工业低品位余热能源供应系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种工业低品位余热能源供应系统，包括余热采集子系统、能源站子系统、供热子系统、有机朗肯循环发电子系统和生活热水供应子系统。该系统通过余热采集子系统对工业企业生产过程中的低品位余热资源进行综合回收，使余热在能源站子系统中集中蓄积并优化分配到供热子系统、有机朗肯循环发电子系统和生活热水供应子系统中，满足城镇居民和工业企业的采暖、用电和生活热水等多种用能需求，形成能源供应系统，在全年里实现低品位余热高效化和规模化的综合回收利用。
【专利说明】
工业低品位余热能源供应系统
技术领域
[0001]本实用新型属于节能环保技术领域，特别涉及一种工业低品位余热能源供应系统。
【背景技术】
[0002]工业生产过程中需要消耗大量的能源，并在生产工艺流程中产生大量的余热。随着我国工业节能工作的不断推进，中高品味的工业余热目前已经得到了较为有效的利用，但诸如100 °C以下的液体、400 °C以下的烟气等工业低品位余热，仍广泛且大量存在于钢铁、有色金属、建材、石化、化工和电力等高能耗行业中。这部分余热因其能源品位低，传统的利用方式无法满足要求，通常未被充分利用，造成了大量的能源浪费，且加剧了环境污染。
[0003]城镇居民生活和工业生产过程中存在着大量的采暖、用电和生活用水等用能需求。这些生产和生活用能主要来自化石能源，造成了严重的大气污染。尤其是煤炭的大量使用，是北方地区采暖期雾霾天气的主要成因之一。因此，在能源消费量较大的地区，若采取有效的方式，将城镇周边的工业企业所产生的低品位余热回收利用起来，替代化石能源，满足城镇居民及工业企业的生产生活的用能需求，必将有力推动我国节能减排和大气污染防治工作。
[0004]近几年来，随着节能技术的不断进步，一些低品位余热回收利用方法和装置开始出现。其中:利用低品位余热供暖开始有了一些小范围的工程应用尝试;采用有机朗肯循环的低品位余热发电系统初步进入商业化应用阶段;通过热栗提升余热品味再加以利用的系统也被提出。然而，这些方法和装置的应用存在诸多限制，比如:若仅用来供暖，会导致余热在非采暖期内无法使用;若仅用于发电，能源利用效率不高;而通过新增热栗来提升余热品味，不仅需要消耗一部分高品位的电能，而且还提高了系统的投资建设成本。
[0005]可见，目前尚缺少一种能对工业低品位余热在全年里都能实现高效化和规模化回收利用的方法及装置系统，满足城镇居民和工业企业的采暖、用电和生活热水等多种用能需求。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种工业低品位余热能源供应系统，在余热利用端输出热、电和生活热水，满足城镇居民和工业企业的采暖、用电和生活热水等多种用能需求，在全年里实现余热的高效化和规模化综合利用。
[0007]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]工业低品位余热能源供应系统，包括余热采集子系统、能源站子系统、供热子系统、有机朗肯循环发电子系统和生活热水供应子系统；
[0009]所述的余热采集子系统由余热采集循环栗、余热换热器及连接管路和控制阀依次连接而成；
[0010]所述的能源站子系统由蓄热器、供能循环栗、回水箱及连接管路和控制阀组成；
[0011]所述的供热子系统主要由供热首站换热器、供热循环栗及供热管路和控制阀组成，连接至城镇集中供热管网，实现集中供热；
[0012]所述的有机朗肯循环发电子系统由有机工质循环栗、预热器、蒸发器、螺杆膨胀机、冷凝器、储液罐及管路和控制阀依次连接形成循环回路，并由所述螺杆膨胀机驱动发电机产生电能，实现并网供电；
[0013]所述的生活热水供应子系统主要由生活热水供水栗经相应的管路和控制阀输送至用户，实现生活热水供应；
[0014]所述的余热采集子系统中，余热换热器的前端通过余热采集循环栗和控制阀分别与所述能源站子系统中的回水箱和所述有机朗肯循环发电子系统中的预热器连接，其后端通过连接管道与所述能源站子系统中的蓄热器连接；
[0015]所述的供热子系统中，控制阀、供热循环栗和供热首站换热器通过连接管路依次连接，最终连接至城镇集中供热管网；
