一种天然工质余热发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种余热发电系统，具体地说，本实用新型设及一种Wc〇2为工质 的朗肯循环余热发电系统。
【背景技术】
[0002] 余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或是燃料燃烧过 程中所发出的热量在完成某一工艺过程后未能被利用的热量。我国能源利用率低，回收余 热具有巨大潜能，有关统计指出我国单位产值能耗比世界水平高2. 4倍，能源效率比国际 先进水平低10个百分点，回收工业余热具有巨大的节能潜力。根据调查，各行各业的余热 资源占其燃料总消耗量的17% -67%，可回收利用余热资源约为余热总资源的60%。工业 余热被称为继煤、石油、天然气、水力之后的第五大常规能源。
[0003] 余热的种类按照余热载体的不同，可将余热资源划分为=种；固体载体余热资源、 液体载体余热资源及气体载体余热资源；一般按余热载体的温度水平不同，也可将余热资 源划分为=种；高温余热巧00摄氏度W上）、中温余热（200-500摄氏度之间）和低温余热 (200摄氏度W下）；按照余热来源的不同，可将余热资源划分六类；高温烟气余热、高温产 品和炉渣的余热、冷却介质的余热、可燃废气废液和废料的余热、废汽和废水的余热W及化 学反应余热。
[0004] 传统的余热发电系统只能利用350°CW上的余热。因为当温度处于350°cW下时， 水蒸汽饱和压力太低，而蒸汽比容大，用此系统回收起来效率很低，甚至无法利用。同时系 统投资成本过大造成回收期过长，故不适用于350°CW下的中低温余热回收。目前对于利用 350°CW下甚至更低的中低温余热，国际上一般采用的方法是有机朗肯循环。有机朗肯循环 是W有机流体替代水作为工质，回收中低品位热能的朗肯动力循环。
[0005]目前，有机朗肯循环往往是直接把传统水蒸气朗肯循环工艺借鉴过来， CN203925627U公开了一种低温有机朗肯循环余热发电系统。该系统包括加热装置、冷却装 置和发电装置=部分，低温有机朗肯循环介质为用于低温余热发电的工质，加热装置为热 交换器，热源通过管道进入热交换器内的换热管，换热管与热交换器内的液体工质进行热 交换，热交换器内的液体工质加热成高压的气体工质，高压气体工质通过多级轴向透平机 进行膨胀做功，从而使透平机推动发电机发电，进过热交换的热源通过阀口排出；经过膨胀 之后的气体工质经过冷却装置降温冷却，之后分别进入换热器内进行再次加热，完成一个 循环。
[0006] 传统上，有机朗肯循环采用氯氣姪（CFC)作为工质，例如，CN102168589AW 二氯甲烧作为工质，CN202145099UW氯己烧作为工质，CN102401589A、CN102401590A、 CN102401591A、CN102401592A、CN202420250U、CN202420251U、CN202420252U、CN202420253U 均采用甲苯、二氣二氯己烧、丙烷、五氣丙烷作为工质。 【实用新型内容】
[0007]本实用新型要克服的现有技术存在的问题是；由于传统水蒸汽朗肯循环的工质温 度和压力参数较高，工质水与有机工质的热物理性质有较大差别，有机朗肯循环通常存在 循环热效率低，设备投资时间长等一系列问题。由于环境问题日益突出，传统CFC工质由于 其对臭氧层的破坏作用而被限制使用，在1997年京都议定书推出之后，发展环保新工质的 呼声越来越高。同时一些有机工质存在有毒、可燃的问题，万一发生泄露将造成严重的后 果。鉴于此，目前亟需开发安全、环保、高效的余热发电系统。
[0008]本实用新型的发明人经过大量研究和试验，发现将C〇2作为工质用于朗肯循环发 电系统，能够取得用传统CFC等有机物质作为工质所无法达到的效果。
[0009]本实用新型的发明人还发现，用回热器代替普通的热交换器可W明显提高工质的 循环效率。
[0010] 根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种天然工质余热发电系统，其特 征是该系统包括余热利用回路、C〇2动力循环回路、C0 2冷凝回路，其中，余热利用回路是将 余热工质引出口与蒸发器余热进口相连，并在管路上装有累或风机；C〇2动力循环回路是 C〇2管路依次将蒸发器、气液分离器、进气调节装置、透平、回热器、储液器、工质累相连接， 气液分离器的中上端接口与蒸发器0)2的出口相接，气液分离器的上端接口与进气调节装 置相接，气液分离器的下端接口与电磁阀、气液分离工质累、蒸发器C〇2进口依次相连，回热 器的低压侧进口与透平的出口相连接，回热器低压侧的出口与冷凝器C〇2进口相连接，回热 器高压侧的进口与工质累出口相接，回热器高压侧出口与蒸发器C〇2进口相接，透平与发电 机相连；C〇2冷凝回路是冷源工质管路，将冷凝器的冷源工质出口、冷源工质累、冷凝器的冷 源工质进口相连。
