综合利用工厂余热进行分馏干燥和发电的装置及工作方法与流程

本发明涉及一种综合利用工厂余热进行分馏干燥和发电的装置，通过第二类吸收式热泵系统、分馏系统、有机朗肯循环系统和干燥系统的有机配合，将回收的余热进行梯级利用。属于能源利用领域。

背景技术：

炼化企业在生产过程中,不可避免地产生大量余热。炼化企业的低温余热主要分布于常减压蒸馏、催化裂化、延迟焦化,这三部分的低温余热约占全厂低温余热总量的60％～80％。生产过程中未被利用的低温余热最终会以各种形式排放到环境中,成为废弃热能,其主要通过以下四种途径排放:空冷器排弃、中间产品罐排弃、烟气系统排弃和循环水冷却系统排弃。其中循环水冷却系统排弃的低温余热约占全厂低温余热的80％。生产过程中产生的低温余热以各种形式被排弃,而一些需要低温热的装置、设备却耗用大量的蒸汽。据统计,我国的能源利用率仅约30％,而日本的能源利用率在60％以上,这其中一个重要原因就是没有充分利用生产过程中产生的低温余热。这种现状既造成了能源的重复浪费,又对环境产生了热污染。因此研究分析低温余热的回收利用,具有非常实际的意义。

城市污水处理已成为各地共识，然而污水处理残留的高浓度污染物(污泥)的处理，近几年才逐渐得到各国的重视。按照目前大部分污水厂的工艺，每处理1t污水，会产生1kg左右含水率80％的湿污泥。这种污泥用直接焚烧工艺可焚烧，但是为了保证污泥的稳定燃烧，一般都需掺人辅助燃料(煤或油)，且燃烧效率和热效率都较低，因此综合成本比较高。如果对湿污泥进行干燥后再燃烧，含水率小于35％时，其热值将提高到6.28～10.5mj/kg，可以比较便利地实现稳定燃烧。因此，如何实现干燥，获得了广泛的重视。

干燥系统可以简单划分为热源和末端干燥装置两大部分，不同方式的稳定性和经济性有很大差异。热源的选择主要受制于能源价格，从污泥处理的各种可行方案来看，采用余热，结合干燥后污泥本身的能量，作为综合能源方案，成本比较低。如果作为城市总体部署，可以适当建立一些发电项目，兼顾提供污泥处理所需的热源。很多造纸、皮革、化工企业，具备了本身的污水处理能力，但是为了处理其残余污泥而建造发电厂是不经济的。如果将含水75％以上的污泥运输到最近的污泥处理厂，也会面临一系列的物流问题。而建造小型污泥干燥设备，把污泥的含水率降低到35％以下，基本成为颗粒状，后续的包装、堆放就会比较便利，物流容易组织。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，满足炼化企业所需，提供一种综合利用工厂余热进行分馏干燥和发电的装置。

