级动力系统，其特征在于，所述的二级动力系统还包括一水泵，所述水泵的入口与所述辅助换热器的被冷却介质侧出口连通。
5.如权利要求1所述的两级动力系统，其特征在于，所述的一级动力系统还包括一级主汽阀，所述的一级主汽阀设置在所述的输入管路上。
6.如权利要求5所述的两级动力系统，其特征在于，所述的一级动力系统还包括一级调速阀，该一级调速阀设置在所述的一级主汽阀与所述的一级螺杆膨胀机之间；该一级调速阀的进口与一级主汽阀的出口连通，该一级调速阀的出口与一级螺杆膨胀机的入口连通。
7.如权利要求1所述的两级动力系统，其特征在于，所述的二级动力系统还包括二级主汽阀，所述的二级主汽阀设置在主换热器的有机工质侧出口与二级螺杆膨胀机的入口之间；该二级主汽阀的进口与主换热器的有机工质侧出口连通，该二级主汽阀的出口与二级螺杆膨胀机的入口连通。
8.如权利要求7所述的两级动力系统，其特征在于，所述的二级动力系统还包括二级调速阀，该二级调速阀设置在所述的二级主汽阀与所述的二级螺杆膨胀机之间；该二级调速阀的进口与二级主汽阀的出口连通，该二级调速阀的出口与二级螺杆膨胀机的入口连通。
9.如权利要求1所述的两级动力系统，其特征在于，所述的一级动力系统还包括排汽安全阀，所述的排汽安全阀安装在由一级螺杆膨胀机的出口通向主换热器的被冷却介质侧入口的管道上。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的两级动力系统，其特征在于，所述的二级动力系统还包括二级排汽阀，所述的二级排汽阀设置在二级螺杆膨胀机的出口与所述冷凝器的入口之间；该二级排汽阀的进口与二级螺杆膨胀机的出口连通，该二级排汽阀的出口与冷凝器的入口连通。
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