一种低温热回收相关的能量集成系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种低温热回收相关的能量集成系统，包括：低温热源，用于产生可供回收利用的低温热量，并通过一载体所携带；第一循环泵，与所述低温热源相连；第一用热单元群，分别与所述循环泵和所述低温热源相连，回收从所述循环泵输出的低温热量，并将回收过低温热量的所述载体重新返回所述低温热源，以吸取低温热量；蒸发器，与所述循环泵与所述低温热源或者所述用热单元群连接，利用低温热量对所述蒸发器内的有机工质加热形成蒸汽；膨胀机，与所述蒸发器相连，用于使所述蒸汽膨胀做功；凝汽器，用于将从所述膨胀机输出的膨胀蒸汽进行冷凝液化；第二循环泵，连接所述凝汽器和所述蒸发器，将从所述凝汽器中输出的冷凝液循环导入所述蒸发器。
【专利说明】
-种低溫热回收相关的能量集成系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及能量回收的系统集成技术领域，特别设及一种将传统低溫热回收 与ORC发电集成运行的低溫热回收相关的能量集成系统。
【背景技术】
[0002] 随着经济快速增长的需求和炼油技术的发展，炼厂的产能不断增加，节能压力也 随之增大。在公用工程方面，作为蒸汽系统补充的低溫余热回收利用受到了普遍重视，目前 对于低溫余热的回收利用，可分为将低溫热直接作为加热热源的"同级利用"和将低溫热转 化为工艺可用的动力、冷或较高溫位的热的"升级利用"。针对不同工厂的不同装置方法也 不尽相同，如何有效经济地回收低溫余热，使其利用率最大化尤为关键。
[0003] 低溫热回收的同级利用中，广泛采用W热水作为传热媒质，通过建立水站将一套 或多套工艺装置的低溫热集中回收，再W热水代替低溫位蒸汽加热，实现低溫热量的有效 利用。也有部分工厂根据热源的部位和热量选择适宜的用户，直接利用工艺介质代替蒸汽 换热。
[0004] 低溫热回收升级利用方法中，可采用诸如热累、低溫制冷、低溫海水淡化、低溫朗 肯循环发电等技术。其中，有机朗肯循环(ORC)发电被广泛运用在工业废热回收、太阳热能 发电等领域上。ORC发电过程W低沸点的有机物作为发电工质，通过低溫热源将有机工质加 热为气态，并进入膨胀机做功发电。从膨胀机排出的低压低溫蒸汽进入凝汽器，冷却后的有 机工质通过累输送到蒸发器，实现工质的循环利用。ORC发电过程供热系统间热负荷可调， 能够根据工厂热源情况变化灵活调配，但ORC发电也普遍存在发电效率较低，相比投资较 大，从而导致投资回收期长的问题。
[0005] 然而，在低溫热回收"同级利用"过程中，由于设计过程中热源与热阱的热负荷基 本相匹配，传热媒质用量相对稳定，当热源或者热阱因开停工、装置减产等运行工况变化 时，整体的低溫热回收系统会产生波动，对富余/缺少热量的去向/来源的可调节能力较差， 因此会降低整个低溫热回收系统的热回收效率。
[0006] 相比直接加热过程，"升级利用"中的ORC发电具备可调节能力强的特点，其可根据 热源变化进行灵活调配。但在ORC发电系统中，由于低溫热源加热产生有机蒸汽的溫度、压 力限制，有机蒸汽洽值较小，导致ORC发电效率低，系统整体热回收效率较低。与此同时，ORC 发电系统的增建需要对发电设备、±建、系统集成等多个方面进行投资，相比ORC系统整体 较低的热回收效率，致使ORC发电系统的操作经济性差，总体投资回收期长的缺点。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的在于解决工艺热水系统单独应用时工况调整灵活性不足，W及 ORC发电单独应用的操作经济性较差的问题，提供一种将传统低溫热回收与ORC发电相集成 互补的低溫热回收相关的能量集成系统。
[000引为达上述目的，本实用新型提供一种低溫热回收相关的能量集成系统，包括：
[0009] 低溫热源，用于产生可供回收利用的低溫热量，所述低溫热量通过一载体所携带；
[0010] 第一循环累，与所述低溫热源相连，用W实现所述低溫热量的循环；
[0011] 第一用热单元群，分别与所述循环累和所述低溫热源相连，用于回收从所述循环 累输出的低溫热量，并将回收过低溫热量之后的所述载体重新返回所述低溫热源，W吸取 低溫热量；
[0012] 蒸发器，一端与所述循环累相连，另一端与所述低溫热源或用热单元取热之后的 低溫热源流股相连，利用从所述循环累中输出的低溫热量对所述蒸发器内的有机工质加热 形成蒸汽；
[0013] 膨胀机，与所述蒸发器相连，用于使所述蒸汽膨胀做功；
