专利名称：工业炉冷却回路冷却流体介质余热回收发电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业炉冷却回路冷却流体介质余热回收发电系统，是一种工业炉余热高效利用的新技术，属于能源与环境技术领域。
背景技术：
电力生产在工农业生产中扮演着越来越重要的角色，可以说电力供应是整个社会发展的瓶颈。一个世纪以来，电力工业都是严重地依赖于煤等化石燃料，虽然近年来随着超临界朗肯循环等技术的应用，煤电效率逐步提高(现在世界上最新技术已经能达到近50%的热效率)，但电力工业依然是二氧化碳及二氧化硫严重环境污染物主要的排放源，同时随着石化燃料的枯竭，开采的成本和难度会越来越大，而作为高耗能的钢铁，冶金，化工，建材以及其他工业生产过程中却产生大量的余热无法得到有效利用，而如何高效地将这些本是废物得能源利用起来，也就成了节能环保的重中之重。 余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却流体介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%飞7%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的 60%。而作为工业炉冷却系统中的余热更是没有得到有效利用，有的直接将冷却系统中的热量直接排放到环境中去，造成了热量的浪费，而有的则只是简单的用冷却系统的余热进行加热水或是简单的用水蒸汽来发电，虽然利用了一部分余热，但是仍然有大量的余热无法得到有效利用，而本发明则利用高效的有机郎肯循环进行发电，解决了这些问题，不仅回收了余热，而且大大提高了余热的利用效率。
发明内容本实用新型的目的是提供一种工业炉冷却回路冷却流体介质余热回收发电系统，该系统可最大限度将工业炉冷却系统中的余热转化为电能。本实用新型包括工业炉I、换热器I 2、加压泵I 3、透平或膨胀机4、发电机5、换热器II 6、冷凝器7、储液罐8、加压泵II 9、冷却塔10、冷却水泵11，工业炉I与换热器I 2连接，换热器I 2另一端通过加压泵I 3与工业炉I连接，换热器I 2通过透平或膨胀机4与发电机5连接，发电机5通过换热器II 6与冷凝器7连接，冷凝器7连接在储液罐8上，储液罐8通过加压泵II 9连接在换热器II 6上，换热器II 6与换热器I 2连接，冷凝器7与冷却塔10连接，冷却塔10另一端通过冷却水泵11与冷凝器7连接。本系统包括三个回路工业炉冷却回路，有机朗肯循环的工质循环回路，冷却水回路；第一回路为工业炉冷却回路，有工业炉I、换热器I 2和加压泵I 3形成，从工业炉I中的冷却器内出来的高温冷却介质(水或者导热油)进入换热器I 2进行换热，将热量传递给有机郎肯循环回路中的有机工质(如R123)，使有机工质蒸发，从换热器I 2出来后冷却介质经过工质加压泵I 3加压后重新进入工业炉冷却器冷却炉子，从而完成一个循环。第二回路为有机郎肯循环的工质循环回路，换热器I 2、透平或膨胀机4、发电机
5、换热器II 6、冷凝器7、储液罐8和加压泵II 9形成，从换热器I 2出来的吸收工业炉冷却回路冷却工质的热量后变成蒸汽的有机工质，一路进入透平或膨胀机4推动透平或膨胀机4做功，同时透平或膨胀机4带动电机5发电，发电后的乏汽进入换热器116，(另一路则是旁通，当蒸汽压力达不到推动透平的压力时蒸汽则直接入换热器II 6，为即将进入换热器I 2进行蒸发的有机工质进行预热)有机工质从换热器II 6出来后进入冷凝器7进行冷凝，将热量传递给冷却水回路中的冷却水，然后进入储液罐8，再从储液罐8出来后经过工质加压泵II 9加压进入换热器6进行预热，然后进入换热器I 2进行蒸发，完成一个循环。第三回路为冷却水回路，从冷却塔10来的冷却水经冷却水循环泵11输送至冷凝器7，完成对循环工质乏汽的凝结，之后返回冷却塔10布水管，经冷却后集于塔底集水盘，完成一个循环。