本发明是通过将有机朗肯循环系统、第二类吸收式热泵系统、分馏系统和干燥系统相耦合，实现了低温余热回收和中温余热梯级利用。通过回收工厂低温余热实现工质分馏，产生的中温余热梯级利用，实现发电的同时干燥工厂自身产生的污泥，提高能源的利用效率，降低系统的能源消耗，提升系统整体运营的经济性和环保性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种综合利用工厂余热进行分馏干燥和发电的装置，由有机朗肯循环系统、分馏系统、干燥系统和第二类吸收式热泵系统构成，其中所述有机朗肯循环系统包括：第三换热器、透平膨胀机、发电机、第一换热器、工质泵，所述第三换热器左上接口连接所述透平膨胀机右接口，所述透平膨胀机通过轴与所述发电机相连，所述透平膨胀机下接口连接所述第一换热器左下接口，所述第一换热器左上接口连接所述工质泵下接口，所述工质泵上接口连接所述第三换热器左下接口；所述分馏系统包括：第四溶液泵、再沸器、分馏塔、三通阀，所述分馏塔的上接口连接所述第三换热器的右上接口，所述分馏塔的下接口连接所述再沸器的左下接口，所述三通阀的左接口连接所述第三换热器右上接口，所述三通阀右接口连接所述再沸器右下接口，所述三通阀下接口连接所述第二换热器左接口，所述第二换热器右接口连接所述第四溶液泵；所述干燥系统包括：第二换热器、风机、干燥室、第一换热器，第一节流阀、压缩机、第一冷凝器，所述第二换热器左接口连接所述风机右接口，所述风机下接口连接所述干燥室上接口，所述干燥室下接口连接所述第一换热器上接口，所述第一换热器下接口连接所述第一冷凝器下接口，所述第一冷凝器上接口连接所述第二换热器右接口，所述压缩机的上接口连接所述第一冷凝器左上接口，所述第一冷凝器左下接口连接所述第一节流阀上接口，所述第一节流阀下接口连接所述第一换热器右下接口，所述第一换热器右上接口连接所述压缩机的下接口；所述第二类吸收式热泵系统包括：常减压催化裂化延迟焦化装置、发生器、第一溶液泵、第二溶液热交换器、低温吸收器、第二溶液泵、第三溶液泵、第三溶液热交换器、高温吸收器、第二冷凝器、冷剂液泵、蒸发器、第二节流阀，所述常减压催化裂化延迟焦化装置余热出口连接所述发生器右下接口，所述发生器下接口连接所述第一溶液泵右接口，所述第一溶液泵左接口连接所述第二溶液热交换器左下接口，所述第二溶液热交换器左上接口连接所述低温吸收器左下接口，所述低温吸收器右上接口连接所述第三溶液泵右接口，所述第三溶液泵上接口连接所述第三溶液热交换器左下接口，所述第三溶液热交换器左上接口连接所述高温吸收器喷淋器，所述高温吸收器下接口连接所述第三溶液热交换器右上接口，所述第三溶液热交换器右下接口连接所述第二溶液泵上接口，所述第二溶液泵右接口连接所述低温吸收器喷淋器，所述低温吸收器下接口连接所述第二溶液热交换器右上接口，所述第二溶液热交换器右下接口连接所述发生器喷淋器，所述发生器右接口连接所述第二冷凝器左接口，所述第二冷凝器下接口连接所述冷剂液泵左接口，所述冷剂液泵右接口连接所述第二节流阀右接口，所述第二节流阀左接口连接所述蒸发器的余热喷淋器，所述冷剂液泵右接口连接所述高温吸收器，所述发生器右上接口连接所述蒸发器右下接口，所述蒸发器右上接口连接所述常减压催化裂化延迟焦化装置余热入口。

进一步，所述有机朗肯循环系统中设有循环工质，所述的循环工质为r123或r134a。

进一步，所述第二节流阀为毛细管或电子膨胀阀。

进一步，所述分馏塔为脱乙烷塔或丁烯塔。

进一步，所述第一溶液泵、所述第二溶液泵、所述第三溶液泵和所述冷剂液泵为离心泵或屏蔽泵。

进一步，所述第二类吸收式热泵系统中设有循环工质，所述的循环工质为氨水溶液或溴化锂水溶液。

进一步，在所述第二溶液热交换器和所述发生器之间设有第一溶液热交换器，在所述低温吸收器和所述第三溶液泵之间设有闪蒸器，在所述高温吸收器和所述蒸发器之间设有吸收-蒸发器，在所述第一换热器和所述压缩机之间设有感温包。

进一步，所述的连接采用管道连接。

一种综合利用工厂余热进行分馏干燥和发电的装置的工作方法为：

(a)所述常减压催化裂化延迟焦化装置的余热水进入所述发生器放热后供给所述蒸发器，在所述蒸发器内放热降温后的余热水再返回到所述常减压催化裂化延迟焦化装置中继续换热，如此循环；

