有机朗肯循环烟气余热回收系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种有机朗肯循环烟气余热回收系统，属于余热利用技术领域，包括有机朗肯系统和烟气处理系统，还包括分流保护系统和控制系统，所述分流保护系统、烟气处理系统通过三通阀I与有机朗肯系统并联、并与烟气通道连通。本实用新型通过设置分流保护系统作为副系统对进入系统中的烟气量进行分流，从而使通过主系统有机朗肯系统的烟气量、热量始终保持稳定，使系统始终处于较平稳的运行状态，避免系统各部件长期处于过热及高负荷运转状态影响其寿命和增加成本的问题，同时，通过控制系统对余热回收过程进行全程控制，使对系统的控制更高效、准确、智能，余热利用效率和质量更高。
【专利说明】
有机朗肯循环烟气余热回收系统
技术领域
[0001]本实用新型属于余热利用技术领域，具体涉及一种具有保护功能、可稳定运行的有机朗肯循环烟气余热回收系统。
【背景技术】
[0002]在石油、冶金、钢铁等化工行业中存在着大量的中低温余热，若直接通过锅炉或冷凝设备将大量的中、低温的烟气、废水排放到环境中，这样虽然释放了大量的热量，但是不仅会造成巨大的能源浪费，同时还会造成严重的环境热污染。回收利用这些余热资源，一方面可以提高对于一次能源的利用率，另一方面也可以减轻化工行业中的环境热污染问题。另外，在我国还存在丰富的其他形式的低品位热源，如地热能、太阳能、生物质能等。随着能源危机和环境问题的日益加剧，对这些低品位能源的利用已经逐渐引起了人们的重视。
[0003]有机朗肯循环(ORC)系统作为一种回收低品位热能的有效方法，弥补了以水为工质的朗肯循环的缺陷，在回收低品位热能时具有更高的效率，因此有着极其广阔的应用前景。然而在系统运行过程中，会存在一定的干扰及波动，所以会导致系统运行的不稳定性，如蒸发器做功突增、热源端过热、冷凝端循环水量不足等现象，导致系统发电量发生偏差，严重时会导致设备停运，不仅对系统的运行有影响，而且会导致系统设备的寿命减少，对系统经济性而言是一种巨大的挑战。
[0004]针对上述问题，有必要对现有的有机朗肯循环系统民改进，提出一种可以确保系统始终处于平稳运行状态的保护方案。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种具有保护功能的有机朗肯循环烟气余热回收系统，能够使系统始终处于较平稳的运行状态，避免系统各部件长期处于过热及高负荷运转状态影响其寿命和增加成本的冋题。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种有机朗肯循环烟气余热回收系统，包括有机朗肯系统和烟气处理系统，还包括分流保护系统和控制系统，所述分流保护系统、烟气处理系统通过三通阀I与有机朗肯系统并联、并与烟气通道连通，所述控制系统分别与有机朗肯系统、分流保护系统及三通阀I连通进行控制。
[0008]进一步，所述有机朗肯系统包括蒸发器1、冷凝器1、储液装置1、膨胀机I和发电装置I，所述蒸发器I设有烟气进口、烟气出口、工质进口和工质出口，所述冷凝器I设有工质进口、工质出口、冷却水进口和冷却水出口，
[0009]所述蒸发器I的烟气进口与三通阀I连通，其烟气出口与烟气处理系统连通，形成余热吸收回路I;所述蒸发器I的工质进口与储液装置I连通，其工质出口与膨胀机I和发电装置I连通，膨胀机I与冷凝器I的工质进口连通，冷凝器I的工质出口与储液装置I连通，形成余热利用循环回路I。
[0010]进一步，所述蒸发器I与膨胀机I相连的管路上设置有三通阀II，所述三通阀II与冷凝器I的工质进口连通。
[0011]进一步，所述分流保护系统包括蒸发器I1、冷凝器I1、储液装置I1、膨胀机II和发电装置II，所述蒸发器II设有烟气进口、烟气出口、工质进口和工质出口，所述冷凝器II设有工质进口、工质出口、冷却水进口和冷却水出口，
[0012]所述蒸发器II的烟气进口与三通阀I连通，其烟气出口与烟气处理系统连通，形成余热吸收回路II;所述蒸发器II的工质进口与储液装置II连通，其工质出口与膨胀机II和发电装置II连通，膨胀机II与冷凝器II的工质进口连通，冷凝器II的工质出口与储液装置II连通，形成余热利用循环回路II。
[0013]进一步，所述蒸发器II与膨胀机II相连的管路上设置有三通阀III，所述三通阀
III与冷凝器II的工质进口连通。
