专利名称：一种闭式布雷顿循环余热发电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种余热发电系统，特别是一种基于布雷顿循环利用工业废气余 热的发电站系统。
背景技术：
余热发电技术是一种将废气中的热能转化为电能的能源回收利用技术。余热发电 系统中的热源来自各种工业过程中产生的废气热源。余热发电技术通过“废气热源——工 质热能——机械能——电能这样一个过程实现能源转化，从而同时实现废气热源的利用的 过程。目前国内外的利用余热发电的系统技术主要为常规的蒸汽锅炉和蒸汽轮机的联 合循环系统，即常规的郎肯循环发电系统。这种循环系统对热源的温度要求很高，当热源小 于300°C时，要求余热锅炉的出口过热蒸汽压力较高(1.57-3. 82Mpa)，锅炉窄点温差较宽 (20-30°C )等问题。综合导致余热的综合利用率较低，发电量少，对余热的波动适应范围 小，余热发电系统的稳定性和可靠性相对较差。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种对热源废气的温度适应范围广，结 构简单，余热利用率高并且稳定可靠的闭式布雷顿循环余热发电系统。本实用新型是通过如下技术方案实现的一种闭式布雷顿循环余热发电系统，启 动增压系统通过氦气循环管路与逆流烟气换热器的氦气入口连接，所述逆流烟气换热器的 氦气出口通过氦气循环管路与透平动力装置连接，透平回路回热器的氦气余热回收入口通 过氦气循环管路与所述透平动力装置连接，所述透平回路回热器的氦气余热回收出口通过 氦气循环管路依次与透平回路散热器、气体压缩机连接，所述透平回路回热器的氦气加热 入口通过氦气循环管路与所述气体压缩机连接，所述透平回路回热器的氦气加热出口通过 氦气循环管路与所述启动增压系统连接，所述透平动力装置与发电机设备和所述气体压缩 机同轴连接。上述闭式布雷顿循环余热发电系统，所述闭式布雷顿循环余热发电系统还包括具 有散热回路回热器和散热回路散热器的冷却系统；散热回路回热器具有第一冷却剂入口、 第一冷却剂出口、第二冷却剂入口、第二冷却剂出口 ；所述第一冷却剂出口通过冷却剂管路 依次与所述透平回路散热器、散热回路散热器以及所述第二冷却剂入口连接；所述第二冷 却剂出口通过冷却剂管路依次与所述发电机设备、所述第一冷却剂入口连接。本实用新型的闭式布雷顿循环余热发电系统具有以下有益的技术效果(1)本 实用新型的闭式布雷顿循环余热发电系统采用氦气作为热力介质，可以在热源废气温度 为150°C -400°C的范围都能以相对稳定的效率利用余热给出电能；(2)采用惰性气体氦 气为能量传输介质的布雷顿循环，降低了沸点温度，然后利用单级气体压缩机作为压力稳 定设备，透平动力装置压力参数为入口压力为1.40Mpa，温度为510K;出口处的压力为
30. 72Mpa，温度为440K ；使得压力在1. 5Mpa以下即可得到较高的机械和发电效率。(3)与常 规的余热发电相比，本实用新型的闭式布雷顿循环余热发电系统扩大了温度的适应范围， 实现了对低品位热源的利用，减少了能源的浪费。
图1为本实用新型闭式布雷顿循环余热发电系统的结构示意图。1-透平动力装置，2-发电机设备，3-气体压缩机，4-透平回路回热器，41-氦气余 热回收入口，42-氦气余热回收出口，43-氦气加热入口，44-氦气加热出口，5-逆流烟气换 热器，51-氦气入口，52-氦气出口，53-烟气入口，54-烟气出口，6-透平回路散热器，7-启 动增压系统，8-散热回路回热器，81-第一冷却剂入口，82-第一冷却剂出口，83-第二冷却 剂入口，84-第二冷却剂出口，9-散热回路散热器。实施方式如图1所示，本实施例的闭式布雷顿循环余热发电系统，启动增压系统7通过氦气 循环管路与逆流烟气换热器5的氦气入口 51连接，所述逆流烟气换热器5的氦气出口 52 通过氦气循环管路与透平动力装置1连接，透平回路回热器4的氦气余热回收入口 41通过 氦气循环管路与所述透平动力装置1连接，所述透平回路回热器4的氦气余热回收出口 42 通过氦气循环管路依次与透平回路散热器6、气体压缩机3连接，所述透平回路回热器4的 氦气加热入口 43通过氦气循环管路与所述气体压缩机3连接，所述透平回路回热器4的氦 气加热出口 44通过氦气循环管路与所述启动增压系统7连接，所述透平动力装置1与发电 机设备2和所述气体压缩机3同轴连接。还包括具有散热回路回热器8和散热回路散热器 9的冷却系统；散热回路回热器8具有第一冷却剂入口 81、第一冷却剂出口 82、第二冷却剂 入口 83、第二冷却剂出口 84 ；所述第一冷却剂出口 82通过冷却剂管路依次与所述透平回路 散热器6、散热回路散热器9以及所述第二冷却剂入口 83连接；所述第二冷却剂出口 84通 过冷却剂管路依次与所述发电机设备2、所述第一冷却剂入口 81连接。本实施例的闭式布雷顿循环余热发电系统进行余热发电在进行余热发电的时候， 包括如下步骤(a)通过所述启动增压系统7将循环氦气增压至1. 