CN101787908B - 一种闭式布雷顿循环余热发电***及利用其进行余热发电的方法 - Google Patents

一种闭式布雷顿循环余热发电***及利用其进行余热发电的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种闭式布雷顿循环余热发电***，启动增压***通过氦气循环管路与逆流烟气换热器的氦气入口连接，逆流烟气换热器的氦气出口通过氦气循环管路与透平动力装置连接，透平回路回热器的氦气余热回收入口通过氦气循环管路与透平动力装置连接，透平回路回热器的氦气余热回收出口通过氦气循环管路依次与透平回路散热器、气体压缩机连接，透平回路回热器的氦气加热入口通过氦气循环管路与气体压缩机连接，透平回路回热器的氦气加热出口通过氦气循环管路与启动增压***连接，透平动力装置与发电机设备和气体压缩机同轴连接。本发明的闭式布雷顿循环余热发电***对热源废气的温度适应范围广，结构简单，余热利用率高并且稳定可靠。

Description

一种闭式布雷顿循环余热发电***及利用其进行余热发电的方法
技术领域
本发明涉及一种余热发电***及利用其进行余热发电的方法，特别是一种基于布雷顿循环利用工业废气余热的发电站***。
背景技术
余热发电技术是一种将废气中的热能转化为电能的能源回收利用技术。余热发电***中的热源来自各种工业过程中产生的废气热源。余热发电技术通过“废气热源——工质热能——机械能——电能这样一个过程实现能源转化，从而同时实现废气热源的利用的过程。
目前国内外的利用余热发电的***技术主要为常规的蒸汽锅炉和蒸汽轮机的联合循环***，即常规的郎肯循环发电***。这种循环***对热源的温度要求很高，当热源小于300℃时，要求余热锅炉的出口过热蒸汽压力较高(1.57-3.82Mpa)，锅炉窄点温差较宽(20-30℃)等问题。综合导致余热的综合利用率较低，发电量少，对余热的波动适应范围小，余热发电***的稳定性和可靠性相对较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种对热源废气的温度适应范围广，结构简单，余热利用率高并且稳定可靠的闭式布雷顿循环余热发电***及利用其进行余热发电的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种闭式布雷顿循环余热发电***，启动增压***通过氦气循环管路与逆流烟气换热器的氦气入口连接，所述逆流烟气换热器的氦气出口通过氦气循环管路与透平动力装置连接，透平回路回热器的氦气余热回收入口通过氦气循环管路与所述透平动力装置连接，所述透平回路回热器的氦气余热回收出口通过氦气循环管路依次与透平回路散热器、气体压缩机连接，所述透平回路回热器的氦气加热入口通过氦气循环管路与所述气体压缩机连接，所述透平回路回热器的氦气加热出口通过氦气循环管路与所述启动增压***连接，所述透平动力装置与发电机设备和所述气体压缩机同轴连接。
上述闭式布雷顿循环余热发电***，所述闭式布雷顿循环余热发电***还包括具有散热回路回热器和散热回路散热器的冷却***；散热回路回热器具有第一冷却剂入口、第一冷却剂出口、第二冷却剂入口、第二冷却剂出口；所述第一冷却剂出口通过冷却剂管路依次与所述透平回路散热器、散热回路散热器以及所述第二冷却剂入口连接；所述第二冷却剂出口通过冷却剂管路依次与所述发电机设备、所述第一冷却剂入口连接。
一种利用上述闭式布雷顿循环余热发电***进行余热发电的方法，包括如下步骤：
(a)通过所述启动增压***将循环氦气增压至1.40Mpa，然后进入所述逆流烟气换热器，经过温度为150℃-400℃的废气加热循环氦气，使循环氦气的温度达到510K；
(b)将通过所述逆流烟气换热器加热后的循环氦气导入所述透平动力装置，使所述透平动力装置驱动所述发电机设备进行发电，并驱动所述气体压缩机运转；
(c)从所述透平动力装置排出的循环氦气通过所述氦气余热回收入口进入所述透平回路回热器，进行循环氦气的余热回收；
(d)从所述透平回路回热器的氦气余热回收出口排出的循环氦气进入所述透平回路散热器；
(e)从所述透平回路散热器出来的达到气体压缩机入口温度要求的循环氦气进入气体压缩机；
(f)经气体压缩机加压后的循环氦气经过氦气加热入口进入透平回路回热器进行加热，然后从氦气加热出口出来进入启动增压***，经启动增压***加压至1.40Mpa，开始又一轮的循环。