[0014]进一步，所述控制系统包括设置在回收系统各回路中的多个压力传感器、温度传感器、止回阀、流量计、流量控制阀及截止阀和对三通阀、压力传感器、温度传感器、流量计、流量控制阀及截止阀进行控制的多个PLC控制器。
[0015]进一步，还包括超温保护系统，所述超温保护系统包括设置在余热吸收回路I上蒸发器I与烟气处理系统之间的预热器、设置在余热利用循环回路I上储液装置I与蒸发器I之间的回热器以及设置在储液装置I与蒸发器I连通管路上的喷工质减温器，所述预热器分别与储液装置I及回热器连通，所述回热器分别与冷凝器I和发电装置I连通。
[0016]进一步，所述预热器与储液装置I之间设置有循环栗组，所述蒸发器II与储液装置II之间设置有循环栗。
[0017]进一步，所述循环栗组包括两个并联的循环栗。
[0018]进一步，所述控制系统还包括与各个PLC控制器相连的PLC总控台。
[0019]本实用新型的有益效果是:
[0020]本实用新型通过设置分流保护系统作为副系统对进入系统中的烟气量进行分流，从而使通过主系统有机朗肯系统的烟气量、热量始终保持稳定，使系统始终处于较平稳的运行状态，避免系统各部件长期处于过热及高负荷运转状态影响其寿命和增加成本的问题，同时，通过控制系统对整个余热回收过程进行控制，使对系统的控制更高效、准确、智能，余热利用效率和质量更高。
[0021]本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
【附图说明】
[0022]为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中:
[0023]图1为实用新型的有机朗肯循环烟气余热回收系统的结构示意图。
[0024]附图标记说明:
[0025]卜有机朗肯系统；2-烟气处理系统；3-分流保护系统;4-超温保护系统；5-控制系统;6-三通阀I; 7-烟气通道;8-蒸发器I; 9-冷凝器I; 10-储液装置I; 11-膨胀机I ； 12-发电装置I; 13-余热利用循环回路I; 14-蒸发器II; 15-冷凝器II; 16-储液装置II; 17-膨胀机II;18-发电装置II; 19-余热吸收回路I ； 20-余热吸收回路II;21-热利用循环回路II; 22-止回阀；23-流量控制阀；24-截止阀；25-循环栗组；26-预热器；27-回热器；28-喷工质减温器；29-循环栗；30-PLC总控台；31-三通阀11 ； 32-三通阀III ； 33-三通阀IV ； 34-三通阀V; 35-流量计;P-压力传感器;T-温度传感器。
【具体实施方式】
[0026]以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
[0027]如图所示，本实施例有机朗肯循环烟气余热回收系统，包括有机朗肯系统I和烟气处理系统2，其特征在于:还包括分流保护系统3和控制系统5，分流保护系统3、烟气处理系统2通过三通阀I 6与有机朗肯系统I并联，同时，分流保护系统3、烟气处理系统2、有机朗肯系统I均与烟气通道7连通，其中，分流保护系统3与烟气处理系统2位于三通阀I 6的同一连接口，通过三通阀I 6可对进入有机朗肯系统I的烟气流量进行调节，多的一部分进入分流保护系统3，从而实现对主系统有机朗肯系统的保护，
[0028]具体的，有机朗肯系统包括蒸发器I8、冷凝器I 9、储液装置I 10、膨胀机I 11和发电装置I 12，蒸发器I 8设有烟气进口、烟气出口、工质进口和工质出口，冷凝器I 9设有工质进口、工质出口、冷却水进口和冷却水出口，蒸发器I 9的烟气进口与三通阀I连通，其烟气出口与烟气处理系统连通，形成余热吸收回路I 19;蒸发器I 8的工质进口与储液装置I 10连通，其工质出口与膨胀机I 11和发电装置I 12连通，膨胀机I 11与冷凝器I 9的工质进口连通，冷凝器I 9的工质出口与储液装置I 10连通，形成余热利用循环回路I 13;
[0029]分流保护系统包括蒸发器II14、冷凝器II 15、储液装置II 16、膨胀机II 17和发电装置II 18，蒸发器II设有烟气进口、烟气出口、工质进口和工质出口，冷凝器II设有工质进口、工质出口、冷却水进口和冷却水出口，蒸发器11的烟气进口与三通阀I连通，其烟气出口与烟气处理系统连通，形成余热吸收回路II 20;蒸发器II的工质进口与储液装置II连通，其工质出口与膨胀机II和发电装置II连通，膨胀机II与冷凝器II的工质进口连通，冷凝器II的工质出口与储液装置II连通，形成余热利用循环回路II 21；
