一种废气余能回收发电系统及其工作方法

本发明属于废气余能回收利用领域，具体涉及一种废气余能回收发电系统及其工作方法。

背景技术：

1、工业余能资源丰富，广泛存在于工业各行业生产过程中，余能资源约占其燃料消耗总量的17％～67％。有关研究资料表明，废气余热量大，温度分布范围宽，占工业余热资源总量的50％以上，其节能潜力大，是余热利用的主要对象。此外，社会经济的发展使能源消耗量急剧增加，能源供需矛盾日益突出，并造成了严重的环境问题。因此，采用有效手段充分利用工业生产排放的废气应当是我们实现节能、降低排放的一个研究方向。目前利用废气余热发电的系统，其关键的动力元件为汽轮机，这些系统的体积大、结构复杂、工作时产生的振动与噪音大、且发电功率较低。

2、转子发动机结构独特，具有较高的热效率，被广泛应用于飞机、汽车、船舶等领域，使用化石燃料为其动力源。为了将转子发动机与朗肯循环结合，利用其具有较高的热效率的特点进行废气余能回收，需要对转子发动机的结构进行改造与调整。

技术实现思路

1、针对现有余热发电系统的动力元件为汽轮机而使系统体积大、发电功率较低的技术问题，本发明提供一种废气余能回收发电系统及其工作方法，利用工业生产排出的废气来带动三角转子旋转，转子发动机的三角转子每旋转一圈就作功三次，转子发动机的中心转轴的速度为三角转子的三倍，提高了发电功率，此外，转子发动机体积小、结构简单、工作振动与噪音较低，大大提高了该系统的应用场景。

2、本发明的发明思想为：本发明提供了一种通过转子发动机回收废气余能实现能源再生的方法，该方法是在朗肯循环的基础上进行优化设计，通过利用工业生产排出的废气余能进行余能回收利用；本发明包括余热蒸汽发生器、水汽分离器、余热发电单元、冷凝器和给水泵，通过上述装置和单元协同作用利用工业生产排出的废气余能带动转子发动机和发电机旋转工作，实现了利用工业生产排出废气的余能发电；通过转子发动机收集工业生产排出废气余能从而实现能源再生，工业废气通过余热蒸汽发生器回收其余能，该余能可以将水转化为蒸汽，进入余热发电单元，该单元利用蒸汽带动发电机构工作后，蒸汽再通过冷凝器凝结成水，最后重新由给水泵输送回余热蒸汽发生器。

3、为达到以上目的，本发明采取以下技术方案：一种废气余能回收发电系统，所述发电系统包括余热蒸汽发生器、余热发电单元、冷凝器和给水泵；所述余热蒸汽发生器利用工业生产排出的废气余能将水转化成蒸汽；所述余热发电单元连接所述余热蒸汽发生器，用于发电；所述冷凝器连接余热发电单元，用于将蒸汽冷凝成水；所述给水泵连接冷凝器，用于向余热蒸汽发生器输送水；

4、所述余热发电单元包括用于调节蒸汽压力的稳压阀、用于分配蒸汽的气源分配器、用于将蒸汽的余能转化为转子动能的转子发动机以及将转子动能转化为电能的发电机；所述稳压阀的进气口连接所述余热蒸汽发生器，所述稳压阀的出气口连接气源分配器；所述转子发动机的中心转轴连接发电机；所述转子发动机沿周向设有多个蒸汽入口，每相邻两个蒸汽入口之间设有蒸汽出口，所述气源分配器设有多个与多个蒸汽入口分别连通的出气口。

5、进一步地，所述转子发动机沿周向设有两个蒸汽入口和两个蒸汽出口。

6、进一步地，所述气源分配器设有两个出气口分别连接所述转子发动机的两个蒸汽入口。

7、进一步地，所述发电系统还包括用于分离蒸汽中的液态水的水汽分离器；所述水汽分离器包括水汽分离器蒸汽入口、水汽分离器蒸汽出口和水汽分离器排水管道，所述水汽分离器蒸汽入口连接所述余热蒸汽发生器，所述水汽分离器蒸汽出口连接所述稳压阀，所述水汽分离器排水管道设置在所述水汽分离器的底部，余热蒸汽发生器出去的蒸汽从水汽分离器蒸汽入口进入水汽分离器，干燥清洁的蒸汽从水汽分离器蒸汽出口送出，分离出的液态水经水汽分离器排水管道排出。

8、进一步地，所述冷凝器包括冷凝器蒸汽入口、冷凝水出口、生活用水入口、生活用水出口和冷凝器排水管道，所述冷凝器排水管道与所述生活用水出口连通，转子发动机出去的蒸汽从冷凝器蒸汽入口进入冷凝器，经热交换冷凝成水后从冷凝水出口送出，作为冷凝介质的生活用水从生活用水入口进入冷凝器，与蒸汽进行热交换后从生活用水出口排出至冷凝器排水管道。

9、进一步地，所述转子发动机的多个蒸汽出口与冷凝器蒸汽入口连接。

10、进一步地，所述冷凝水出口通过给水泵与余热蒸汽发生器的进水口连通，转子发动机出去的蒸汽通过冷凝器凝结成水，由给水泵输送回余热蒸汽发生器。

11、为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种废气余能回收发电系统的工作方法，基于上述的废气余能回收发电系统，包括如下步骤：