[0016]所述的有机朗肯循环发电子系统中，有机工质循环栗、预热器、蒸发器、螺杆膨胀机、冷凝器、储液罐和控制阀通过连接管路依次连接，同时，冷凝器外接冷却水;蒸发器和预热器通过连接管路和控制阀连接所述能源站子系统中的供能循环栗，并通过连接管路和控制阀连接所述余热采集子系统中的余热采集循环栗;螺杆膨胀机连接发电机，所发电力并入电网；
[0017]所述的生活热水供应子系统中，生活热水供水栗通过连接管路和控制阀与所述能源站子系统中的蓄热器相连接。
[0018]所述的低品位余热是指工业余热，具体是指60?100°C的液体和200?400°C的烟气。
[0019]所述的余热采集子系统，能源站子系统、供热子系统和生活热水供应子系统的换热工质为水，所述有机朗肯循环发电子系统的工质为低沸点的有机工质。
[0020]所述的控制阀均为电磁式的，并装有射频控制装置。
[0021]所述的余热采集循环栗、供能循环栗、供热循环栗、有机工质循环栗和生活热水供水栗均设有变频设施，并装有射频控制装置。
[0022]所述的余热采集子系统中:余热换热器外接低品位余热，根据热源形式的不同，换热器类型相应的是水-水换热器或气-水换热器中的一种;通过变频控制余热采集循环栗，使子系统末端出水进入所述的能源站子系统中的蓄热器中时达到所需的温度和流量。
[0023]所述的能源站子系统中:蓄热器将所述余热采集子系统所采集的热能蓄集起来，并通过供能循环栗实现平滑输出；通过控制相关阀门，蓄热器中所蓄积的热水能根据需求通过供能循环栗部分或全部栗送至所述的供热子系统的供热首站换热器中，或至所述有机朗肯循环发电子系统的蒸发器和预热器中进行换热，同时，还能进一步地通过生活热水供水栗栗送至所述的生活热水供应子系统中；从蓄热器出来的热水经供能循环栗输送，完成换热后，部分通过回水箱，其余部分直接通过逆止阀，经由所述余热采集子系统中的余热采集循环栗，最终全部回到所述的余热采集子系统中；回水箱具有补水和蓄水供能，以维持取换热循环的质量平衡;蓄热器和回水箱中均设有传感系统，包括温度、压力和水位传感器。
[0024]所述的有机朗肯循环发电子系统中:预热器和蒸发器均为管壳式有机工质-水换热器，有机工质在其中与热水换热后，变成高压的气体工质，驱动螺杆膨胀机做功，从而推动发电机发电；经过膨胀之后的气体工质，在冷凝器中经外接冷却水冷凝成液态进入到储液罐，再通过工质栗回到预热器和蒸发器中，完成整个有机朗肯循环并发电并网，实现供电。
[0025]所述的供热子系统中:供热首站换热器为液-液式换热器，供热回水在其中换热后，由供热循环栗经一次管网输送至城镇集中供热管网，实现供热。
[0026]所述的生活热水供应子系统中:生活热水经由生活热水供水栗从所述能源站子系统中的蓄热器输送至用户，实现生活热水供应。
[0027]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0028]1.能对工业低品位余热在全年里都能实现高效化和规模化回收利用，替代化石能源，促进节能减排和大气污染防治；
[0029]2.满足城镇居民和工业企业的采暖、用电和生活热水等多种用能需求。
【附图说明】
[0030]图1为本实用新型的系统原理不意图。
[0031 ]其中:余热采集循环栗I;余热换热器2;蓄热器3;供能循环栗4;供热首站换热器5;回水箱6;蒸发器7;预热器8;供热循环栗9;有机工质循环栗10;螺杆膨胀机11;发电机12;冷凝器13;储液罐14;蓄热器传感系统(包括温度、压力、水位)15;回水箱传感系统(包括温度、压力、水位)16;生活热水供水栗17;控制阀1801?1814。
【具体实施方式】
[0032]下面结合图1对本实用新型进行进一步地说明。
[0033]实施例1:如图1所示，工业低品位余热能源供应系统，包括余热采集子系统、能源站子系统、供热子系统、有机朗肯循环发电子系统和生活热水供应子系统。
[0034]余热采集子系统由余热采集循环栗1、余热换热器2、及连接管路和控制阀1801、1810、1814组成;能源站子系统由蓄热器3、供能循环栗4、回水箱6及连接管路和控制阀1802?1809组成;供热子系统由供热首站换热器5、供热循环栗9及供热管路和控制阀1811组成；有机朗肯循环发电子系统由有机工质循环栗10、预热器8、蒸发器7、螺杆膨胀机11、冷凝器13、储液罐14、发电机12及连接管路和控制阀1813组成;生活热水供应子系统由生活热水供水栗17及连接管路和控制阀1812组成。
