[發明專利]基于復疊朗肯循環和兩級水蓄熱的工業余熱回收發電系統

有效

• 申請號: 201810934630.4
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN108798812B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 李晶;高廣濤;裴剛;蘇躍紅;任曉;季杰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: F01K27/00
• 分類號: F01K27/00;F01K25/10;F01D15/10;F01C13/00;F22B1/02
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 金惠貞

本發明涉及基于復疊朗肯循環和兩級水蓄熱的工業余熱回收發電系統。包括余熱回收蓄熱回路、一級蒸汽朗肯循環發電回路和二級有機朗肯循環發電回路；工作時，余熱介質溫度為150～400℃，余熱介質為中低溫余熱煙氣、余熱蒸汽、廢水中的一種。當系統處于正常工作模式時，水工質吸收余熱介質中的熱量，吸熱后的水工質可處于液態，氣態或氣液兩相。余熱介質的溫度越高，水工質吸熱后的干度越高，其中產生蒸汽具有較為的品位，通過復疊朗肯循環將熱量轉換為功，而液態水品位較低，通過二級有機朗肯循環將熱量轉換為功。本發明的技術方案可以保證系統發電的穩定性，并對工業余熱進行高效利用。

技術領域

本發明屬于工業余熱回收發電技術領域，具體涉及一種基于復疊朗肯循環和兩級水蓄熱的工業余熱回收發電系統。

背景技術

我國工業余熱中的中低溫余熱約為總余熱量的一半，通過對中低溫余熱加以利用，有望節約大量能源，減少二氧化碳排放和降低熱污染，改善生態環境。工業余熱的一個顯著特點為熱負荷不穩定，這是由工藝生產過程決定的。例如：1.對于煉鋼行業產生的余熱蒸汽，余熱產汽量及放散周期隨著生產變化而變化，具有一定的波動性，使得放散蒸汽具有很強的間歇性和不連續性?[參考：戴海波.?低壓放散蒸汽回收發電技術.?冶金動力，2015,5:63-67.]。2.?對于鋼鐵廠的燒結余熱，在燒結生產中設備運行不穩定，短時間的停機很難避免,，燒結礦物流的中斷是經常出現的情況，因此，燒結余熱熱源的連續性難以保證。此外，由于燒結料透氣性的差異以及輔料不均等原因，造成燒結煙氣系統的阻力變化較大，最終導致煙氣量變化大，幅度可達40%以上?[參考：李寶東,?李鵬元,?杜蒙.?燒結余熱發電現狀及存在問題的分析.?冶金能源，2012,?31(3):49-52.]。3.?對于水泥生產中的廢氣余熱，出熟料冷卻機子的廢氣溫度在250-450℃之間，波動較大?[參考：盧來要.?純低溫水泥余熱發電系統調試.?安裝,?2013,?2:24-26.]。

有機朗肯循環（organic?Rankine?cycle,?ORC）發電技術是中低溫余熱利用的有效手段之一。其循環工質是有機流體，具有低沸點和高飽和蒸汽壓力的熱力特性。相比于以水為工質的蒸汽朗肯循環，有機朗肯循環在煙氣等余熱溫度低于300℃的熱源下具有更好的熱力性能和穩定性。但是，中低溫余熱的不穩定性給有機朗肯循環技術帶來了巨大挑戰。當膨脹機嚴重偏離設計工況或頻繁啟停時，效率將急劇降低，并會造成很大的機械損傷。目前，主要有以下幾種應對方案，帶回熱型的有機朗肯循環、帶油路型的有機朗肯循環、風機輔助型的有機朗肯循環、雙罐蓄熱型的有機朗肯循環、單罐蓄熱型的有機朗肯循環、相變蓄熱型的有機朗肯循環?[參考：Roberto?Pili，Alessandro?Romagnoli，HartmutSpliethoff，Christoph?Wieland.?Techno-Economic?Analysis?of?Waste?Heat?Recoverywith?ORC?from?Fluctuating?Industrial?Sources.?Energy?Procedia,?2017,?129:503-510.]。

本發明旨在提出一種基于水蒸汽-有機工質的復疊朗肯循環和兩級水蓄熱的創新方案，用于應對中低溫余熱利用的不穩定問題，實現熱源的高效低成本利用。

發明內容

為了解決工業余熱負荷波動對工業余熱回收發電系統造成的不利影響，本發明提供了一種基于復疊朗肯循環和兩級水蓄熱的工業余熱回收發電系統。

基于復疊朗肯循環和兩級水蓄熱的工業余熱回收發電系統包括余熱回收蓄熱回路、一級蒸汽朗肯循環發電回路和二級有機朗肯循環發電回路；

所述余熱回收蓄熱回路包括蒸發器1、第一預熱器2、第二預熱器4、高溫蓄熱水罐6、低溫蓄熱水罐7和低溫水泵13；

所述一級蒸汽朗肯循環發電回路包括蒸發器1、中間換熱器3、高溫蓄熱水罐6、蒸汽螺桿膨脹機8、第一發電機10、中溫水泵12；其中蒸發器1、高溫蓄熱水罐6、蒸汽螺桿膨脹機8、中間換熱器3和中溫水泵12串聯形成一級水工質回路；