CN104314629A - 一种背压式汽轮机串联orc螺杆膨胀机的余热发电*** - Google Patents

一种背压式汽轮机串联orc螺杆膨胀机的余热发电*** Download PDF

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Abstract

一种背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，本发明采用背压式汽轮机（2）串联有机工质螺杆膨胀机（4）的装机方案，有效的克服了传统水蒸汽郎肯循环冷源损失大，乏汽凝结热无法得到利用的弊端，本发明充分利用了有机介质低温沸腾蒸发的特点，采用螺杆膨胀机，进一步回收水蒸汽汽轮机的乏汽凝结热，产生高压有机工质蒸汽驱动螺杆膨胀机，带动发电机产生电能，最终乏汽凝结为液态常温水而返回到余热锅炉中，本发明不仅充分利用了水蒸汽的显热能，还进一步回收了乏汽凝结的潜热能，是传统水蒸汽郎肯循环所做不到的，特别适用于低品位余热的回收利用。

Description

一种背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***
【技术领域】
本发明涉及一种发电***，具体涉及一种背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***。
【背景技术】
已知的，石灰回转窑工艺因具有产量大、石灰活性度高、热效率高、排放温度低的特点，因此在钢铁企业广为采用，其中石灰回转窑竖式预热器出口废气温度一般在200～250℃，属于低温烟气余热，目前，在国内低温排放型石灰回转窑余热发电技术基本属于空白，仅在情况较为特殊的石灰生产线上有应用，比如江西新余钢铁2×600t/d石灰窑排烟温度高达380℃，江苏永钢2×600t/d石灰窑排烟温度高达450℃，而配套建设余热电站发电效益良好，但不具有代表性，因此石灰回转窑余热发电技术目前仍存在如下缺点：
1、水蒸汽郎肯循环效率低下，无法高效回收烟气余热；
2、若采用单工质有机介质郎肯循环则存在工质充灌量大，相应的蒸发***设计困难、工质回收、贮存困难等问题；
3、国内外习惯上采用导热油和有机工质的双工质***，但导热油价格昂贵；
4、导热油为复杂高分子混合物，长期在高温条件下工作会产生聚合裂解，油品质会降低，且会在换热管壁结瘤，造成高温爆管等事故；
5、导热油有一定的服役周期，需定期更换，造成运行费用较高；
6、针对低温余热回收还可采用kalina技术，但该***设计复杂、实施难度大、氨泄露易导致中毒、***事故等缺点。
【发明内容】
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，本发明采用背压式汽轮机串联有机工质螺杆膨胀机的装机方案，既利用了蒸汽的压能，又回收了背压机排汽的凝结热，较之于纯凝式汽轮机大幅度减少了冷源损失等，本发明具有操作简单、成本相对低廉、控制简单、安全性高的特点。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，包括背压式汽轮机、汽轮机发电机、有机工质螺杆膨胀机、油汽分离罐、螺杆机发电机、蒸发式凝汽器、凝结水除氧器、预热器、蒸发器、给水泵、汽包、省煤器、锅炉本体蒸发器和锅炉本体过热器，所述省煤器的出水口通过管道连接汽包的进水口，所述汽包的出水口通过管道连接锅炉本体蒸发器的进水口，所述锅炉本体蒸发器的蒸汽出口通过管道连接汽包的蒸汽入口，汽包的蒸汽出口通过管道连接锅炉本体过热器的蒸汽入口，所述锅炉本体过热器的蒸汽出口通过管道连接背压式汽轮机，所述背压汽轮机连接汽轮机发电机，背压式汽轮机的排汽口通过管道连接蒸发器管侧进口，所述蒸发器通过管道连接预热器，所述预热器管侧出口通过管道连接凝结水除氧器进口，所述凝结水除氧器出口通过管道连接给水泵，所述给水泵通过管道连接省煤器的进口，所述预热器壳侧出口通过管道连接蒸发器壳侧进口，所述蒸发器壳侧出口通过管道连接有机工质螺杆膨胀机，所述有机工质螺杆膨胀机连接螺杆机发电机，有机工质螺杆膨胀机的乏汽接口通过管道连接油汽分离罐，所述油汽分离罐通过管道连接蒸发式凝汽器，所述蒸发式凝汽器通过管道连接工质泵，所述工质泵通过管道连接预热器壳侧进口形成所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***。
所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，所述蒸发式凝汽器和预热器之间设有工质泵。
所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，所述蒸发器为满液式管壳换热器，所述满液式管壳换热器内部采用强化换热铜管。
所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，所述预热器壳侧为折流板扰流。
所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，所述工质泵为隔膜式或者螺杆式。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明所述的一种背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，本发明采用背压式汽轮机串联有机工质螺杆膨胀机的装机方案，有效的克服了传统水蒸汽郎肯循环冷源损失大，乏汽凝结热无法得到利用的弊端，本发明充分利用了有机介质低温沸腾蒸发的特点，采用螺杆膨胀机，进一步回收水蒸汽汽轮机的乏汽凝结热，产生高压有机工质蒸汽驱动螺杆膨胀机，带动发电机产生电能，最终乏汽凝结为液态常温水而返回到余热锅炉中，本发明不仅充分利用了水蒸汽的显热能，还极大的减小了***冷源损失，是传统水蒸汽郎肯循环所做不到的，特别适用于低品位余热的回收利用。
