电厂循环冷 却水等的余热。可代替工业生产过程的冷却装置或减少冷却装置的负荷，如冷却塔、空冷岛 等。
[0026] 该发电系统所用的冷源工质可以是空气、水等常规冷却介质。
[0027] 该发电系统设置有回热器，可回收动力循环中C02的余热，提高循环热效率，降低 换热器及配套泵或风机的功率，从而可以节约能源。
[0028] 该发电方法为：（1)根据余热的量、品位和发电容量配备相应的换热器、工质泵、 循环管路、阀门及其他通用设备；（2)根据朗肯循环系统所需的工质、循环量及管道压降安 装动力循环所需的管路；（3)安装并连接好透平、蒸发器、冷凝器、储液器、工质泵、发电机、 气液分离器、阀门、安全阀、仪表等设备、配件；和（4)根据管路容积计算工质充注量，将纯 度在80 %~99 %的0)2充入循环系统管路中。
[0029] 该发明的原理为：发电工质CCV液体在蒸发器中吸收热量，温度升高变为过热C0 2 蒸气，经过气液分离器将过热co2中的少量液体分离，液体重新返回蒸发器蒸发，过热的CO 2 蒸气进入透平做功，从而带动发电机发电。从透平排出的co2蒸气先经过回热器低压侧预 热回热器高压侧的CCV液体，经过回热器低压侧后进入冷凝器中向冷却介质放热后凝结成 液态，最后借助液体泵重新回到蒸发器，如此循环进行下去。设置储液器是为了防止液体泵 气蚀，在系统稳定运行状态下co 2经过储液器的状态改变很小，可忽略不计。各工艺参数可 以由本领域普通技术人员根据需要确定。
[0030] 本发明的系统和工艺采用天然工质，对臭氧层破坏潜能为0,温室效应潜能小，化 学稳定性好；与设备材料的兼容性好；二氧化碳是惰性气体，不会燃烧或爆炸；价格低廉、 容易获得、不需回收。本发明的系统和工艺可利用低密度的工业余热发电，不仅有效减少工 业废热对环境带来的热污染，还能变废为宝，提高企业的经济效益。
[0031] 实施例1
[0032] 以下结合附图1详细说明本发明，图1是本发明的一种余热发电的工艺流程图。
[0033] 图1中有蒸发器1、透平2、励磁交流发电机3、冷凝器4、回热器5、储液器6、工质 泵7、气液分离器8、热源工质泵9、冷源工质泵10、进气调节装置11、紧急减压装置12、气液 分离器工质泵13、余热工质管路14、C0 2管路15、冷源工质管路16、电磁阀17。
[0034] 余热工质管路14将余热引出口、热源工质泵9和蒸发器1余热工质进口相连，再 将蒸发器1的余热工质出口与余热返回进口相连。C0 2管路15依次将蒸发器1、气液分离器 8、进气调节装置11、透平2、回热器5、储液器6、工质泵7相连接。回热器5的低压侧进口 与透平2的出口相连接，回热器5低压侧的出口与冷凝器4的C0 2进口相连接，回热器5高 压侧的进口与工质泵7出口相接，回热器5高压侧出口与蒸发器1的0)2进口相接。气液分 离器8的中上端接口与蒸发器1的C0 2出口相接，气液分离器8的上端接口与进气调节装置 11相接，气液分离器8的下端接口与电磁阀17、气液分离工质泵13、蒸发器1的C0 2进口依 次相连。透平2与励磁交流发电机3相连。冷源工质管路16将冷源工质出口、冷源工质泵 10、冷凝器4的冷源工质进口相连，将冷源工质进口与冷凝器4的冷源工质出口相连。
[0035] 余热工质通过余热工质管路14进入蒸发器1，与进入蒸发器1的C0 2进行热交换， 将热量传递给C02，温度降低，通过余热工质管路14再次回到原有工艺中。0) 2在蒸发器1 内吸收余热工质释放出的热量，温度升高气化，变为过热气体进入气液分离器8, C02中可能 存在极微量的液体，被分离下来定期由气液分离器工质泵13送回到蒸发器1再次蒸发，过 热蒸气经过进气调节装置11进入透平2膨胀做功，带动励磁发电机3发电。膨胀做功后的 低温低压蒸气通过〇)2管路进入回热器5低压侧与回热器5高压侧内来自工质泵7的高压 C02换热，温度进一步降低。由回热器5低压侧流出的C0 2进入冷凝器4与冷源工质换热冷 凝为液体。冷凝后的C02再流过储液器6被工质泵7吸入加压成为蒸发压力下的高压液体。 通过C0 2管路15经回热器5高压侧进入蒸发器1。
[0036] 实施例2
[0037] 以下结合附图2详细说明本发明，图2是本发明的一种余热发电的工艺流程图。
[0038] 图2中有蒸发器1、透平2、励磁交流发电机3、冷凝器4、回热器5、储液器6、工质 泵7、气液分离器8、进气调节装置11、紧急减压装置12、气液分离器工质泵13、C0 2管路15、 电磁阀17、锅炉烟道18。