该发电系统使用工业炉冷却回路中的冷却流体介质对有机郎肯循环回路中的有机工质进行加热，使其蒸发；该发电系统的有机朗肯循环回路中使用的工质为R123、甲苯、正戊烷(C5H12)、异戊烷(R601a)、环戊烷、庚烷、R113、R11、环己烷、苯、邻二甲苯、乙基苯、6甲基2硅氧烷(C6H180Si2)、8 甲基 3 硅氧烷(C8H24O2Si3)UO 甲基 4 硅氧烷(C1QH3Q03Si4)、12 甲基 5 硅氧烷(C12H36O4Si5)、丙烷(R290)、五氟丙烷(R245fa)、正己烷(C6H14)、丁烷(R600)、异丁烷(R600a)、四氟乙烷(R134a)中一种或由这些纯工质组成的混合工质作循环工质；工业炉冷却回路中使用的冷却流体介质为水或者导热油。本实用新型的发电工艺为(I)根据有机朗肯循环系统所选定的工质和冷却系统中介质的种类，按需要的发电容量配备并安装好换热器、工质加压泵、透平、发电机、换热器、冷凝器、储液罐、冷却塔、冷却水泵等设备及其管路与配件；(2)根据工业炉冷却回路、冷却水回路及有机朗肯循环的管路容积计算冷却工质及循环工质的充注量，将冷却介质、冷却水及循环工质计量充入各自循环管路中。工作原理为在换热器放热后出来的低温冷却流体介质，经工质加压泵加压进入工业炉的冷却器中吸收炉子各部位(比如炉壁)的热量，然后重新进入换热器，将热量传递给有机朗肯循环内的工质，使工质吸热气化成进透平做功的蒸汽；有机工质蒸汽一路在透平内膨胀输出轴功，驱动发电机发电，然后进入换热器，另一路则作旁通，当工质压力达不到推动透平做功时的压力时则直接进入换热器，从换热器出来后接着进入冷凝将热量传给冷却水回路中的水，冷凝，之后流入工质储液罐，再被工质循环泵加压输送至换热器，预热后进入工质蒸汽发生器再次吸热蒸发成做功的蒸汽，完成循环。本实用新型的有益效果是(I)能将工业炉的废热资源进行回收，并高效地转化为电能，；(2)极大地降低了发电过程中有害物质C0X、SOx的产生与排放；(3)能有效推广到工业生产中带冷却系统的各种工业炉中，有效地回收余热。
图I为本实用新型余热回收发电结构示意图。图中1是工业炉；2是换热器I ;3是加压泵I ;4是透平或膨胀机；5是发电机；6是换热器II ;7是冷凝器；8是储液罐；9是加压泵II ；10是冷却塔；11是冷却水泵。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型保护范围不局限于所述内容。在昆明地区某钢厂建一工业炉冷却回路冷却流体介质余热回收发电系统，电机输出功率为500Kw。本实用新型发电系统包括工业炉I、换热器I 2、加压泵I 3、透平或膨胀机4、发电机5、换热器II 6、冷凝器7、储液罐8、加压泵II 9、冷却塔10、冷却水泵11，工业炉I与换热器I 2连接，换热器I 2另一端通过加压泵I 3与工业炉I连接，换热器I 2通过透平或膨胀机4与发电机5连接，发电机5通过换热器II 6与冷凝器7连接，冷凝器7连接在储液罐8上，储液罐8通过加压泵II 9连接在换热器II 6上，换热器II 6与换热器I 2连接，冷凝器7与冷却塔10连接，冷却塔10另一端通过冷却水泵11与冷凝器7连接。本系统包括三个回路工业炉冷却回路，有机朗肯循环的工质循环回路，冷却水回路；第一回路为工业炉冷却回路，有工业炉I、换热器I 2 (用板式换热器作有机朗肯循环的工质蒸汽发生器)和加压泵I 3 (采用高温油泵)形成，从工业炉I中的冷却器内出来的高温冷却介质(采用稳定性极好的首诺合成导热油Therminol VP-I)进入换热器I 2进行换热，将热量传递给有机郎肯循环回路中的有机工质(如R123)，使有机工质蒸发，从换热器I2出来后冷却介质经过工质加压泵I 3加压后重新进入工业炉冷却器冷却炉子，从而完成一个循环，用无缝钢管将油路系统安装好。第二回路为有机郎肯循环的工质循环回路，换热器I 2、透平4、发电机5、换热器