【附图说明】
图1是本发明的工艺***图；
在图中：1、余热锅炉；2、背压式汽轮机；3、汽轮机发电机；4、有机工质螺杆膨胀机；5、油汽分离罐；6、螺杆机发电机；7、蒸发式凝汽器；8、工质泵；9、凝结水除氧器；10、预热器；11、蒸发器；12、给水泵；13、汽包；14、省煤器；15、锅炉本体蒸发器；16、锅炉本体过热器。
【具体实施方式】
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
结合附图1本发明所述的一种背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，包括余热锅炉1、背压式汽轮机2、汽轮机发电机3、有机工质螺杆膨胀机4、油汽分离罐5、螺杆机发电机6、蒸发式凝汽器7、凝结水除氧器9、预热器10、蒸发器11、给水泵12、汽包13、省煤器14、锅炉本体蒸发器15和锅炉本体过热器16，所述省煤器14的出水口通过管道连接汽包13的进水口，所述汽包13的出水口通过管道连接锅炉本体蒸发器15的进水口，锅炉本体蒸发器15的蒸汽出口通过管道连接汽包13的蒸汽入口，汽包13的蒸汽出口通过管道连接锅炉本体过热器16的蒸汽入口，所述锅炉本体过热器16的蒸汽出口通过管道连接背压式汽轮机2，所述背压式汽轮机2连接汽轮机发电机3，背压式汽轮机2的排汽口通过管道连接蒸发器11管侧进口，所述蒸发器11管侧出口通过管道连接预热器10管侧进口，所述预热器10壳侧为折流板扰流；所述预热器10管侧出口通过管道连接凝结水除氧器9进口，所述凝结水除氧器9出口通过管道连接给水泵12，所述给水泵12通过管道连接省煤器14的进口，所述预热器10壳侧出口通过管道连接蒸发器11壳侧进口，所述蒸发器11为满液式管壳换热器，所述满液式管壳换热器内部采用强化换热铜管，所述蒸发器11壳侧出口通过管道连接有机工质螺杆膨胀机4，所述有机工质螺杆膨胀机4连接螺杆机发电机6，有机工质螺杆膨胀机4的乏汽接口通过管道连接油汽分离罐5，所述有机工质螺杆膨胀机4与油汽分离罐5之间的管道上设有工质泵8，所述油汽分离罐5通过管道连接蒸发式凝汽器7，所述蒸发式凝汽器7通过管道连接工质泵8，所述工质泵8为隔膜式或者螺杆式，以满足***对泵的高压头、流量计量精确、无动密封、无泄漏、安全泄放、维护简便等要求；所述工质泵8通过管道连接预热器10壳侧进口形成所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***。
本发明以给水泵12为起点，水先进入省煤器14，从省煤器14出来后进入汽包13，再从汽包13出来，进入锅炉本体蒸发器14，此时锅炉本体蒸发器14将水蒸发成饱和态的蒸汽，饱和蒸汽再返回到汽包13中进行气液分离，气液分离后再离开汽包13进入锅炉本体过热器16成为过热态的蒸汽，过热态的蒸汽从锅炉本体过热器16出口进入背压式汽轮机2，本发明中汽包13在锅炉本体的汽水***中是为了满足一定的循环倍率而设置的，其作用主要是汽水分离。
本发明余热锅炉1主蒸汽先驱动背压式汽轮机2带动汽轮机发电机3产生部分电能，0.108MPa的排汽再进入换热器组件加热有机工质，其中换热器组件采用满液式管壳蒸发器串联折流板式管壳预热器，换热器内均采用强化换热铜管，管侧为汽机排汽，壳侧为有机工质，汽机排汽与有机工质在换热器组件内逆流换热，满液式蒸发器提高了***内部“充实度”，避免了扰流流速导致的蒸汽含液；预热器内冷热流体传热温差较低，因此采用折流板扰流强化换热；得到有机工质蒸汽驱动有机工质螺杆膨胀机4带动螺杆机发电机6进一步产生电能，出预热器凝结水温在45～65℃左右进入除氧器，除氧后作为给水再进入余热锅炉继续吸热，来自换热器组件的有机蒸汽驱动有机工质螺杆膨胀机4，乏汽进入油汽分离罐5，气态有机工质进入蒸发式凝汽器7凝结，凝结液由工质泵8加压返回换热器组件继续吸热蒸发。
本发明采用余热锅炉1产生低压过热蒸汽驱动背压式汽轮机2带动汽轮机发电机3产生部分电能，背压汽轮机2排汽进入ORC螺杆发电机组的换热器组件，在换热器组件中乏汽凝结热传递给有机工质，得到的高压有机蒸汽驱动螺杆膨胀机带动发电机进一步产生电能，除氧后作为给水再进入余热锅炉；采用低参数蒸汽锅炉产生低压过热蒸汽，一方面可确保较高的余热利用率，另一方面便于小型背压式汽轮机的设计选型；采用背压式汽轮机排汽作为螺杆膨胀机换热器组件的进汽参数，使两机组能较好衔接；采用背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的装机方案，既利用了蒸汽的压能，又回收了背压机排汽的凝结热，较之于纯凝式汽轮机大大减少了冷源损失。
本发明中余热锅炉1产生的过热蒸汽驱动背压式汽轮机2带动汽轮机发电机3产生部分电能，背压式汽轮机2排汽进入螺杆膨胀机换热器组件，依次经过蒸发器11和预热器10的管程，最后乏汽凝结水经过凝结水除氧器9除氧后由给水泵12加压返回余热锅炉1。来自换热器组件的有机工质蒸汽驱动有机工质螺杆膨胀机4带动螺杆机发电机6进一步产生电能，螺杆机乏汽经油气分离罐5油气分离后，气态有机工质进入蒸发式冷却器7凝结，凝结后液态工质经工质泵8加压返回换热器组件，依次经过预热器10，蒸发器11壳侧。其中所述的余热锅炉1产生低压过热蒸汽，一方面确保了余热回收的高效，另一方面确保了低参数小容量背压式汽轮机2的设计选型。其中所述***采用蒸发式凝汽器7冷却螺杆机乏汽，可减少循环水消耗量，蒸发冷却效果更好，设备更紧凑，所需循环水泵压头更小。采用背压式汽轮机2的排汽参数作为螺杆机换热器组件蒸发器11和预热器10的进汽参数，确保了两机组的热源衔接。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (5)

