基于卡诺电池的废热利用系统

本公开的至少一种实施例涉及储能及综合能源利用，更具体地，涉及一种基于卡诺电池的废热利用系统。

背景技术：

1、建立工业园区是全球工业发展的重要举措之一，推动工业企业向园区集中，能显著提升生产效率与能源效率。工业园区也是资源能源集中消耗的大户，研究显示园区温室气体排放约占全国的31％。因此，如何在满足工业园区稳定的用能需求下实现碳减排是工业园区亟待解决的问题。

2、余热回收是一种能够提高能源应用效率的技术手段，通过将工业生产过程中的废热、余热转化为有用的能源，再次利用。通过余热回收技术，将废热转化为有用的能源，可以降低能源成本、减少对自然资源的依赖，提高能源利用效率，同时也可以减少温室气体排放和大气污染。但是在现有技术中，对于工业园区的余热利用还远远不够。以水泥工业园区为例，在水泥生产的过程中包含多种余热，包括回转窑出口的烟气(～300℃)、篦冷机排气(～290℃)及回转窑辐射热(～500℃)等，占总输入热量比例依次为19.15％、5.61％和15.11％。

3、目前，水泥厂对于中温烟气余热回收利用的技术较为成熟，多采用水蒸气朗肯循环的余热发电设备，利用朗肯循环回收烟气热量进行发电。然而，aqc锅炉出口烟气与篦冷机尾部排气混合后温度仍可达100℃，而sp锅炉出口烟气可达200℃，还有较多的低温废热没有被回收利用，且回转窑中的高温废热(高温辐射热)通常直接用于向工厂供热，造成了能量的浪费。

4、在现有技术中，水泥工业园区的余热利用主要集中在对于中温烟气的余热回收，而对于低温废热(烟气余热)和高温废热(高温辐射热)的利用率相对较低。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题。本公开提供了一种基于卡诺电池的废热利用系统，将高温废热与低温废热进行存储，并通过卡诺电池的技术手段转换成电能，实现了低温-高温热能联储-供，提高了水泥工业园区的能源利用效率。

2、本公开的实施例的一方面提供了一种基于卡诺电池的废热利用系统，包括：用户端，适用于产生经余热回收后的低温废热及温度高于低温废热的高温废热；配置有储能机构及释能机构的卡诺电池设备，上述储能机构，包括：循环换热部，被构造成与上述低温废热形成热交换；高温储热部，被构造成与上述循环换热部及上述高温废热形成热交换，并储存热能；以及低温储热部，被构造成与上述循环换热部形成热交换，并储存热能；其中，上述释能机构适用于将上述储能机构所存储的一部分热能以电能形式供给至上述用户端。

3、根据本公开的实施例，上述循环换热部被构造成通过内部循环的循环工质与外部进行热交换，包括：第一储热换热器，被构造成以上述循环工质作为冷源与上述低温废热进行热交换，以吸收上述低温废热中的一部分余热；第二储热换热器，被构造成以上述循环工质作为热源与上述高温储热部进行热交换；以及第三储热换热器，被构造成以经与上述高温储热部热交换后的循环工质作为热源与上述低温储热部进行热交换。

4、根据本公开的实施例，上述循环换热部还包括设置于上述第一储热换热器及上述第二储热换热器之间的压缩装置，以压缩上述循环工质。

5、根据本公开的实施例，上述释能机构被构造成通过内部循环的循环工质与外部进行热交换，包括依据上述循环工质的流向顺次设置的第一释热换热器、输出装置及第二释热换热器；其中，上述第一释热换热器被构造成以上述循环工质作为冷源与上述高温储热部进行热交换，以吸收上述高温储热部内所储存的一部分热能，使上述循环工质汽化；上述输出装置，适用于通过气态的上述循环工质对外做功；第二释热换热器被构造成以上述循环工质作为热源与上述低温储热部进行热交换。

6、根据本公开的实施例，上述输出装置包括依据上述循环工质的流向顺次设置的第一膨胀机及第二膨胀机，以梯级的利用气态的上述循环工质对外做功。

7、根据本公开的实施例，上述第二膨胀机的下游配置有与上述第二释热换热器及上述第一释热换热器顺次连通的第一支路，以及与上述第二膨胀机的进气端连通的第二支路。

8、根据本公开的实施例，上述第二支路上配置有适用于使上述循环工质与上述低温废热进行热交换的第三释热换热器。

9、根据本公开的实施例，上述废热利用系统还包括适用于向上述卡诺电池设备供给电力的可再生能源设备。

10、根据本公开的实施例，上述废热利用系统还包括适用于向上述低温储热部供给热量的集热设备。

11、根据本公开的实施例，上述废热利用系统还包括适用于暂储上述低温废热并向上述循环换热部供给热量的辅助储热设备。

12、根据本公开提供的基于卡诺电池的废热利用系统，一方面，通过高温储热部与高温废热进行热交换，实现对高温废热一部分热量的存储；另一方面，高温储热部通过循环换热部与低温废热进行热交换，实现了对低温废热的存储；高温存储部的热能通过卡诺电池的释能机构最终将热能转变成电能；低温储热部再进一步对循环换热部中的热量进行存储，实现了对热量的梯级利用，提升了对高温废热和低温废热的利用率。

技术特征：

1.一种基于卡诺电池的废热利用系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述循环换热部被构造成通过内部循环的循环工质与外部进行热交换，包括：

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述循环换热部还包括设置于所述第一储热换热器(311)及所述第二储热换热器(314)之间的压缩装置(313)，以压缩所述循环工质。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述释能机构(32)被构造成通过内部循环的循环工质与外部进行热交换，包括依据所述循环工质的流向顺次设置的第一释热换热器(321)、输出装置及第二释热换热器(328)；

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述输出装置包括依据所述循环工质的流向顺次设置的第一膨胀机(322)及第二膨胀机(324)，以梯级的利用气态的所述循环工质对外做功。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二膨胀机(324)的下游配置有与所述第二释热换热器(328)及所述第一释热换热器(321)顺次连通的第一支路，以及与所述第二膨胀机(324)的进气端连通的第二支路。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二支路上配置有适用于使所述循环工质与所述低温废热进行热交换的第三释热换热器。

8.根据权利要求1至7中任一所述的系统，其特征在于，还包括适用于向所述卡诺电池设备(3)供给电力的可再生能源设备(5)。

9.根据权利要求1至7中任一所述的系统，其特征在于，还包括适用于向所述低温储热部(317)供给热量的集热设备(4)。

10.根据权利要求1至7中任一所述的系统，其特征在于，还包括适用于暂储所述低温废热并向所述循环换热部供给热量的辅助储热设备(2)。

技术总结
本公开提供一种基于卡诺电池的废热利用系统，包括：用户端，适用于产生经余热回收后的低温废热及温度高于低温废热的高温废热；配置有储能机构及释能机构的卡诺电池设备，储能机构，包括：循环换热部，被构造成与低温废热形成热交换；高温储热部，被构造成与循环换热部及高温废热形成热交换，并储存热能；以及低温储热部，被构造成与循环换热部形成热交换，并储存热能；其中，释能机构适用于将储能机构所存储的一部分热能以电能形式供给至用户端。

技术研发人员：舒歌群,张美妍,石凌峰,田华,裴刚,胡芃
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15