[0014] 凝汽器，与所述膨胀机相连，用于将从所述膨胀机输出的膨胀蒸汽进行冷凝液化；
[0015] 第二循环累，连接所述凝汽器和所述蒸发器，将从所述凝汽器中输出的冷凝液循 环导入所述蒸发器。
[0016] 根据本实用新型提出的低溫热回收相关的能量集成系统，还包括蒸汽冷凝水系 统，其具有两条传输路线，其中一条传输路线是使蒸汽凝水经由第二用热单元群回收热量 后进入凝水处理系统;另一条传输路线是将蒸汽凝水直接导入所述蒸发器。
[0017] 根据本实用新型提出的低溫热回收相关的能量集成系统，还包括采暖系统，连接 在所述第一循环累和所述蒸发器之间。
[0018] 与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
[0019] (1)本实用新型将低溫热水系统与ORC发电系统有机结合，充分考虑了低溫热水回 收热量和ORC发电回收热量的相互影响，运用合理的控制系统，有效的改善工艺热水系统单 独应用时工况调整灵活性不足，W及ORC单独应用的操作经济性较差的问题，提高系统总体 的低溫热回收效率。
[0020] (2)本实用新型工艺灵活，可W根据工厂实际情况，有效选择和更换其中的用热单 元群，比如因冬季夏季工况变化引起的间断性热源变化，可W灵活切换热回收系统，W实现 热回收系统的灵活操作。
[0021] (3)本实用新型可集成除氧水预热系统和低溫热水系统，大大减少实际生产中动 力相关的蒸汽消耗。
【附图说明】
[0022] 图1为本实用新型的低溫热回收相关的能量集成系统的第一具体实施例的结构示 意图；
[0023] 图2为本实用新型的低溫热回收相关的能量集成系统的第二具体实施例的结构示 意图；
[0024] 图3为本实用新型的低溫热回收相关的能量集成系统的第S具体实施例的结构示 意图。
[0025] 图4为本实用新型的低溫热回收相关的能量集成系统的第四具体实施例的结构示 意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0027] 请参阅图1，为本实用新型的低溫热回收相关的能量集成系统的第一具体实施例 的结构示意图。在该实施例中，本实用新型采用低溫热水回收系统与ORC发电系统集成工 艺，使工艺热水系统与ORC发电系统的集成互补，运用合理的控制系统用W解决工艺热水系 统单独应用时工况调整灵活性不足，W及ORC发电单独应用的操作经济性较差的问题。
[0028] 如图1所示，本实用新型采用热水将低溫热源的热量集中回收，其中一股流股根据 下游用热单元群所需要的热负荷进行流量分配，经用热单元群后返回低溫热源循环回收低 溫热源热量。另一股流股将分配后的热量传递至ORC发电系统的蒸发器，经蒸发器换热后的 热水返回低溫热源取热，完成低溫热水回收系统循环过程。蒸发器内的有机工质加热后形 成蒸汽进入膨胀机做功发电，膨胀机出口蒸汽通过凝汽器后过冷液化，由循环累输送至蒸 发器，完成ORC发电系统循环过程。
[0029] 在该实施例中，本实用新型是利用回收的低溫热对进除氧器前的除氧水进行第一 步预热，适用于动力站的除氧水系统W及装置区内的除氧水系统。
[0030] 请参阅图2,为本实用新型的低溫热回收相关的能量集成系统的第二具体实施例 的结构示意图。该实施例同时与蒸汽冷凝水系统相结合，可通过第二用热单元群对蒸汽凝 水中的低溫热量进行回收，也可将蒸汽凝水直接导入蒸发器进入后续的ORC发电过程。
[0031] 图3是本实用新型的将低溫热回收相关的能量集成系统与采暖系统相集成的实施 例，图4为本实用新型根据季节变化对间断性低溫蒸汽等热源进行有效回收利用的具体实 施例。
[0032] W下W某一工厂的数据为案例进行说明。
[0033] 该工厂原有存在低溫热源和用热单元信息如表1所示，工厂应用循环水冷却低溫 热源，循环水消耗量为313t/h;采用0.5MPag低压蒸汽加热用热单元，蒸汽消耗量为30.4t/ h。
[0034] 表1工厂原有低溫热源及用热单元信息
[0035]
[0036]
[0037] 该工厂应用本实用新型图I中的结构:采用热水将低溫热源的热量集中回收，其中 一股流股根据下游用热单元所需要的热负荷进行流量分配，经用热单元后返回低溫热源循 环回收低溫热源热量。另一股流股将分配后的热量传递至ORC发电系统的蒸发器，经蒸发器 换热后的热水返回低溫热源取热，完成低溫热水回收系统循环过程。蒸发器内的有机工质 加热后形成蒸汽进入膨胀机做功发电，膨胀机出口蒸汽通过凝汽器后过冷液化，由循环累 输送至蒸发器，完成ORC发电系统循环过程。各流股信息数据如表2所示。