本发明的闭式布雷顿循环余热发电***具有以下有益的技术效果：(1)本发明的闭式布雷顿循环余热发电***采用氦气作为热力介质，可以在热源废气温度为150℃-400℃的范围都能以相对稳定的效率利用余热给出电能；(2)采用惰性气体氦气为能量传输介质的布雷顿循环，降低了沸点温度，然后利用单级气体压缩机作为压力稳定设备，透平动力装置压力参数为：入口压力为1.40Mpa，温度为510K；出口处的压力为0.72Mpa，温度为440K；使得压力在1.5Mpa以下即可得到较高的机械和发电效率。(3)与常规的余热发电相比，本发明的闭式布雷顿循环余热发电***扩大了温度的适应范围，实现了对低品位热源的利用，减少了能源的浪费。
附图说明
图1为本发明闭式布雷顿循环余热发电***的结构示意图。
1-透平动力装置，2-发电机设备，3-气体压缩机，4-透平回路回热器，41-氦气余热回收入口，42-氦气余热回收出口，43-氦气加热入口，44-氦气加热出口，5-逆流烟气换热器，51-氦气入口，52-氦气出口，53-烟气入口，54-烟气出口，6-透平回路散热器，7-启动增压***，8-散热回路回热器，81-第一冷却剂入口，82-第一冷却剂出口，83-第二冷却剂入口，84-第二冷却剂出口，9-散热回路散热器。
实施方式
如图1所示，本实施例的闭式布雷顿循环余热发电***，启动增压***7通过氦气循环管路与逆流烟气换热器5的氦气入口51连接，所述逆流烟气换热器5的氦气出口52通过氦气循环管路与透平动力装置1连接，透平回路回热器4的氦气余热回收入口41通过氦气循环管路与所述透平动力装置1连接，所述透平回路回热器4的氦气余热回收出口42通过氦气循环管路依次与透平回路散热器6、气体压缩机3连接，所述透平回路回热器4的氦气加热入口43通过氦气循环管路与所述气体压缩机3连接，所述透平回路回热器4的氦气加热出口44通过氦气循环管路与所述启动增压***7连接，所述透平动力装置1与发电机设备2和所述气体压缩机3同轴连接。还包括具有散热回路回热器8和散热回路散热器9的冷却***；散热回路回热器8具有第一冷却剂入口81、第一冷却剂出口82、第二冷却剂入口83、第二冷却剂出口84；所述第一冷却剂出口82通过冷却剂管路依次与所述透平回路散热器6、散热回路散热器9以及所述第二冷却剂入口83连接；所述第二冷却剂出口84通过冷却剂管路依次与所述发电机设备2、所述第一冷却剂入口81连接。
本实施例的闭式布雷顿循环余热发电***进行余热发电在进行余热发电的时候，包括如下步骤：(a)通过所述启动增压***7将循环氦气增压至1.40Mpa，然后进入所述逆流烟气换热器5，经过温度为150℃-400℃的废气加热循环氦气，使循环氦气的温度达到510K；(b)将通过所述逆流烟气换热器5加热后的循环氦气导入所述透平动力装置1，使所述透平动力装置1驱动所述发电机设备2进行发电，并驱动所述气体压缩机3运转；(c)从所述透平动力装置1排出的循环氦气通过所述氦气余热回收入口41进入所述透平回路回热器4，进行循环氦气的余热回收；(d)从所述透平回路回热器4的氦气余热回收出口42排出的循环氦气进入所述透平回路散热器6；(e)从所述透平回路散热器6出来的达到气体压缩机3入口温度要求的循环氦气进入气体压缩机3；(f)经气体压缩机3加压后的循环氦气经过氦气加热入口43进入透平回路回热器4进行加热，然后从氦气加热出口44出来进入启动增压***7，经启动增压***7加压至1.40Mpa，开始又一轮的循环。同时冷却***也会在同时被启动，用于降低和维持透平机和整个发电***的运行温度。
在本实施例中，所述逆流烟气换热器5的结构如图2所示，利用热源废气(烟气)加热氦气循环管路中的循环氦气，烟气从所述逆流烟气换热器5的烟气入口53进入，然后从烟气出口54排出，加热后的循环氦气沿氦气循环管路进入透平动力装置1中，透平动力装置1驱动发电机设备2和气体压缩机3，从而实现把热源废气(烟气)的热能转化为电能和机械能。气体压缩机3用于提高压力，从而保证透平动力装置1运行所需的压差。透平回路回热器4用于循环氦气的余热回收，透平回路散热器6用于保证循环氦气进入气体压缩机3的安全温度；散热回路回热器8用于回收冷却***中冷却剂的余热；散热回路散热器9用于发电机设备2的冷却，从而保证其在安全温度以下工作；启动增压***7在***启动时提高循环氦气的压力。由于在在整个透平***和冷却***中均存在着回热器，可以提高余热回收效率；另外，氦气循环回路中采用氦气作为介质，整个过程不存在相变，启动热量较小从而要求启动温度较低(150℃)。开始时，散失的热量大部分被冷却***回热器吸收用以保持***温度，当***环境温度过高时，冷却***散热器启动散去多余热量。在***达到稳定状态后，即透平机转速达到3000RPM，***个点压力达到设定值1.40Mpa，启动增压***7将会自动关闭。循环氦气在透平回路回热器4出来后会直接进入逆流烟气换热器5，进行热量交换从而稳定运行。