40Mpa，然后进入所述逆 流烟气换热器5，经过温度为150°C -400°C的废气加热循环氦气，使循环氦气的温度达到 510K;(b)将通过所述逆流烟气换热器5加热后的循环氦气导入所述透平动力装置1，使所 述透平动力装置1驱动所述发电机设备2进行发电，并驱动所述气体压缩机3运转；(c)从 所述透平动力装置1排出的循环氦气通过所述氦气余热回收入口 41进入所述透平回路回 热器4，进行循环氦气的余热回收；(d)从所述透平回路回热器4的氦气余热回收出口 42排 出的循环氦气进入所述透平回路散热器6 ； (e)从所述透平回路散热器6出来的达到气体压 缩机3入口温度要求的循环氦气进入气体压缩机3 ;(f)经气体压缩机3加压后的循环氦气 经过氦气加热入口 43进入透平回路回热器4进行加热，然后从氦气加热出口 44出来进入 启动增压系统7，经启动增压系统7加压至1. 40Mpa，开始又一轮的循环。同时冷却系统也 会在同时被启动，用于降低和维持透平机和整个发电系统的运行温度。在本实施例中，所述逆流烟气换热器5的结构如图2所示，利用热源废气(烟气) 加热氦气循环管路中的循环氦气，烟气从所述逆流烟气换热器5的烟气入口 53进入，然后 从烟气出口 54排出，加热后的循环氦气沿氦气循环管路进入透平动力装置1中，透平动力
4装置1驱动发电机设备2和气体压缩机3，从而实现把热源废气(烟气)的热能转化为电能 和机械能。气体压缩机3用于提高压力，从而保证透平动力装置1运行所需的压差。透平 回路回热器4用于循环氦气的余热回收，透平回路散热器6用于保证循环氦气进入气体压 缩机3的安全温度；散热回路回热器8用于回收冷却系统中冷却剂的余热；散热回路散热 器9用于发电机设备2的冷却，从而保证其在安全温度以下工作；启动增压系统7在系统启 动时提高循环氦气的压力。由于在在整个透平系统和冷却系统中均存在着回热器，可以提 高余热回收效率；另外，氦气循环回路中采用氦气作为介质，整个过程不存在相变，启动热 量较小从而要求启动温度较低(150°C)。开始时，散失的热量大部分被冷却系统回热器吸 收用以保持系统温度，当系统环境温度过高时，冷却系统散热器启动散去多余热量。在系统 达到稳定状态后，即透平机转速达到3000RPM，系统个点压力达到设定值1. 40Mpa，启动增 压系统7将会自动关闭。循环氦气在透平回路回热器4出来后会直接进入逆流烟气换热器 5，进行热量交换从而稳定运行。
权利要求一种闭式布雷顿循环余热发电系统，其特征在于，启动增压系统(7)通过氦气循环管路与逆流烟气换热器(5)的氦气入口(51)连接，所述逆流烟气换热器(5)的氦气出口(52)通过氦气循环管路与透平动力装置(1)连接，透平回路回热器(4)的氦气余热回收入口(41)通过氦气循环管路与所述透平动力装置(1)连接，所述透平回路回热器(4)的氦气余热回收出口(42)通过氦气循环管路依次与透平回路散热器(6)、气体压缩机(3)连接，所述透平回路回热器(4)的氦气加热入口(43)通过氦气循环管路与所述气体压缩机(3)连接，所述透平回路回热器(4)的氦气加热出口(44)通过氦气循环管路与所述启动增压系统(7)连接，所述透平动力装置(1)与发电机设备(2)和所述气体压缩机(3)同轴连接。
2.根据权利要求1所述的闭式布雷顿循环余热发电系统，其特征在于，所述闭式布雷 顿循环余热发电系统还包括具有散热回路回热器(8)和散热回路散热器(9)的冷却系统； 散热回路回热器(8)具有第一冷却剂入口(81)、第一冷却剂出口(82)、第二冷却剂入口 (83)、第二冷却剂出口(84)；所述第一冷却剂出口(82)通过冷却剂管路依次与所述透平回 路散热器(6)、散热回路散热器(9)以及所述第二冷却剂入口(83)连接；所述第二冷却剂 出口(84)通过冷却剂管路依次与所述发电机设备(2)、所述第一冷却剂入口(81)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种闭式布雷顿循环余热发电系统，启动增压系统通过氦气循环管路与逆流烟气换热器的氦气入口连接，逆流烟气换热器的氦气出口通过氦气循环管路与透平动力装置连接，透平回路回热器的氦气余热回收入口通过氦气循环管路与透平动力装置连接，透平回路回热器的氦气余热回收出口通过氦气循环管路依次与透平回路散热器、气体压缩机连接，透平回路回热器的氦气加热入口通过氦气循环管路与气体压缩机连接，透平回路回热器的氦气加热出口通过氦气循环管路与启动增压系统连接，透平动力装置与发电机设备和气体压缩机同轴连接。本实用新型的闭式布雷顿循环余热发电系统对热源废气的温度适应范围广，结构简单，余热利用率高并且稳定可靠。
文档编号F01K27/02GK201687537SQ20102004673
公开日2010年12月29日 申请日期2010年1月11日 优先权日2010年1月11日
发明者宋宪瑞, 童裳慧 申请人:北京世能中晶能源科技有限公司