对气体机余热能进行梯级回收的多能量形式输出的能源塔的制作方法_2

文档序号:9286152阅读:来源:国知局
条支路,第一条支路a通过一个缸套水加热器6 与经过水蒸气朗肯循环系统2热交换后的内燃机1排出的180°C左右高温气体进行热交换, 然后进入溴冷机组4中的发生器中作为吸收式制冷系统的热源进行热交换,缸套水从发生 器出来后温度降到稍低于进入内燃机1要求的温度,经汇合点d流入内燃机1 ;第二条支路 b用于与所述的有机朗肯循环系统3进行热交换,用于预热有机朗肯循环系统3中的有机工 质,预热完工质后的缸套水温度降到稍低于进入内燃机1要求的温度,经汇合点d流入内燃 机1 ;第三条支路c直接流入汇合点d,用于调节三条支路的缸套水在最终混合后的温度,以 便在满足缸套水进入内燃机1所要求的温度后,流入内燃机1。
[0031] 第一条支路a和第二条支路b的缸套水在汇合点d时的设计温度低于进机要求温 度是为了避免三条支路汇合后水温高于进机要求温度,还需再进行额外冷却。当汇合点d 温度出现小范围波动时,调节第三支路c的流量就可以调整缸套水最终进机温度。
[0032] 所述的水蒸气朗肯循环系统2包括有:内部能够贯通所述内燃机1排出的高温气 体,用于将流过内部的水加热成高温高压气体的余热锅炉21,通过管路连接余热锅炉21流 出的高温高压气体,用于膨胀做功的汽轮机22,通过管路连接汽轮机22作功后排出的汽 体,用于给所述的汽体降温冷凝的第一冷凝器23,通过管路连接经第一冷凝器23的冷凝成 液体水的出口,用于对所述液体水进行加压的栗24,所述经栗24加压后的液体水通过管路 进入所述的余热锅炉21再次与所述的内燃机1排出的高温气体进行热交换,所述的汽轮机 22米用背压式。
[0033] 汽轮机22采用背压式,其出口压力略高于大气压,所以冷凝器24中水的冷凝温度 略大于100°C。由于冷凝温度较高,因此这部分冷凝热继续作为下级有机朗肯循环系统3循 环的蒸发热源。被冷凝成液体的水被栗加压送到余热锅炉21中继续加热进行下次循环。高 温排气在余热锅炉中经过一次换热后温度降低到大约180°C左右。
[0034] 所述的有机朗肯循环系统3包括有通过流入的高温气态工质进行膨胀作功的膨 胀机31,通过管路连接膨胀机31做功后流出的低温气态工质,并与流经内部的冷却水进行 热交换的第二冷凝器32,流出第二冷凝器32的低温液态工质通过管路和设置在所述管路 上的工质栗33分为三路,其中的一路低温液态工质通过管路连接到缸套水换热器6排气端 的用于加热低温液态工质的排气预热器34,排气预热器34流出的高温液态工质通过管路 连接至工质汇合点e;第二路低温液态工质通过管路连接到用所述内燃机1的增压空气给 低温液态工质加热的增压空气预热器35,从所述增压空气预热器35流出的液态工质通过 管路连接至工质汇合点e;第三路低温液态工质通过管路连接到用所述内燃机1缸套水的 第二条支路b流出的缸套水给低温液态工质加热的缸套水预热器36,从所述缸套水预热器 36流出的液态工质通过管路连接至工质汇合点e,所述的流至工质汇合点e的三路低温液 态工质共同通过管路连接水蒸气朗肯循环系统2中的用于通过吸收水蒸气朗肯循环系统 的冷凝热而形成高温气态工质的第一冷凝器23 (起到下级有机朗肯循环蒸发器的作用), 从第一冷凝器23流出的高温气态工质再通过管路连接到所述膨胀机31作功,作功后流出 的工质,再经第二冷凝器32冷凝成液态,以及工质栗33的加压后开始下次循环。
[0035] 有机朗肯循环系统3中,为了对不同热源的相似能量品质段的余热进行充分的回 收利用,将从冷凝器32出来经过工质栗加压的低温液态工质在栗后分为三路:一部分由部 分缸套水预热到接近缸套水出机温度;另一部分由增压空气预热到一个相对较高的温度水 平(接近增压空气温度但小于或等于有机朗肯循环系统3的蒸发温度),同时增压空气被冷 却到接近有机朗肯循环系统3中冷凝器出口工质温度,这样增压空气就基本降到了进入气 缸内燃烧所要求的温度,因此有机朗肯循环系统3中的增压空气预热器也起到了空气中冷 器的作用;最后一部分工质被二次换热后的低温排气预热到相对较高的温度(接近排气在 缸套水换热器出口的温度但小于或等于有机朗肯循环系统3的蒸发温度),然后三路工质 再混合成一股,这时工质已经被预热到一个较高的温度水平,且可能已经是两相流体。最后 有机工质在水蒸气朗肯循环的第一冷凝器(相当于有机朗肯循环系统3的蒸发器)中吸收 上级水的冷凝热而全部变成高温气态工质。高温气态工质在膨胀机中膨胀做功后经第二冷 凝器被冷凝成液体,再由栗加压送到各个换热器中开始下次循环。