(b)从所述发生器出来的溶液依次经所述第一溶液泵、所述第一溶液热交换器和所述第二溶液热交换器进入所述低温吸收器，被加热升温后进入所述闪蒸器闪蒸出部分冷剂蒸汽，释放冷剂蒸汽后的溶液浓度增加，经所述第二溶液泵和所述第三溶液热交换器进入所述高温吸收器，吸收来自所述吸收—蒸发器的冷剂蒸汽并放热于流经其内的被加热介质，稀溶液经所述第三溶液热交换器和所述第二溶液泵进入所述低温吸收器，吸收来自所述吸收—蒸发器的冷剂蒸汽并放热于其内介质，稀溶液经所述第二溶液热交换器进入所述吸收—蒸发器，吸收来自所述蒸发器的冷剂蒸汽并放热于其内介质，稀溶液经所述第一溶液热交换器进入所述发生器，如此循环；

(c)从所述发生器出来的冷剂蒸汽和来自所述闪蒸器闪蒸出的蒸汽一起进入所述第二冷凝器，放热于冷却介质并经所述冷剂液泵分为两路，一路经所述第二节流阀节流降压后进入所述蒸发器，另一路进入所述吸收—蒸发器，进入所述蒸发器的冷剂液吸收余热成为冷剂蒸汽向所述吸收—蒸发器提供，被来自所述低温吸收器的溶液吸收并放热于另一路冷剂介质使其成为冷剂蒸汽向所述高温吸收器提供，如此循环；

(d)低温溶液在所述高温吸收器中吸热变成高温蒸汽驱动所述再沸器工作，所述再沸器中被气化的两相流被送入所述分馏塔中，沸点低的气相组分向上通过塔盘，沸点高的液相组分掉回到塔底，如此循环；

(e)所述分馏塔塔顶物料余热产生的余热水和再沸器产生的冷凝水一同进入所述第三换热器放热，有机朗肯循环中的有机工质在所述第三换热器中从余热流中吸收热量，生成具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入所述透平膨胀机膨胀做功，从而带动所述发电机发电，从所述透平膨胀机排出的蒸汽在所述第一换热器中放热凝结成液态，最后借助所述工质泵重新回到所述第三换热器，如此循环；

(f)从所述第三换热器流出的余热水进入所述第二换热器放热后借助所述第四溶液泵回到所述高温吸收器，所述第二换热器内的热量经所述风机吹入所述干燥室干燥污泥，从所述干燥室出来的湿空气经所述第一换热器降温除湿后再经所述第一冷凝器加热升温，循环空气通过风道循环流动，从污泥中吸收水分，通过所述第一换热器将水分凝结排出，如此循环。

本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

1、多级换热降低了换热器的换热温差，减少了损失，减小了设备尺寸

2、本发明将发生器出口的浓溶液先进入低温吸收器，吸热后部分水汽化，焓值高，由于闪蒸器内压力很低，因此溶液会闪蒸出部分冷剂蒸汽，故溶液浓度得到进一步提高，这样更容易获得高温。

3、利用低温余热进行污泥干燥，既避免了湿污泥要运到污泥处理厂面临的一系列物流问题，也减少了湿污泥燃烧的综合成本。

4、本发明回收了常减压催化裂化和延迟焦化装置的热量，采用两级吸收式热泵作为分馏的热源，实现了热源的高效利用，减小了能源的浪费，保护了环境。

5、工业用电价格高，本发明提供的梯级利用中低温余热的供电方法与装置，可回收中低温余热同时进行发电和干燥，不需要从电网购电。

附图说明

图1为本发明一种综合利用工厂余热进行分馏干燥和发电的装置的结构原理示意图；

图中：1为常减压催化裂化延迟焦化装置、2为发生器、3为第一溶液泵、4为第一溶液热交换器、5为第二溶液热交换器、6为低温吸收器、7为闪蒸器、8为第二溶液泵、9为第三溶液泵、10为第三溶液热交换器、11为高温吸收器、12为第二冷凝器、13为冷剂液泵、14为蒸发器、15为第二节流阀、16为吸收-蒸发器、17为第一换热器、18为再沸器、19为第四溶液泵、20为分馏塔、21为第三换热器、22为透平膨胀机、23为发电机、24为工质泵、25为三通阀、26为第二换热器、27为风机、28为干燥室、29为第一冷凝器、30为压缩机、31为第一节流阀、32为感温包。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特性和优点更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体施例做详细说明。