[00；35]余热米集子系统、供热子系统、有机朗肯循环发电子系统和生活热水供应子系统的末端均分别与能源站子系统的蓄热器3和回水箱6相连，以维持系统的质量和能量平衡；生活热水供应子系统与能源站子系统的蓄热器3相接。
[0036]在余热采集子系统中，低温换热器2外接85°C左右的热水余热，控制余热采集循环栗I的循环水流量，使进入能源站子系统中的蓄热器3的热水达到70°C左右。
[0037]能源站子系统起到对整个系统的能源蓄积、调度和平衡控制作用。蓄热器3将所述余热采集子系统所采集的热能蓄集起来，并通过供能循环栗4实现平滑输出。在冬季供暖期工况下:控制阀1805全开，蓄热器3中热水优先进入供热子系统中，满足供热需求，若低品位余热资源充足，控制阀1806与此同时部分打开，富余的热水进入有机朗肯循环发电子系统，用于发电;若低品位余热资源不充足，则完全关闭控制阀1806，停止运行有机朗肯循环发电子系统。在非供暖期工况下:控制阀1805全闭，供热子系统停止运行;控制阀1806全开，蓄热器3中热水进入有机朗肯循环发电子系统中，用于发电。在供暖期和非供暖期工况下，蓄热器3中热水同时还能通过生活热水供水栗17输送至生活热水供应子系统中，实现生活热水供应。从蓄热器3出来的热水经换热后，部分通过回水箱6，其余部分直接通过逆止阀1814，经由余热采集循环栗I，最终全部回到余热采集子系统中；回水箱6具有补水和蓄水供能，以维持取换热循环的质量平衡；蓄热器3和回水箱6中均设有传感系统15、16，包括温度、压力和水位传感器，控制系统通过这些参数来控制其他相关子系统的运行，满足用户的用能需求，并维持整个系统的能量平衡。
[0038]在供暖期，蓄热器3中热水进入供热子系统中，优先满足供热需求，供热回水在供热首站换热器5中与之换热后，由供热循环栗9经一次管网输送至城镇集中供热管网，实现供热。
[0039]在非供暖期或供暖期且低品位余热资源充足时，蓄热器3中的热水依次进入蒸发器7和预热器8中与有机工质进行换热；有机工质依次在预热器8和蒸发器7中吸收热能，变成高压的气体工质，驱动螺杆膨胀机11做功，从而推动发电机12发电;经过膨胀之后的气体工质，在冷凝器13中经外接冷却水冷凝成液态进入到储液罐14，再通过工质栗14回到预热器8和蒸发器7中，完成整个有机朗肯循环并发电并网，实现供电。
[0040]在供暖期和非供暖期工况下，蓄热器3中热水同时还可以经由生活热水供水栗17输送至用户，实现生活热水供应。
[0041]实施例2:如图1所示，基于多种低品位余热综合回收利用的区域能源供应系统，本实施例与实施例1相同，其中余热采集子系统中的余热换热器2外接300°C左右的烟气余热，控制余热采集循环栗I的循环水流量，使进入能源站子系统的蓄热器3的热水达到90°C左右。
[0042]以上实施例结合附图对本实用新型的具体实施作了详细说明，但是由于在余热回收端和利用端可以有多种组合方式，满足不同的用能需求。熟悉本领域的技术人员可以很容易对这些实施例进行改进和修改，而不必进过创造性劳动。因此，本实用新型并不限于上述实施例，本领域的技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型的范畴所做出的改进和修改都应在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.工业低品位余热能源供应系统，其特征是:包括余热采集子系统、能源站子系统、供热子系统、有机朗肯循环发电子系统和生活热水供应子系统； 所述的余热采集子系统包括余热采集循环栗(I)、余热换热器(2)及连接管路和控制阀(1801、1810、1814); 所述的能源站子系统包括蓄热器(3)、供能循环栗(4)、回水箱(6)及连接管路和控制阀(1802?1809);所述的供热子系统包括供热首站换热器(5)、供热循环栗(9)及供热管路和控制阀(2011); 所述的有机朗肯循环发电子系统包括有机工质循环栗(10)、预热器(8)、蒸发器(7)、螺杆膨胀机(11)、冷凝器(13)、储液罐(14)、发电机(12)及连接管路和控制阀(1813); 所述的生活热水供应子系统包括生活热水供水栗(17)及连接管路和控制阀(1812); 