[0030]本实施例中，在余热吸收回路I19、余热吸收回路II 20、热利用循环回路I 13、热利用循环回路II 21以及三通阀I与烟气处理系统连通的管路上设置有多个止回阀22、流量控制阀23及截止阀24，
[0031]本实施例中，还包括超温保护系统4，其包括设置在余热吸收回路I上蒸发器I与烟气处理系统之间的预热器26、设置在余热利用循环回路I上储液装置I与蒸发器I之间的回热器27以及设置在储液装置I与蒸发器I连通管路上的喷工质减温器28，预热器26分别与储液装置I及回热器27连通，回热器27分别与冷凝器I和发电装置I连通。
[0032]进一步，预热器与储液装置I之间设置有循环栗组25，蒸发器II与储液装置II之间设置有循环栗29，循环栗29、循环栗组25均为离心变频栗或其组合，通过循环栗驱动循环工质在余热利用循环回路中循环，从而实现余热利用，本实施例中，循环栗组包括两个并联的离心变频栗，一个作为备用，可提高系统的安全性。
[0033]本实施例中，蒸发器I与膨胀机I相连的管路上设置有三通阀II31，三通阀II 31与冷凝器I的工质进口连通;蒸发器II与膨胀机II相连的管路上设置有三通阀III 32，三通阀III 32与冷凝器II的工质进口连通;两个并联的循环栗与储液装置I之间设置有三通阀
IV33;喷工质减温器与蒸发器1、回热器之间设置三通阀V 34；
[0034]控制系统包括多个PLC控制器和一个PLC总控台30，本实施例PLC控制器共为6个，分别为PLCl、PLC2、PLC3、PLC4、PLC5、PLC6，其主要控制对象:PLCl控制三通阀I; PLC2控制三通阀11; PLC3控制三通阀III ； PLC4控制三通阀IV; PLC5控制三通阀V; PLC6控制蒸发器II与储液装置II之间的循环栗，同时，PLC控制器还要对设置在回收系统各回路中的流量计35、流量控制阀、截止阀、压力传感器和温度传感器进行控制。
[0035]本实施例中，在蒸发器I和蒸发器II的两端均设置有压力传感器P和温度传感器T，同时，在膨胀机I和膨胀机II的前端也有设置有压力传感器和温度传感器，可分别对通过蒸发器1、蒸发器I1、膨胀机I和膨胀机II实际流量或热量进行监控，从而达到理想的工作状
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[0036]本实施例的运行及控制过程:
[0037]低温废热烟气进入系统，由PLCl控制三通阀I开启，将烟气热源分为两部分，大部分烟气进入有机朗肯循环主系统，其余部分烟气进入分流保护系统中，在系统未出现热源端烟气量不足的情况时，分流保护系统始终处于平稳的运行状态，当烟气量出现异常时:
[0038]1.热源端发生瞬态超温情况:当热源端出现短时间(即瞬态)过热情况时，会使系统蒸发温度骤然上升，从而使膨胀机I做功发生波动，因而影响发电机I运行的平稳性，在出现此类现象时，系统中PLC5将通过测定热源端入口温度及流量，自动控制喷工质减温器喷入一定量的过冷工质，增大系统蒸发器做功量；但由于喷入新工质，导致流量突增，再由PLC2通过测量两端温度、压力及流量，控制三通阀II开启，打开流量控制阀，保证突增的流量不会对膨胀机产生影响。
[0039]2.热源端发生稳态超温情况:当热源端出现长时间(即稳态)过热情况时，系统中PLC5将通过测定热源端入口温度及流量，控制喷工质减温器喷入定量过冷工质，同时PLC2将控制三通阀II开启，打开流量控制阀，保持膨胀机的稳定运行。
[0040]3.热源端发生热量不足情况:当热源端出现热量不足时，系统将控制断开分流保护系统，使烟气只流入有机朗肯循环主系统，保证烟气量充足。断开分流保护系统步骤:首先PLC3控制三通阀III开启，使工质通过旁路进入冷凝器11，同时关闭膨胀机II与发电机II，待系统中工质温度下降后，由PLC6控制截止阀及栗关闭，则分流保护系统将处于关闭状态，待热源端热量充足后，以待重新开启。
[0041]本实施例通过设置分流保护系统作为副系统对进入系统中的烟气量进行分流，从而使通过主系统有机朗肯系统的烟气量、热量始终保持稳定，使系统始终处于较平稳的运行状态，避免系统各部件长期处于过热及高负荷运转状态影响其寿命和增加成本的问题，同时，通过控制系统对整个余热回收过程进行控制，使对系统的控制更高效、准确、智能，另夕卜，还通过超温保护系统对瞬间高温和持续高温的控制，使系统运行更平稳。
[0042]作为本实施例的改进，通过烟气通道进入系统中的热源介质包括气体或液体或可流动固体，如工业过程中产生的中低温废气或废水，以及地热能或者其他低品位固体能源等。
