CN205297661U - 一种带回热器的余热发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种带回热器的余热发电系统，包括热源循环回路、工质循环回路和冷却液循环回路，热源循环回路和工质循环回路通过蒸发器进行热量交换，工质循环回路和冷却液循环回路通过冷凝器进行热量交换。该余热发电系统还包括回热器、气动快切阀和电动阀，回热器连接在工质回路中，回热器使膨胀机流向冷凝器的工质降温，使冷凝器流向蒸发器的工质升温；气动快切阀设置于蒸发器与膨胀机之间的工质回路中，控制膨胀机进气；电动阀所在的工质通路使进入膨胀机的工质分流。本实用新型采用回热器具有更少的自耗电，更高的热电效率，可采取更小的冷却水塔，更小的水泵，减少费用；同时采用电动阀，提高安全性高，保护膨胀机和管路安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业低品质余热回收领域，尤其涉及一种带回热器的有机朗肯循环余热发电系统。
背景技术
朗肯循环是指一种理想的简单的水蒸气动力循环，有锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵组成。其简要工作原理如下：水在锅炉和过热器中吸热，由饱和水变为过热蒸汽；过热蒸汽进入汽轮机膨胀，对外做功；在汽轮机出口，过热蒸汽变为低压湿蒸汽，进入冷凝器对冷却水放热冷凝至饱和水；水泵消耗外功，将凝结水升压送回锅炉，完成动力循环。有机朗肯循环在朗肯循环基础上，使用低沸点制冷剂作为循环工质完成动力循环。
有机朗肯循环虽然在工业余热回收领域有广泛运用，但是实际过程中发现现有技术存在以下问题：
1.低温余热利用自耗电大，热电效率低下。
2.冷却水用量较大，基础设施投入成本高。
3.安全性和稳定性差。
实用新型内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种带回热器的余热发电系统，解决现有有机朗肯循环的耗电量大、冷却水用量大、安全性稳定性差的问题。
为实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种带回热器的余热发电系统，包括热源循环回路、工质循环回路和冷却液循环回路，所述热源循环回路和工质循环回路通过蒸发器进行热量交换，所述工质循环回路和冷却液循环回路通过冷凝器进行热量交换；所述蒸发器的工质出口连接膨胀机的工质进口，从所述膨胀机流出的工质经过冷凝器进入工质泵，从所述工质泵流出的工质进入蒸发器工质进口；还包括回热器，所述回热器连接在工质回路中，所述回热器使膨胀机流向冷凝器的工质降温，使冷凝器流向蒸发器的工质升温。
在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括气动快切阀，所述气动快切阀的设置于蒸发器与膨胀机之间的工质回路中，用于控制膨胀机进气。
在本实用新型的另一种优选实施方式中，还包括电动阀，所述电动阀所在的工质旁路使进入膨胀机的工质分流，所述电动阀的工质入口与气动快切阀的工质入口并联，所述电动阀的工质出口与膨胀机的工质出口并联。
在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述冷却液循环回路中设置有冷却泵，冷却塔和冷凝器，所述冷却泵驱动冷却塔流出的冷却剂在冷却液循环管路中流动，经过冷凝器与工质进行热量交换。
在本实用新型的再另一种优选实施方式中，所述工质泵为变频工质泵。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1.相比传统的余热发电系统，本实用新型具有更少的自耗电，更高的热电效率，由于回热器的正确使用，使冷却水量相对减少，可采用更小的冷却泵，用电更少，并且，由于回热器出来的循环工质拥有更高的品质，所以在热源，蒸发器出口参数一致的情况下，蒸发器能蒸发的有机工质量会增加，做功量随之增加。
2.余热发电系统在添加回热器过后，冷却水的循环量减少了，不考虑冷却水塔通用性的时候，可采取更小的冷却水塔，减少基建用地，节约系统投入成本。
3.安全性高，系统中膨胀机前设有气动快切阀，当用户所用负荷减小，发电机超速时，可紧急关闭膨胀机进气，打开旁路电动阀，保护膨胀机和管路安全。
4.稳定性好，由于系统变频电动机的选择，当热源发生波动时，控制系统可依据蒸发器工质出口过热度对工质循环量进行增减，从而使系统稳定运行。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本实用新型的带回热器的余热发电系统结构示意图。
附图标记：
1蒸发器；2气动快切阀；3电动阀；4膨胀机；5回热器；6管道过滤器；
7变频工质泵；8冷凝器；9冷却水泵；10冷却水塔；11-16截止阀；
17发电机。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
低品质有机工质朗肯循环系统主要用于低温余热，包括废水，废气的回收利用，把废热能转变为膨胀机的动能，可用于驱动泵类、风机旋转，发电机发电等。朗肯循环系统欲提高系统热电效率主要有以下途径：1.提高热源初参数，包括热源温度，热源压力。2.降低冷源终参数，主要是冷却水温度。3.采取中间级再热，适用于大型火力发电厂的汽轮机。4.采取回热循环。