如图1所示，为本发明实施例的一种综合利用工厂余热进行分馏干燥和发电的装置，由有机朗肯循环系统、分馏系统、干燥系统和第二类吸收式热泵系统构成，其中所述有机朗肯循环系统包括：第三换热器21、透平膨胀机22、发电机23、第一换热器17、工质泵24，所述第三换热器21左上接口连接所述透平膨胀机22右接口，所述透平膨胀机22左接口通过轴与所述发电机23相连，所述透平膨胀机22下接口连接所述第一换热器17左下接口，所述第一换热器17左上接口连接所述工质泵24下接口，所述工质泵24上接口连接所述第三换热器21左下接口；所述分馏系统包括：第四溶液泵19、再沸器18、三通阀25、分馏塔20，所述分馏塔20的上接口连接所述第三换热器21的右上接口，所述分馏塔20的下接口连接所述再沸器18的左下接口，所述三通阀25的左接口连接所述第三换热器21右上接口，所述三通阀25右接口连接所述再沸器18右下接口，所述三通阀25下接口连接所述第二换热器26左接口，所述第二换热器26右接口连接所述第四溶液泵19；所述干燥系统包括：第二换热器26、风机27、干燥室28、第一换热器17，第一节流阀31、压缩机30、第一冷凝器29、感温包32，所述第二换热器26左接口连接所述风机27右接口，所述风机27下接口连接所述干燥室28上接口，所述干燥室28下接口连接所述第一换热器17上接口，所述第一换热器17下接口连接所述第一冷凝器29下接口，所述第一冷凝器29上接口连接所述第二换热器26右接口，所述压缩机30的上接口连接所述第一冷凝器29左上接口，所述第一冷凝器29左下接口连接所述第一节流阀31上接口，所述第一节流阀31下接口连接所述第一换热器17右下接口，所述第一换热器17右上接口连接所述压缩机30的下接口，所述第一节流阀31连接所述感温包32；所述第二类吸收式热泵系统包括：常减压催化裂化延迟焦化装置1、发生器2、第一溶液泵3、第一溶液热交换器4、第二溶液热交换器5、低温吸收器6、第二溶液泵8、第三溶液泵9、闪蒸器7、第三溶液热交换器10、高温吸收器11、第二冷凝器12、冷剂液泵13、蒸发器14、第二节流阀15、吸收—蒸发器16，所述常减压催化裂化延迟焦化装置1余热出口连接所述发生器2右下接口，所述发生器2下接口连接所述第一溶液泵3右接口，所述第一溶液泵3左接口连接所述第一溶液热交换器4左下接口，所述第一溶液热交换器4左上接口连接所述第二溶液热交换器5左下接口，所述第二溶液热交换器5左上接口连接所述低温吸收器6左下接口，所述低温吸收器6右上接口连接所述闪蒸器7右下接口，所述闪蒸器7左下接口连接所述第三溶液泵9右接口，所述第三溶液泵9上接口连接所述第三溶液热交换器10左下接口，所述第三溶液热交换器10左上接口连接所述高温吸收器11喷淋器，所述高温吸收器11下接口连接所述第三溶液热交换器10右上接口，所述第三溶液热交换器10右下接口连接所述第二溶液泵8上接口，所述第二溶液泵8右接口连接所述低温吸收器6喷淋器，所述低温吸收器6下接口连接所述第二溶液热交换器5右上接口，所述第二溶液热交换器5右下接口连接所述吸收—蒸发器16喷淋器，所述吸收—蒸发器16下接口连接所述第一溶液热交换器4右上接口，所述第一溶液热交换器4右下接口连接所述发生器2喷淋器，所述发生器2右接口连接所述第二冷凝器12左接口，所述第二冷凝器12下接口连接所述冷剂液泵13左接口，所述冷剂液泵13右接口连接所述第二节流阀15右接口，所述第二节流阀15左接口连接所述蒸发器14的余热喷淋器，所述蒸发器14左接口连接所述吸收—蒸发器16左接口，所述冷剂液泵13右接口连接所述吸收—蒸发器16右下接口，所述吸收—蒸发器16右上接口连接所述低温吸收器6右下接口，所述吸收—蒸发器16右上接口连接所述高温吸收器11右接口，所述发生器2右上接口连接所述蒸发器14右下接口，所述蒸发器14右上接口连接所述常减压催化裂化延迟焦化装置1余热入口。

