[發(fā)明專利]回收煙氣余熱的跨臨界與亞臨界耦合有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410091071.7
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103953403A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李友榮;王曉瓊;謝凌潔;李曉平;吳雙應(yīng);劉朝
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: F01K23/04
• 分類號: F01K23/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的名稱是回收煙氣余熱的跨臨界與亞臨界耦合有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，屬工業(yè)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

我國工業(yè)能源消耗占全國能源消耗的70％以上，特別是在鋼鐵、化工、水泥、有色、建材、石油石化、輕工、煤炭等行業(yè)，其不僅能源消耗量大，而且工業(yè)余熱排放量也大，在工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的余熱量占燃料消耗的(17～67)％，其中，可回收利用的余熱資源約占燃料消耗的(10～40)％。然而，目前我國余熱資源的回收利用率僅為33％左右，大部分的余熱資源尚未得到利用，從而導(dǎo)致能源的極大浪費，因此，工業(yè)余熱的回收利用是實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)、緩解能源問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常用的余熱動力回收利用技術(shù)是以低沸點有機物作為循環(huán)工質(zhì)的有機朗肯循環(huán)(ORC)技術(shù)，它能將低品位余熱資源轉(zhuǎn)化為高品位的電能輸出?；镜挠袡C朗肯循環(huán)系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器、膨脹機、冷凝器和工質(zhì)循環(huán)泵組成，其具有結(jié)構(gòu)簡單、靈活性高、運行費用低和余熱回收率高等優(yōu)點，很多學(xué)者對基本有機朗肯循環(huán)進(jìn)行了多方面的研究，主要包括工質(zhì)的選擇、性能評價及參數(shù)優(yōu)化等，以及對基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，或提出跨臨界系統(tǒng)和新型復(fù)合系統(tǒng)等。與傳統(tǒng)的亞臨界有機朗肯循環(huán)相比，跨臨界有機朗肯循環(huán)具有與熱源較好的溫度匹配，使得系統(tǒng)熱效率較高?？缗R界有機朗肯循環(huán)存在的問題是，高效率與低壓力不能同時兼得，這就使得余熱回收利用受到設(shè)備材料的限制。而且由于不同工質(zhì)的臨界壓力、臨界溫度及干濕性的不同，使得工質(zhì)的熱力性能在不同的溫區(qū)存在很大的差異。通常情況下，用于有機朗肯循環(huán)技術(shù)的?膨脹機為小型膨脹機，而大多數(shù)小型膨脹機對膨脹壓力比有一定的限制，其中單螺桿膨脹機的最佳壓力比范圍為2～8。顯然，在最佳膨脹壓力比范圍內(nèi)，煙氣余熱資源不能充分被利用，系統(tǒng)熱效率低。因此，為了提高膨脹機膨脹效率、最大限度地回收煙氣余熱、充分利用工質(zhì)的熱力性能，采用兩級有機朗肯循環(huán)耦合系統(tǒng)是一種理想的方法。?

基于以上現(xiàn)狀和思想，提出把適用于中、高溫區(qū)的跨臨界有機朗肯循環(huán)和低溫區(qū)的亞臨界有機朗肯循環(huán)進(jìn)行有效耦合的復(fù)合余熱回收系統(tǒng)，在兩個子系統(tǒng)中分別采用不同的循環(huán)工質(zhì)。本耦合系統(tǒng)一方面可以有效地降低單螺桿膨脹機膨脹壓力比，提高膨脹效率；另一方面在不同溫區(qū)采用不同的有機工質(zhì)，能充分利用工質(zhì)的熱力性能，增加系統(tǒng)凈輸出功，同時降低系統(tǒng)最高壓力。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出回收煙氣余熱的跨臨界與亞臨界耦合有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。本耦合系統(tǒng)包括跨臨界有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)和亞臨界有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)。該耦合系統(tǒng)一方面可以深度回收利用低溫?zé)煔庥酂?，另一方面可以減小單螺桿膨脹機膨脹壓力比，同時，通過在不同溫區(qū)采用不同的有機工質(zhì)，充分利用工質(zhì)的熱力性能，提高系統(tǒng)熱效率，降低系統(tǒng)最高壓力，減小對設(shè)備材料的限制。?

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：?

主要由蒸發(fā)器1、中間換熱器2、單螺桿膨脹機3和4、發(fā)電機5和6、冷凝器7、工質(zhì)循環(huán)泵8和9、預(yù)熱器10、連接管道以及監(jiān)測設(shè)備等組成的回收煙氣余熱的跨臨界與亞臨界耦合有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：所述耦合系統(tǒng)以不同的低沸點有機物作為循環(huán)工質(zhì)，中溫?zé)煔?200～300℃)在跨臨界有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)的蒸發(fā)器1內(nèi)加熱經(jīng)工質(zhì)循環(huán)泵8升壓后的液態(tài)有機工質(zhì)，使工?質(zhì)汽化成為處于超臨界狀態(tài)的蒸汽，然后進(jìn)入膨脹機3對外作功，實現(xiàn)電能輸出。排汽進(jìn)入中間換熱器2被冷凝至飽和液體狀態(tài)后進(jìn)入下一個循環(huán)。在亞臨界有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)中，在中間換熱器2被加熱至飽和蒸汽狀態(tài)的工質(zhì)推動膨脹機4對外作功，實現(xiàn)電能輸出，排汽進(jìn)入冷凝器7被冷凝至飽和液體狀態(tài)后由工質(zhì)循環(huán)泵9升壓、經(jīng)預(yù)熱器10加熱后進(jìn)入下一個循環(huán)過程。?

通過中間換熱器2將跨臨界有機朗肯循環(huán)和亞臨界有機朗肯循環(huán)有效地耦合起來，跨臨界有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)的膨脹機排汽具有較高的溫度，用來對亞臨界有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)的有機工質(zhì)進(jìn)行加熱。在跨臨界有機朗肯循環(huán)和亞臨界有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，采用了不同的有機工質(zhì)，因此，能充分利用工質(zhì)的熱力性能，提高系統(tǒng)熱效率，降低系統(tǒng)最高壓力，減小對設(shè)備材料的限制。?

跨臨界有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)循環(huán)泵8將液態(tài)有機工質(zhì)加壓至超臨界壓力狀態(tài)，然后在蒸發(fā)器1內(nèi)被煙氣加熱至超臨界蒸汽狀態(tài)，其換熱過程存在溫度滑移，使得有機工質(zhì)的吸熱升溫過程與煙氣放熱降溫過程良好匹配。?

在亞臨界有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)循環(huán)泵9出口處安裝了預(yù)熱器10，對被升壓的有機工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，其熱源為流經(jīng)蒸發(fā)器1后的煙氣，這樣既充分利用了煙氣余熱，又可以有效地增加系統(tǒng)的凈輸出功。?