1.一种背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，包括背压式汽轮机（2）、汽轮机发电机（3）、有机工质螺杆膨胀机（4）、油汽分离罐（5）、螺杆机发电机（6）、蒸发式凝汽器（7）、凝结水除氧器（9）、预热器（10）、蒸发器（11）、给水泵（12）、汽包（13）、省煤器（14）、锅炉本体蒸发器（15）和锅炉本体过热器（16），其特征是：所述省煤器（14）的出水口通过管道连接汽包（13）的进水口，所述汽包（13）的出水口通过管道连接锅炉本体蒸发器（15）的进水口，所述锅炉本体蒸发器（15）的蒸汽出口通过管道连接汽包（14）的蒸汽入口，汽包（14）的蒸汽出口通过管道连接锅炉本体过热器（16）的蒸汽入口，所述锅炉本体过热器（16）的蒸汽出口通过管道连接背压式汽轮机（2），所述背压式汽轮机（2）连接汽轮机发电机（3），背压式汽轮机（2）的排汽口通过管道连接蒸发器（11）管侧进口，所述蒸发器（11）通过管道连接预热器（10），所述预热器（10）管侧出口通过管道连接凝结水除氧器（9）进口，所述凝结水除氧器（9）出口通过管道连接给水泵（12），所述给水泵（12）通过管道连接省煤器（14）的进口，所述预热器（10）壳侧出口通过管道连接蒸发器（11）壳侧进口，所述蒸发器（11）壳侧出口通过管道连接有机工质螺杆膨胀机（4），所述有机工质螺杆膨胀机（4）连接螺杆机发电机（6），有机工质螺杆膨胀机（4）的乏汽接口通过管道连接油汽分离罐（5），所述油汽分离罐（5）通过管道连接蒸发式凝汽器（7），所述蒸发式凝汽器（7）通过管道连接工质泵（8），所述工质泵（8）通过管道连接预热器（10）壳侧进口形成所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***。
2.根据权利要求1所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，其特征是：所述蒸发式凝汽器（7）和预热器（10）之间设有工质泵（8）。
3.根据权利要求1所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，其特征是：所述蒸发器（11）为满液式管壳换热器，所述满液式管壳换热器内部采用强化换热铜管。
4.根据权利要求1所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，其特征是：所述预热器（10）壳侧为折流板扰流。
5.根据权利要求1所述的背压式汽轮机串联ORC螺杆膨胀机的余热发电***，其特征是：所述工质泵（8）为隔膜式或者螺杆式。
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Application publication date: 20150128