其中，所述有机朗肯循环系统中设有循环工质，所述的循环工质为r134a；所述第二节流阀为电子膨胀阀；所述分馏塔为脱乙烷塔；所述第一溶液泵、所述第二溶液泵、所述第三溶液泵和所述冷剂液泵均为屏蔽泵，屏蔽泵是吸收式热泵系统中溶液泵和溶剂泵的唯一选择；所述第二类吸收式热泵系统中设有循环工质，所述的循环工质为溴化锂水溶液；所述的连接采用管道连接。

本发明的一种综合利用工厂余热进行分馏干燥和发电的装置的工作方法为：

(a)所述常减压催化裂化延迟焦化装置1的余热水进入所述发生器2放热后供给所述蒸发器14，在所述蒸发器14内放热降温后的余热水再返回到所述常减压催化裂化延迟焦化装置1中继续换热，如此循环；

(b)从所述发生器2出来的溶液经所述第一溶液泵3、所述第一溶液热交换器4和所述第二溶液热交换器5进入所述低温吸收器6，被加热升温后进入所述闪蒸器7闪蒸出部分冷剂蒸汽，释放冷剂蒸汽后的溶液浓度增加，经所述第二溶液泵8和所述第三溶液热交换器10进入所述高温吸收器11，吸收来自所述吸收—蒸发器16的冷剂蒸汽并放热于流经其内的被加热介质，稀溶液经所述第三溶液热交换器10和所述第二溶液泵8进入所述低温吸收器6，吸收来自所述吸收—蒸发器16的冷剂蒸汽并放热于其内介质，稀溶液经所述第二溶液热交换器5进入所述吸收—蒸发器16，吸收来自所述蒸发器14的冷剂蒸汽并放热于其内介质，稀溶液经所述第一溶液热交换器4进入所述发生器2，如此循环；

(c)从所述发生器2出来的冷剂蒸汽和来自所述闪蒸器7闪蒸出的蒸汽一起进入所述第二冷凝器12，放热于冷却介质并经所述冷剂液泵13分为两路，一路经所述第二节流阀15节流降压后进入所述蒸发器14，另一路进入所述吸收—蒸发器16，进入所述蒸发器14的冷剂液吸收余热成为冷剂蒸汽向所述吸收—蒸发器16提供，被来自所述低温吸收器6的溶液吸收并放热于另一路冷剂介质使其成为冷剂蒸汽向所述高温吸收器11提供，如此循环；

(d)低温溶液在所述高温吸收器11中吸热变成高温蒸汽驱动所述再沸器18工作，所述再沸器18中被气化的两相流被送入所述分馏塔20中，沸点低的气相组分向上通过塔盘，沸点高的液相组分掉回到塔底，如此循环；

(e)所述分馏塔20塔顶物料余热产生的余热水和再沸器产生的冷凝水一同进入所述第三换热器21放热，有机朗肯循环中的有机工质在所述第三换热器21中从余热流中吸收热量，生成具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入所述透平膨胀机22膨胀做功，从而带动所述发电机23发电，从所述透平膨胀机22排出的蒸汽在所述第一换热器17中放热凝结成液态，最后借助所述工质泵24重新回到所述第三换热器21，如此循环；

(f)从所述第三换热器21流出的余热水进入所述第二换热器26放热后借助所述第四溶液泵19回到所述高温吸收器11，所述第二换热器26内的热量经所述风机27吹入所述干燥室28干燥污泥，从所述干燥室28出来的湿空气经所述第一换热器17降温除湿后再经所述第一冷凝器29加热升温，循环空气通过风道循环流动，从污泥中吸收水分，通过所述第一换热器17将水分凝结排出，如此循环。

以上为本发明的具体说明，仅为本发明的最佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内的修改、等同替换等，应均在本发明的保护范围之内。