Claims (3)

1.一种闭式布雷顿循环余热发电***，其特征在于，启动增压***(7)通过氦气循环管路与逆流烟气换热器(5)的氦气入口(51)连接，所述逆流烟气换热器(5)的氦气出口(52)通过氦气循环管路与透平动力装置(1)连接，透平回路回热器(4)的氦气余热回收入口(41)通过氦气循环管路与所述透平动力装置(1)连接，所述透平回路回热器(4)的氦气余热回收出口(42)通过氦气循环管路依次与透平回路散热器(6)、气体压缩机(3)连接，所述透平回路回热器(4)的氦气加热入口(43)通过氦气循环管路与所述气体压缩机(3)连接，所述透平回路回热器(4)的氦气加热出口(44)通过氦气循环管路与所述启动增压***(7)连接，所述透平动力装置(1)与发电机设备(2)和所述气体压缩机(3)同轴连接。
2.根据权利要求1所述的闭式布雷顿循环余热发电***，其特征在于，所述闭式布雷顿循环余热发电***还包括具有散热回路回热器(8)和散热回路散热器(9)的冷却***；散热回路回热器(8)具有第一冷却剂入口(81)、第一冷却剂出口(82)、第二冷却剂入口(83)、第二冷却剂出口(84)；所述第一冷却剂出口(82)通过冷却剂管路依次与所述透平回路散热器(6)、散热回路散热器(9)以及所述第二冷却剂入口(83)连接；所述第二冷却剂出口(84)通过冷却剂管路依次与所述发电机设备(2)、所述第一冷却剂入口(81)连接。
3.一种利用权利要求1所述闭式布雷顿循环余热发电***进行余热发电的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)通过所述启动增压***(7)将循环氦气增压至1.40Mpa，然后进入所述逆流烟气换热器(5)，经过温度为150℃-400℃的废气加热循环氦气，使循环氦气的温度达到510K；
(b)将通过所述逆流烟气换热器(5)加热后的循环氦气导入所述透平动力装置(1)，使所述透平动力装置(1)驱动所述发电机设备(2)进行发电，并驱动所述气体压缩机(3)运转；
(c)从所述透平动力装置(1)排出的循环氦气通过所述氦气余热回收入口(41)进入所述透平回路回热器(4)，进行循环氦气的余热回收；
(d)从所述透平回路回热器(4)的氦气余热回收出口(42)排出的循环氦气进入所述透平回路散热器(6)；
(e)从所述透平回路散热器(6)出来的达到气体压缩机(3)入口温度要求的循环氦气进入气体压缩机(3)；
(f)经气体压缩机(3)加压后的循环氦气经过氦气加热入口(43)进入透平回路回热器(4)进行加热，然后从氦气加热出口(44)出来进入启动增压***(7)，经启动增压***(7)加压至1.40Mpa，开始又一轮的循环。
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