[0039] 将发电系统的蒸发器1设置在锅炉烟道18内，C02管路15依次将蒸发器1、气液 分离器8、进气调节装置11、透平2、回热器5、储液器6、工质泵7相连接。回热器5的低压 侧进口与透平2的出口相连接，回热器5低压侧的出口与冷凝器4的C0 2进口相连接，回热 器5高压侧的进口与工质泵7出口相接，回热器5高压侧出口与蒸发器1的C02进口相接。 气液分离器8的中上端接口与蒸发器1的0) 2出口相接，气液分离器8的上端接口与进气 调节装置11相接，气液分离器8的下端接口与电磁阀17、气液分离工质泵13、蒸发器1的 C0 2进口依次相连。透平2与励磁交流发电机3相连。
[0040] 带有余热的烟气经过蒸发器1与其内的co2进行热交换，将热量传递给co 2，温度 降低后通过烟道排出。〇)2在蒸发器1内吸收余热工质释放出的热量，温度升高气化，变为 过热气体进入气液分离器8, C02中可能存在极微量的液体，被分离下来定期由气液分离器 工质泵13送回到蒸发器1再次蒸发，过热蒸气经过进气调节装置11进入透平2膨胀做功， 带动励磁发电机3发电。膨胀做功后的低温低压蒸气通过0) 2管路进入回热器5低压侧与 回热器5高压侧内来自工质泵7的高压C02换热，温度进一步降低。由回热器5低压侧流出 的C0 2进入冷凝器4与冷空气换热冷凝为液体。冷凝后的CO 2再流过储液器6被工质泵7 吸入加压成为蒸发压力下的高压液体。通过C02管路15经回热器5高压侧进入蒸发器1。
[0041] 发明人测试了在实施例1和实施例2的发电系统中，回热器高低压侧不同温度下 的对数温差和循环效率，其值示于表1。
[0042] 表1回热器高低压侧不同温度下对数温差及循环效率
[0043]
【主权项】
1. 一种天然工质余热发电系统，其特征是该系统包括余热利用回路、CO2动力循环回 路、0)2冷凝回路，其中，余热利用回路是将余热工质引出口与蒸发器余热进口相连，并在管 路上装有泵或风机；〇) 2动力循环回路是CO2管路依次将蒸发器、气液分离器、进气调节装 置、透平、回热器、储液器、工质泵相连接，气液分离器的中上端接口与蒸发器〇) 2的出口相 接，气液分离器的上端接口与进气调节装置相接，气液分离器的下端接口与电磁阀、气液分 离工质泵、蒸发器CO2进口依次相连，回热器的低压侧进口与透平的出口相连接，回热器低 压侧的出口与冷凝器CO2进口相连接，回热器高压侧的进口与工质泵出口相接，回热器高压 侧出口与蒸发器〇) 2进口相接，透平与发电机相连；CO2冷凝回路是冷源工质管路，将冷凝器 的冷源工质出口、冷源工质泵、冷凝器的冷源工质进口相连。
2. 根据权利要求1的天然工质余热发电系统，其特征是：该系统使用的余热是高温烟 气余热、高温产品和炉渣的余热、冷却介质的余热、可燃废气废液和废料的余热、废汽和废 水的余热或化学反应余热。
3. 根据权利要求1或2的天然工质余热发电系统，其特征是：该系统使用的余热是 350°C以下的中低温余热。
4. 根据权利要求1的天然工质余热发电系统，其特征是：该系统使用的CO2为纯度为 80%~99% 的C02。
5. 根据权利要求1的天然工质余热发电系统，其特征是：该系统使用的冷源工质是空 气或水。
6. 根据权利要求1的天然工质余热发电系统，其特征是：该系统的蒸发器、冷凝器、回 热器的换热方式是逆流式、顺流式、错流式或混流式。
7. 根据权利要求1的天然工质余热发电系统，其特征是：该系统使用的透平是膨胀机 或汽轮机。
8. -种利用任一权利要求1-7的天然工质余热发电系统的余热发电方法，其特征是， 包括以下步骤： (1) 根据余热的量、品位和发电容量配备相应的换热器、工质泵、循环管路、阀门及其 他通用设备； (2) 根据朗肯循环系统所需的工质及循环量及管道压降安装动力循环所需的管路； (3) 安装并连接好透平、蒸发器、冷凝器、储液器、工质泵、发电机、气液分离器、阀门、 安全阀、仪表等设备、配件；和 (4) 根据管路容积计算各工质充注量。
【专利摘要】本发明涉及一种天然工质余热发电系统和发电方法，该系统包括余热利用回路、CO2动力循环回路、CO2冷凝回路。采用该系统发电时，首先根据工业余热的量、品位和发电容量配备相应的换热器、工质泵、循环管路、阀门及其他通用设备；然后安装并连接好透平、蒸发器、冷凝器、储液器、工质泵、发电机、气液分离器、管路、阀门、安全阀、仪表等设备、配件；再根据管路容积计算工质充注量，将纯度在80%~99%的CO2充入循环系统管路中。该系统和方法采用天然工质CO2，不会破坏臭氧层，化学稳定性好，价格低廉、容易获得、不需回收，该系统和工艺可利用低密度的工业余热发电，不仅能减少工业废热对环境带来的热污染，还能变废为宝，提高企业的经济效益。
【IPC分类】F01K25-10
【公开号】CN104791030
【申请号】CN201510189434
【发明人】张信荣, 刘勇, 王少茹, 付加庭, 李宁, 李林凤
【申请人】北京大学包头创新研究院
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月21日