所述的低品位余热是指工业余热，具体是指60?100 °C的液体和200?400 °C的烟气； 所述的余热采集子系统中，余热换热器(2)的前端通过余热采集循环栗(I)和控制阀(1810、1814)分别与所述能源站子系统中的回水箱(6)和所述有机朗肯循环发电子系统中的预热器(8)连接，其后端通过连接管道与所述能源站子系统中的蓄热器(3)连接； 所述的供热子系统中，控制阀(1811)、供热循环栗(9)和供热首站换热器(5)通过连接管路依次连接，最终连接至城镇集中供热管网； 所述的有机朗肯循环发电子系统中，有机工质循环栗(10)、预热器(8)、蒸发器(7)、螺杆膨胀机(11)、冷凝器(13)、储液罐(I4)和控制阀(I813)通过连接管路依次连接，同时，冷凝器(13)外接冷却水;蒸发器(7)和预热器(8)通过连接管路和控制阀(1806)连接所述能源站子系统中的供能循环栗(4)，并通过连接管路和控制阀(1814、1810)连接所述余热采集子系统中的余热采集循环栗(I);螺杆膨胀机(11)连接发电机，所发电力并入电网； 所述的生活热水供应子系统中，生活热水供水栗(17)通过连接管路和控制阀(1812)与所述能源站子系统中的蓄热器(3)相连接。2.根据权利要求1所述的能源供应系统，其特征是:所述的余热采集子系统中，余热换热器(2)类型是水-水换热器或气-水换热器的一种;通过变频控制余热采集循环栗(I)，使子系统末端出水进入所述的能源站子系统中的蓄热器(3)中时达到所需的温度和流量。3.根据权利要求1或2所述的能源供应系统，其特征是:所述的能源站子系统中，蓄热器(3)将所述余热采集子系统所采集的热能蓄集起来，并通过供能循环栗(4)实现平滑输出；通过控制相关控制阀(1805?1806)，蓄热器(3)中所蓄积的热水能根据需求通过供能循环栗(4)部分或全部栗送至所述的供热子系统的供热首站换热器(5)中，或至所述有机朗肯循环发电子系统的蒸发器(7)和预热器(8)中进行换热，同时，还能进一步地通过生活热水供水栗(17)栗送至所述的生活热水供应子系统中；从蓄热器(3)出来的热水经供能循环栗(4)栗送换热后，部分通过回水箱(6)，其余部分直接通过逆止阀(1814)，经由所述余热采集子系统中的余热采集循环栗(I)，最终全部回到所述的余热采集子系统中；回水箱(6)具有补水和蓄水供能，以维持系统的质量平衡；蓄热器(3)和回水箱(6)中均设有传感系统(15，16)，包括温度、压力和水位传感器。4.根据权利要求1或2所述的能源供应系统，其特征是:所述的有机朗肯循环发电子系统中，预热器(8)和蒸发器(7)均为管壳式有机工质-水换热器，有机工质在其中与热水换热后，变成高压的气体工质，驱动螺杆膨胀机(11)做功，从而推动发电机(12)发电；经过膨胀之后的气体工质，在冷凝器(13)中经外接冷却水冷凝成液态进入到储液罐(14)，再通过有机工质循环栗(10)回到预热器(8)和蒸发器(7)中，完成整个有机朗肯循环后发电并网，实现供电。5.根据权利要求1或2所述的能源供应系统，其特征是:所述的供热子系统中，供热首站换热器(5)为液-液式换热器，供热回水在其中换热后，由供热循环栗(9)输送至城镇集中供热管网，实现供热。6.根据权利要求1或2所述的能源供应系统，其特征是:所述的生活热水供应子系统中，生活热水经由生活热水供水栗(17)从所述能源站子系统中的蓄热器(3)输送至用户，实现生活热水供应。7.根据权利要求1或2所述的能源供应系统，其特征是:所述的余热采集子系统，能源站子系统、供热子系统、和生活热水供应子系统的换热工质为水，所述有机朗肯循环发电子系统的工质为低沸点的有机工质。8.根据权利要求1所述的能源供应系统，其特征是，所述的控制阀(1801?1813)均为电磁式的，并装有射频控制装置。9.根据权利要求1所述的能源供应系统，其特征是，所述的余热采集循环栗(I)、供能循环栗(4)、供热循环栗(9)、有机工质循环栗(10)和生活热水供水栗(17)均设有变频设施，并装有射频控制装置。
【文档编号】F01K27/00GK205477791SQ201521092789
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月25日
【发明人】邓毕力, 许明超
【申请人】力明（北京）节能科技有限公司