[003引表2流股信息表 [00391
[0040] 工厂在应用专利工艺后，该部分的能源消耗量如表3所示。
[0041] 表3采用专利前后公用工程能源消耗对比
[0042]
[0043] 本实用新型在降低能耗的同时，相比较单独采用低溫热水系统，在工况变化的情 况下具有良好的可调节能力。现该工厂用热单元进行检修维修，则流股4和流股5的流量将 调整为0。若工厂采用单独的低溫热水系统，此时由于缺少用热单元系统内需要引入备用冷 却装置将低溫热水热量移除。工厂采用专利低溫热水系统与ORC发电系统集成工艺，此时可 将原有的流股3全部引入ORC发电系统，由ORC发电系统取热后，返回低溫热源处重新取热。 表4是在该种工况变化条件下，采用单独低溫热水系统、集成低溫热水系统与ORC发电系统 的能耗对比。
[0044] 表4工况变化时单独低溫热水系统、集成低溫热水与ORC发电的能源消耗量
[0045]
[0046] 由表4可知，在低溫热水系统下游出现用热波动/变化时，采用低溫热水与ORC发电 集成系统仍然可W实现热能的有效回收，而单独采用低溫热水系统时，需要额外支付原有 热水的冷却费用。
[0047] 综上所述，本实用新型W热水为媒介回收利用低溫余热和ORC发电的系统集成，增 强了面对不同工况系统的控制能力，提高低溫余热的利用率。用户可在满足低溫热用热单 元群需求下，运用控制系统，将热量合理、有效分配在用热单元群和ORC发电系统之间。在集 成低溫热水回收系统和ORC发电系统的同时，还可同时集成工厂内部的蒸汽给水及凝水系 统、工艺热水循环系统、采暖系统、季节变化产生间断性的低溫热源W及对放空的低压蒸汽 的回收再利用。而且，本实用新型在低溫热源用热需求变化时，可实现低溫热量的合理调 配，从而有效保证系统整体的热回收效率，保障系统稳定运行。
[004引本领域普通技术人员可W理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或 流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
[0049] 本领域普通技术人员可W理解:实施例中的装置中的模块可W按照实施例描述分 布于实施例的装置中，也可W进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上 述实施例的模块可W合并为一个模块，也可W进一步拆分成多个子模块。
[0050] 最后应说明的是：W上实施例仅用W说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可W对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同 替换;而运些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案 的精神和范围。
【主权项】
1. 一种低温热回收相关的能量集成系统，其特征在于，包括： 低温热源，用于产生可供回收利用的低温热量，所述低温热量通过一载体所携带； 第一循环栗，与所述低温热源相连，用以实现所述低温热量的循环； 第一用热单元群，分别与所述循环栗和所述低温热源相连，用于回收从所述循环栗输 出的低温热量，并将回收过低温热量之后的所述载体重新返回所述低温热源，以吸取低温 热量； 蒸发器，一端与所述循环栗相连，另一端与所述低温热源或用热单元取热之后的低温 热源流股相连，利用从所述循环栗中输出的低温热量对所述蒸发器内的有机工质加热形成 蒸汽； 膨胀机，与所述蒸发器相连，用于使所述蒸汽膨胀做功； 凝汽器，与所述膨胀机相连，用于将从所述膨胀机输出的膨胀蒸汽进行冷凝液化； 第二循环栗，连接所述凝汽器和所述蒸发器，将从所述凝汽器中输出的冷凝液循环导 入所述蒸发器。2. 根据权利要求1所述的低温热回收相关的能量集成系统，其特征在于，还包括蒸汽冷 凝水系统，其具有两条传输路线，其中一条传输路线是使蒸汽凝水经由第二用热单元群回 收热量后进入凝水处理系统;另一条传输路线是将蒸汽凝水直接导入所述蒸发器。3. 根据权利要求1所述的低温热回收相关的能量集成系统，其特征在于，还包括采暖系 统，连接在所述第一循环栗和所述蒸发器之间。
【文档编号】F01K25/08GK205638584SQ201620424365
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】张楠, 楼宇航, 夏凌风, 李昀衡, 颜宁
【申请人】北京宜能高科科技有限公司