[0011] 根据上述的天然工质余热发电系统，其特征是；该系统使用的余热是高温烟气余 热、高温产品和炉渣的余热、冷却介质的余热、可燃废气废液和废料的余热、废汽和废水的 余热或化学反应余热。
[0012] 根据上述的天然工质余热发电系统，其特征是；该系统使用的余热是35(TCW下 的中低温余热。
[0013]根据上述的天然工质余热发电系统，其特征是；该系统使用的c〇2为纯度为 80%~99%的(：〇2。
[0014]根据上述的天然工质余热发电系统，其特征是；该系统使用的冷源工质是空气或 水。
[0015]根据上述的天然工质余热发电系统，其特征是；该系统的蒸发器、冷凝器、回热器 的换热方式是逆流式、顺流式、错流式或混流式。
[0016]根据上述的天然工质余热发电系统，其特征是；该系统使用的透平是膨胀机或汽 轮机。
[0017]该系统采用天然工质0)2,不会破坏臭氧层，化学稳定性好，价格低廉、容易获得、 不需回收，该系统和工艺可利用低密度的工业余热发电，不仅能减少工业废热对环境带来 的热污染，还能变废为宝，提高企业的经济效益。
【附图说明】
[001引图1是本实用新型实施例1的一种余热发电系统的示意图。
[0019] 图2是本实用新型实施例2的一种余热发电系统的示意图。
[0020] 其中的附图标记为；1一蒸发器，2 -透平，3 -发电机，4 -冷凝器，5 -回热器， 6 -储液器，7-工质累，8 -气液分离器，9-热源工质累，10-冷源工质累，11-进气调节 装置，12-紧急减压装置，13-气液分离器工质累，14-余热工质管路，15 -C〇2管路，16 -冷源工质管路，17-电磁阀，18-锅炉烟道。
【具体实施方式】
[0021] 本实用新型提供一种W沸点较低的CA为工质的朗肯循环发电系统，该系统可最 大限度的将低密度的工业余热转换为高品位电能。本实用新型采用天然工质C〇2为发电工 质，利用其在跨临界压力下，具有比热大、导热性好、气体密度高等性能，可使设备紧凑、体 积小，同时采用回热器回收内部热量，能明显提高循环热效率和发电效率，可W有效减少余 热直接向环境排放带来的热污染。
[0022] 本实用新型的朗肯循环发电系统所用的主要设备有；蒸发器、透平、冷凝器、励磁 交流发电机、回热器、储液器、气液分离器、工质累、气液分离器工质累、水累（风机）、管路、 阀口、安全阀、联轴器及通用器具等，所述的蒸发器、冷凝器、回热器均为高效换热器，可W 为逆流式、顺流式、错流式、混流式的任一种。透平可W是膨胀机或汽轮机。上述设备及通 用器具都是余热发电行业通用的、现有的，本领域人员完全可W根据需要而在市场购买。
[0023] 本实用新型的天然工质余热发电系统有S个回路。第一个回路是余热利用回路， 将余热工质引出口与蒸发器余热进口相连，并在相连管路上装有累或风机。管道内里面走 的是余热工质，可W是载热液体也可W是载热气体。余热工质在蒸发器内释放热量给发电 工质0)2,将液体C〇2加热到超临界状态，释放热量后余热工质再次回到原有系统或排放。此 回路不仅能代替原有的冷却装置，同时可将余热回收。第二个回路是C〇2动力循环回路。用 管道将蒸发器、气液分离器、进气调节装置、透平、回热器、冷凝器、储液器、工质累、气液分 离工质累、电磁阀相连。气液分离器的中上端接口与蒸发器的C〇2出口相接，气液分离器的 上端接口与进气调节装置相接，气液分离器的下端接口依次与电磁阀、气液分离工质累、蒸 发器的C〇2进口相连。回热器的低压侧进口与透平的出口相连接，回热器低压侧的出口与冷 凝器的C〇2进口相连接，回热器高压侧的进口与工质累出口相接，回热器高压侧出口与蒸 发器的C〇2进口相接。第S个回路是C0 2冷凝回路，将冷凝器的冷源工质出口、冷源工质累 (风机）、冷凝器的冷源工质进口相连，将冷源工质进口与冷凝器的冷源工质出口相连。其 中=个回路上配有流量、温度、压力等测量仪表及安全阀、阀口、滤网等通用配件。透平与励 磁交流发电机相连。当管路内及储液器的压力超过最大设计压力时，安全阀将动作放气，W 确保系统安全。
[0024] 该发电系统采用的工质为纯度为80%~99%的CA。
[00巧]该发电系统用于回收工业载热气体、液体的余热。余热的来源可W是；冶金、化工、 建材、玻璃、造纸、纺织、机械等行业的余热的一种，例如轴钢加热炉、玻璃烙畜、电厂循环冷 却水等的余热。可代替工业生产过程的冷却装置或减少冷却装置的负荷，如冷却塔、空冷岛 等。
[0026] 该发电系统所用的冷源工质可W是空气、水等常规冷却介质。
[0027] 该发电系统设置有回热器，可回收动力循环中CA的余热，提高循环热效率，降低 换热