[0036] 流经所述排气预热器34与所述的低温液态工质进行热交换后的内燃机1排出的 高温气体终端通过管路连接用于给生活用水进行加热的热水换热器5。
[0037] 所述的溴冷机组4包括有通过经第二支路b流入的缸套水对流经内部的稀溶液进 行加热的发生器41,从所述发生器41流出的缸套水通过管路连接到汇合点d并流入内燃机 I;经所述发生器41加热后的稀溶液一部分变为气态制冷剂通过管路连接到用于冷凝所述 气态制冷剂的第三冷凝器46,另一部分变为高温浓溶液依次通过溶液热交换器42和第一 膨胀阀43连接到用于吸收制冷剂的吸收器44 ;经第三冷凝器46被冷却水冷凝成液态的制 冷剂依次通过过冷器47、第二膨胀阀48连接到用于对载冷剂进行热交换的蒸发器49,经过 蒸发器49热交换后的制冷剂通过管路连接过冷器47并与从所述第三冷凝器46流入过冷 器47的液态制冷剂进行热交换后,通过管路连接到用于吸收制冷剂并与冷却水进行热交 换的吸收器44,经吸收器44后的液态制冷剂形成稀溶液通过管路和设置在管路上的溶液 栗45连接至溶液热交换器42,并与从所述发生器41流入溶液热交换器42中出的浓溶液进 行热交换后进入发生器41,与流经发生器41内的缸套水再次进行热交换。
[0038] 本发明的对气体机余热能进行梯级回收的多能量形式输出的能源塔,排气一共经 过四次换热:第一次换热将水加热成过热蒸气,换热后温度为大约180°C;第二次换热用于 加热作为吸收式制冷系统热源的那部分缸套水,以提高发生器里的蒸发终温和输入热量, 从而提高制冷量,换热后温度为大约ll〇°C;第三次换热是将还剩下的一点较高温度的热量 传给有机朗肯循环系统3,增大有机朗肯循环系统3输出功,换热后温度为大约60°C;最后 一次换热是加热生活用低温热水(如洗澡水),因为气体燃料中氢含量高,燃烧后尾气中水 蒸气含量较大,这部分水蒸气在60°C左右凝结成水,并放出较多的冷凝潜热。因此可以用这 部分液化潜热去加热低温的生活用热水。
[0039] 下面给出一实例:
[0040] 本实施例中的气体机以及其余热源参数如表1所示。
[0041] 表1?气体机以及其余热源参数(额定工况)
[0042]
[0043] 水蒸气朗肯循环是对排气余热进行回收利用的第一级,余热锅炉,背压式汽轮机, 冷凝器,水栗依次连接构成朗肯循环。涡轮增压器后的排气首先进入余热锅炉,将水加热成 1.6MPa的高温高压的过热蒸气。余热锅炉后连接着背压式汽轮机(背压为2bar),过热蒸 气从锅炉中出来进入汽轮机中膨胀做功,推动汽轮机旋转。汽轮机连接着一个发电机,从而 带动电机为建筑供电。汽轮机后连接着冷凝器的热流体侧,膨胀后的汽体在这里被冷凝成 冷凝压力2bar下120°C的饱和液态水,接着被水栗加压到蒸发压力后再次送入余热锅炉, 至此完成循环。水蒸汽朗肯循环可发出大约90kW的输出功。烟气在余热锅炉中经过一次 换热后,温度降低到大约180°C左右。
[0044] 朗肯循环的冷凝器也是下级ORC(有机朗肯循环系统)的蒸发器,它是两个循环的 连接部件,换热器中热流体是朗肯循环的工质水,冷流体是ORC的有机工质,此实施例中有 机工质为R123。工质R123在蒸发器中吸收上级水的冷凝热而全部变成0. 97MPa下110°C 饱和蒸汽,然后进入膨胀机中膨胀做功。膨胀机同样连接着一个发电机,并拖动电机为建 筑供电。膨胀机后连接着冷凝器,膨胀后的有机工质在这里被外接冷却水冷成38°C左右的 饱和液态工质。冷凝器后的工质分为三条支路:第一条支路上连接着缸套水预热器冷流体 侦牝之后连接至工质汇合点。预热器内的热流体为一部分缸套水,其在换热器进口温度
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