II6、冷凝器7、储液罐8和加压泵II 9形成，从换热器I 2出来的吸收工业炉冷却回路冷却工质的热量后变成蒸汽的有机工质，一路进入透平4推动透平或膨胀机4做功，同时透平4带动电机5发电，发电后的乏汽进入换热器II 6，(另一路则是旁通，当蒸汽压力达不到推动透平的压力时蒸汽则直接入换热器II 6，为即将进入换热器I 2进行蒸发的有机工质进行预热)有机工质从换热器II 6出来后进入冷凝器7进行冷凝，将热量传递给冷却水回路中的冷却水，然后进入储液罐8，再从储液罐8出来后经过工质加压泵II 9加压进入换热器6进行预热，然后进入换热器I 2进行蒸发，完成一个循环，按储液罐出口一工质加压泵9-换热器6—换热器2—透平4一换热器6—冷凝器7—储液罐进口的顺序用紫铜管将有机朗肯循环的工质回路及所需配件安装好；其中透平净输出功率为500Kw，透平进口工质压力为I. OMPa，温度110°C，冷凝器7、换热器II均采用板式换热器，工质加压泵采用高压屏蔽泵。第三回路为冷却水回路，从冷却塔10来的冷却水经冷却水循环泵11输送至冷凝器7，完成对循环工质乏汽的凝结，之后返回冷却塔10布水管，经冷却后集于塔底集水盘，完成一个循环；冷却塔采用逆流方形组塔，冷却水管路采用无缝钢管，按冷却塔10出口一冷却水泵11-冷凝器7—冷却塔10进口的顺序将冷却水回路及所需配件安装好。[0029]以上所有设备按图I连接，安装完成后，进行管道的氮气吹扫，并且对管路进行试压，对有机朗肯循环系统抽真空，并分别按要求向相应管路内充入R123、导热油及自来水。·
权利要求1.一种工业炉冷却回路冷却流体介质余热回收发电系统，其特征在于该系统包括工业炉(I)、换热器I (2)、加压泵I (3)、透平或膨胀机(4)、发电机(5)、换热器II (6)、冷凝器(7)、储液罐(8)、加压泵II (9)、冷却塔(10)、冷却水泵(11)，工业炉(I)与换热器I (2)连接，换热器I (2)另一端通过加压泵I (3)与工业炉(I)连接，换热器I (2)通过透平或膨胀机(4)与发电机(5)连接，发电机(5)通过换热器II (6)与冷凝器(7)连接，冷凝器(7)连接在储液罐(8)上，储液罐(8)通过加压泵II (9)连接在换热器II (6)上，换热器II(6)与换热器I (2)连接，冷凝器(7)与冷却塔(10)连接，冷却塔(10)另一端通过冷却水泵(11)与冷凝器(7)连接。
2.根据权利要求I所述的工业炉冷却回路冷却流体介质余热回收发电系统，其特征在于工业炉(I)、换热器I (2)和加压泵I (3)间形成工业炉冷却回路，冷却回路中使用的流体介质是水或导热油。
3.根据权利要求I所述的工业炉冷却回路冷却流体介质余热回收发电系统，其特征在于换热器I (2)、透平或膨胀机(4)、发电机(5)、换热器II (6)、冷凝器(7)、储液罐(8)和加压泵II (9)间形成有机朗肯循环的工质循环回路，回路中使用的循环工质为R123、甲苯、正戊烷、异戊烷、环戊烷、庚烷、R113、R11、环己烷、苯、邻二甲苯、乙基苯、6甲基2硅氧烷、8甲基3硅氧烷、10甲基4硅氧烷、12甲基5硅氧烷、丙烷、五氟丙烷、正己烷、丁烷、异丁烷、四氟乙烷中一种或几种的混合物。
专利摘要本实用新型公开了一种工业炉冷却回路冷却流体介质余热回收发电系统，该系统包括工业炉、换热器I、加压泵I、透平或膨胀机、发电机、换热器II、冷凝器、储液罐、加压泵II、冷却塔和冷却水泵，并由这些设备形成工业炉冷却回路、有机朗肯循环的工质循环回路和冷却水回路，直接将工业炉冷却系统中冷却流体介质的余热高效地转换为电能，有效的回收了余热，做到了节能环保以及能量的高效利用。
文档编号F01K19/00GK202788959SQ20122045180
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者王 华, 王辉涛, 葛众 申请人:昆明理工大学