[0043]作为本实施例的改进，系统的循环工质为非共沸混合有机工质，其热力学性能稳定，利于提高系统的稳定性和安全性。
[0044]作为本实施例的改进，系统中的膨胀机均为透平膨胀机，可保证系统稳定可靠运行。
[0045]本实用新型还具有以下优点:
[0046]1.本实用新型在原有有机朗肯循环系统基础上添加一些基础设备，可以保证系统在出现蒸发器过热扰动时，维持系统的稳定运行；
[0047]2.系统采用喷工质减温器，有效利用系统中原本的设备资源，并有效的起到了控制蒸发温度的作用；
[0048]3.系统使用的分流保护系统实质上也是一套有机朗肯循环系统，控制其启停可以有效的控制烟气流量，保证主系统运行的稳定性；
[0049]4.选用成熟的透平膨胀机，保证系统可靠运行；
[0050]5.系统改造相对简单，工程难度较低。
[0051]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种有机朗肯循环烟气余热回收系统，包括有机朗肯系统和烟气处理系统，其特征在于:还包括分流保护系统和控制系统，所述分流保护系统、烟气处理系统通过三通阀I与有机朗肯系统并联、并与烟气通道连通，所述控制系统分别与有机朗肯系统、分流保护系统及三通阀I连通进行控制。2.根据权利要求1所述的有机朗肯循环烟气余热回收系统，其特征在于:所述有机朗肯系统包括蒸发器1、冷凝器1、储液装置1、膨胀机I和发电装置I，所述蒸发器I设有烟气进口、烟气出口、工质进口和工质出口，所述冷凝器I设有工质进口、工质出口、冷却水进口和冷却水出口， 所述蒸发器I的烟气进口与三通阀I连通，其烟气出口与烟气处理系统连通，形成余热吸收回路I;所述蒸发器I的工质进口与储液装置I连通，其工质出口与膨胀机I和发电装置I连通，膨胀机I与冷凝器I的工质进口连通，冷凝器I的工质出口与储液装置I连通，形成余热利用循环回路I。3.根据权利要求2所述的有机朗肯循环烟气余热回收系统，其特征在于:所述蒸发器I与膨胀机I相连的管路上设置有三通阀II，所述三通阀II与冷凝器I的工质进口连通。4.根据权利要求1所述的有机朗肯循环烟气余热回收系统，其特征在于:所述分流保护系统包括蒸发器I1、冷凝器I1、储液装置I1、膨胀机II和发电装置II，所述蒸发器II设有烟气进口、烟气出口、工质进口和工质出口，所述冷凝器II设有工质进口、工质出口、冷却水进口和冷却水出口， 所述蒸发器II的烟气进口与三通阀I连通，其烟气出口与烟气处理系统连通，形成余热吸收回路II;所述蒸发器II的工质进口与储液装置II连通，其工质出口与膨胀机II和发电装置II连通，膨胀机II与冷凝器II的工质进口连通，冷凝器II的工质出口与储液装置II连通，形成余热利用循环回路II。5.根据权利要求4所述的有机朗肯循环烟气余热回收系统，其特征在于:所述蒸发器II与膨胀机II相连的管路上设置有三通阀III，所述三通阀III与冷凝器II的工质进口连通。6.根据权利要求1所述的有机朗肯循环烟气余热回收系统，其特征在于:所述控制系统包括设置在回收系统各回路中的多个压力传感器、温度传感器、止回阀、流量计、流量控制阀及截止阀和对三通阀、压力传感器、温度传感器、流量计、流量控制阀及截止阀进行控制的多个PLC控制器。7.根据权利要求2所述的有机朗肯循环烟气余热回收系统，其特征在于:还包括超温保护系统，所述超温保护系统包括设置在余热吸收回路I上蒸发器I与烟气处理系统之间的预热器、设置在余热利用循环回路I上储液装置I与蒸发器I之间的回热器以及设置在储液装置I与蒸发器I连通管路上的喷工质减温器，所述预热器分别与储液装置I及回热器连通，所述回热器分别与冷凝器I和发电装置I连通。8.根据权利要求7所述的有机朗肯循环烟气余热回收系统，其特征在于:所述预热器与储液装置I之间设置有循环栗组，所述蒸发器II与储液装置II之间设置有循环栗。9.根据权利要求8所述的有机朗肯循环烟气余热回收系统，其特征在于:所述循环栗组包括两个并联的循环栗。10.根据权利要求6所述的有机朗肯循环烟气余热回收系统，其特征在于:所述控制系统还包括与各个PLC控制器相连的PLC总控台。
【文档编号】F01K27/00GK205591976SQ201620383784
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】王述昆, 刘朝, 张 诚, 徐肖肖, 李期斌
【申请人】重庆大学