12、(1)余热蒸汽发生器利用废气余能将水转化为蒸汽；

13、(2)蒸汽通过管道输送至水汽分离器蒸汽入口，水汽分离器除去蒸汽中多余水分后将除水蒸汽从水汽分离器蒸汽出口送出，分离出的液态水从水汽分离器排水管道排出；

14、(3)除水蒸汽通过管道输送至稳压阀，稳压阀将蒸汽以额定压力输出定压蒸汽；

15、(4)定压蒸汽通过管道输送至气源分配器，气源分配器将定压蒸汽平均分配至转子发动机的多个蒸汽入口；

16、(5)从其中一个蒸汽入口进入的蒸汽推动三角转子完成一部分工作行程后从与该蒸汽入口相邻的一个蒸汽出口排出，再从下一个蒸汽入口进入的蒸汽推动三角转子完成下一部分工作行程后从与该蒸汽入口相邻的一个蒸汽出口排出，每一个蒸汽入口进入的蒸汽顺次推动三角转子共完成转满一周的工作行程，三角转子带动发电机的转轴旋转工作，将转子动能转化为电能；

17、(6)从多个蒸汽出口排出的蒸汽通过管道输送至冷凝器蒸汽入口，经热交换冷凝成水后从冷凝水出口送出，作为冷凝介质的生活用水从生活用水入口进入冷凝器，与蒸汽进行热交换后从生活用水出口排出至冷凝器排水管道；

18、(7)给水泵将蒸汽冷凝成的水经管道重新泵送至余热蒸汽发生器。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果：

20、(1)本发明通过转子发动机作为发电装置，去除转子发动机的点火装置，并开设多个蒸汽通道，这使其更好的适用于废气余能回收发电系统，相比汽轮机，本发明的热效率可以提高15％，同时，转子发动机体积小，减小了废气余能回收系统的体积，优化了废气回收系统的结构，大大增加了使用场景；通过这种方式大大提高整个系统的稳定性与能源利用率，增加了发电功率；

21、(2)对于一个蒸汽入口和一个蒸汽出口来说，由于转子发动机三个工作腔体积的不断变化，进入其工作腔的蒸汽会被完全压缩，增加了压缩损耗，同时蒸汽需要推动三角转子转满一周的工作行程，蒸汽需要施加的压力就会高很多，本发明通过转子发动机采用多个蒸汽通道设置，多个蒸汽入口的蒸汽行程短，蒸汽被过度压缩前就从蒸汽出口排除，减少了压缩损耗，提高了转子发动机工作时的效率、流畅性与稳定性。

技术特征：

1.一种废气余能回收发电系统，其特征在于，所述发电系统包括余热蒸汽发生器(1)、余热发电单元(3)、冷凝器(4)和给水泵(5)；所述余热蒸汽发生器(1)利用工业生产排出的废气余能将水转化成蒸汽；所述余热发电单元(3)连接所述余热蒸汽发生器(1)，用于发电；所述冷凝器(4)连接余热发电单元(3)，用于将蒸汽冷凝成水；所述给水泵(5)连接冷凝器(4)，用于向余热蒸汽发生器(1)输送水；

2.根据权利要求1所述的废气余能回收发电系统，其特征在于，所述转子发动机(33)沿周向设有两个蒸汽入口和两个蒸汽出口。

3.根据权利要求2所述的废气余能回收发电系统，其特征在于，所述气源分配器(32)设有两个出气口分别连接所述转子发动机(33)的两个蒸汽入口。

4.根据权利要求1所述的废气余能回收发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括用于分离蒸汽中的液态水的水汽分离器(2)；所述水汽分离器(2)包括水汽分离器蒸汽入口(21)、水汽分离器蒸汽出口(22)和水汽分离器排水管道(23)，所述水汽分离器蒸汽入口(21)连接所述余热蒸汽发生器(1)，所述水汽分离器蒸汽出口(22)连接所述所述稳压阀(31)，所述水汽分离器排水管道(23)设置在所述水汽分离器(2)的底部。

5.根据权利要求1所述的废气余能回收发电系统，其特征在于，所述冷凝器(4)包括冷凝器蒸汽入口(41)、冷凝水出口(42)、生活用水入口(43)、生活用水出口(44)和冷凝器排水管道(45)，所述冷凝器排水管道(45)与所述生活用水出口(44)连通。

6.根据权利要求5所述的废气余能回收发电系统，其特征在于，所述转子发动机(33)的多个蒸汽出口与冷凝器蒸汽入口(41)连接。

7.根据权利要求5所述的废气余能回收发电系统，其特征在于，所述冷凝水出口(42)通过给水泵(5)与余热蒸汽发生器(1)的进水口连通。

8.一种废气余能回收发电系统的工作方法，基于权利要求1～7任一项所述的废气余能回收发电系统，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种废气余能回收发电系统及其工作方法，属于废气余能回收利用领域。解决了现有余热发电系统的动力元件为汽轮机而使系统体积大、发电功率较低的技术问题。其技术方案为：包括余热蒸汽发生器、余热发电单元、冷凝器和给水泵，余热发电单元包括稳压阀、气源分配器、转子发动机和发电机，转子发动机沿周向设有多个蒸汽入口，每相邻两个蒸汽入口之间设有蒸汽出口。本发明的有益效果为：将转子发动机作为发电装置提高了发电功率，此外，转子发动机体积小、结构简单、工作振动与噪音较低，大大提高了该系统的应用场景。

技术研发人员：张学文,钟泽欣,李翔,倪培永,荆鸿瑞
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16