在本实用新型中，热源利用前后温度、压力根据用户的需求设定变化范围。为提高这种利用前后有温度规定的低温余热有机朗肯循环系统的热电效率，本实用新型提供了一种带回热器的余热发电系统，如图1所示，其包括热源循环回路、工质循环回路和冷却液循环回路。其中，热源循环回路和工质循环回路通过蒸发器进行热量交换，工质循环回路和冷却液循环回路通过冷凝器进行热量交换。蒸发器的工质出口连接膨胀机的工质进口，从膨胀机流出的工质经过冷凝器进入工质泵，从工质泵流出的工质进入蒸发器工质进口，在本实施方式中，工质泵为变频工质泵。膨胀机驱动耗能设备(例如发电机、风机或泵)运行。
在本实施方式中，该余热发电系统还包括回热器，回热器连接在工质回路中，回热器使膨胀机流向冷凝器的工质降温，使冷凝器流向蒸发器的工质升温。在本实用新型一种更加优选的实施方式中，回热器包括降温部分和升温部分，降温部分设置于膨胀机至冷凝器的工质回路中，升温部分设置于冷凝器至蒸发器的工质回路中。在本实用新型另外的优选实施方式中，回热器也可以采用现有的本领域技术人员通用的其他回热器结构。
在本实施方式中，在蒸发器与膨胀机之间的工质回路中设置有气动快切阀，该气动快切阀用于控制膨胀机进气。本实施方式中还设置电动阀，电动阀所在的工质通路使进入膨胀机的工质分流，电动阀的工质入口与气动快切阀的工质入口并联，电动阀的工质出口与膨胀机的工质出口并联。
在本实施方式中，冷却液循环回路中设置有冷却泵，冷却塔和冷凝器，冷却泵驱动冷却塔流出的冷却剂在冷却液循环管路中流动，经过冷凝器与工质进行热量交换。
在工质循环回路上还可以设置有至少一个管道过滤器6，用于过滤工质内的杂质。在工质循环回路和冷却液循环回路上分别设置有至少一个截止阀，用于控制切断工质和冷却液的循环。
在本实施方式中，当热源进入蒸发器1时，控制变频工质泵7低转速运行，此时气动快切阀2，电动阀3，截止阀11、截止阀12、截止阀13、截止阀14、截止阀15、截止阀16都处于打开状态，少量的工质推动膨胀机4缓慢旋转，带动发电机17发电。此后逐步增加变频工质泵7转速，增大系统工质循环量，直至热源出口温度满足利用后的用户要求为止。由于系统中气动快切阀2和电动阀3的采用，当用户所用负荷减小，发电机超速时，可紧急关闭膨胀机4进气，打开旁路电动阀3，保护膨胀机4和管路安全。循环量增大的同时，缓慢关闭电动阀3，让工质全部通过膨胀机4做功，从膨胀机4出来的有机工质压力和温度相比膨胀机4进口都有所下降，但是其热量仍可利用，本实用新型在膨胀机4与冷凝器8之间增加一个回热器5，降低了膨胀机4出来的工质的温度，此做法的好处在于，节省了冷源的负荷，从而冷凝器8需要的冷却水减少，冷却水泵9的功率下降，冷却水塔10的体积也将有所减小。由于回热器5的添加，当工质在冷凝器8中出来经过变频工质泵7增压过后，经回热器5升温，从而蒸发器1相比于没有增加回热器5的时候，冷侧有机工质的进口温度是相对提高的，在热源所提供的热量一定的情况下，虽然冷侧有机工质出口的温度会受热源温度的限制不会进一步提高，由于蒸发器1有机工质侧进口温度的提高，在蒸发器1出口温度与原来(未加回热器)一致的情况下，蒸发器1所蒸发的最大有机工质量会增大，我们知道，工质流量与膨胀机4进出口焓差的乘积就是膨胀机4的轴功，增加蒸发器1的蒸发量也就相当于提高了膨胀机的轴功，从而达到增加效率的目的。
在本实用新型的一种优选实施方式中，对于热负荷为3000kw的热源，在热源温度限制在90度以下时，采用有机工质R245fa作为循环工质，增加回热器，相比未增加回热器的情形，发电功率增加10kw，热电效率提高0.4个百分点，冷却水量减少1t/h。如果热源的负荷更高，那么发电功率增加量和冷却水减少量将进一步提高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种带回热器的余热发电系统，其特征在于：包括热源循环回路、工质循环回路和冷却液循环回路，所述热源循环回路和工质循环回路通过蒸发器进行热量交换，所述工质循环回路和冷却液循环回路通过冷凝器进行热量交换；所述蒸发器的工质出口连接膨胀机的工质进口，从所述膨胀机流出的工质经过冷凝器进入工质泵，从所述工质泵流出的工质进入蒸发器工质进口；
所述余热发电系统还包括回热器、气动快切阀和电动阀，所述回热器连接在工质回路中，所述回热器使膨胀机流向冷凝器的工质降温，使冷凝器流向蒸发器的工质升温；
所述气动快切阀设置于蒸发器与膨胀机之间的工质回路中，用于控制膨胀机进气；
所述电动阀所在的工质旁路使进入膨胀机的工质分流，所述电动阀的工质入口与气动快切阀的工质入口并联，所述电动阀的工质出口与膨胀机的工质出口并联。
2.如权利要求1所述的带回热器的余热发电系统，其特征在于：所述冷却液循环回路中设置有冷却泵，冷却塔和冷凝器，所述冷却泵驱动冷却塔流出的冷却剂在冷却液循环管路中流动，经过冷凝器与工质进行热量交换。
3.如权利要求1所述的带回热器的余热发电系统，其特征在于：所述工质循环回路上设置有至少一个管道过滤器，用于过滤工质内的杂质。
4.如权利要求1所述的带回热器的余热发电系统，其特征在于：在所述工质循环回路和冷却液循环回路上分别设置有至少一个截止阀，用于控制切断工质和冷却液的循环。
5.如权利要求1所述的带回热器的余热发电系统，其特征在于：所述工质泵为变频工质泵。
6.如权利要求1所述的带回热器的余热发电系统，其特征在于：所述回热器包括降温部分和升温部分，所述降温部分设置于膨胀机至冷凝器的工质回路中，所述升温部分设置于冷凝器至蒸发器的工质回路中。
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