CN105464729A - 烟气和热流体余热回收利用*** - Google Patents

烟气和热流体余热回收利用*** Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种烟气和热流体余热回收利用***，包括：余热锅炉、第一ORC子***、第三膨胀机、第三膨胀机驱动设备；第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、膨胀机驱动设备；第一膨胀机与膨胀机驱动设备连接；烟气包括往复式发动机尾气、燃气轮机尾气以及其他工业烟气，该烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过至少一个串级式或者单级式螺杆膨胀机输出电能或者驱动其他旋转式耗功设备；余热锅炉出口烟气或其他低温热流体经过一个换热器，产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水。本发明可利用烟气以及低温热流体的余热发电，节能环保。

Description

烟气和热流体余热回收利用***
技术领域
本发明属于烟气回收技术领域，涉及一种烟气回收利用***，尤其涉及一种烟气和热流体余热回收利用***。
背景技术
往复式发动机也叫活塞发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机，也是一种将活塞的动能转化为其他机械能的机械，主要利用燃料燃烧产生的热能通过液体(如水)或气体的膨胀，从而推动活塞，将热能转化为动能的机械。
往复式发动机会产生较大的余热，如今，还没有比较好的方法对往复式发动机的余热进行回收，从而无形中损失了大量的能源。
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。排放的烟气温度高，现有的余热利用方式不能将尾气利用完全，或者能利用完全，但热效率较低，损失了大部分能源。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种烟气的余热回收方式，以便克服现有技术的上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种烟气和热流体余热回收利用***，可利用往复发动机、燃气轮机、工业烟气的余热发电，节能环保。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种烟气和热流体余热回收利用***，所述回收利用***包括：余热锅炉、至少一第一ORC子***、至少一第三膨胀机、至少一第三膨胀机驱动设备、蒸汽冷凝器或第二ORC子***；
所述第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、膨胀机驱动设备；第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机依次连接，第一膨胀机与第一蒸发器连接；第一膨胀机与膨胀机驱动设备连接；
烟气包括往复式发动机尾气、燃气轮机尾气以及其他工业烟气，烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过串级式或者单级凝汽式螺杆膨胀机输出电能，并在凝汽器中凝结为水，作为余热锅炉的补水；或者，烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过串级式或者单级凝汽式螺杆膨胀机后，通过第二ORC子***输出电能；
余热锅炉的预热器或者外置烟气水换热器产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水；
所述第二ORC子***包括第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机、膨胀机驱动设备；所述第三膨胀机的出口连接第二蒸发器；第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机依次连接，第二膨胀机与第二蒸发器连接；第二膨胀机与膨胀机驱动设备连接；
所述膨胀机驱动设备为同步或者为异步双出轴电机，第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用一部膨胀机驱动设备；所述膨胀机驱动设备、第三膨胀机驱动设备为发电机或旋转式耗功设备；各个第一ORC子***、第二ORC子***中，部分或全部第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用同一个冷凝器。
一种烟气和热流体余热回收利用***，所述回收利用***包括：余热锅炉、至少一第一ORC子***、至少一第三膨胀机、至少一第三膨胀机驱动设备；
所述第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、膨胀机驱动设备；第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机依次连接，第一膨胀机与第一蒸发器连接；第一膨胀机与膨胀机驱动设备连接；
往复式发动机尾气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过至少一个串级式或者单级式螺杆膨胀机输出电能或者驱动旋转式耗功设备；
余热锅炉产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水。
作为本发明的一种优选方案，高温热水由余热锅炉的预热器或者外置烟气水换热器产生；外置烟气水换热器烟气进口为余热锅炉烟气出口。
作为本发明的一种优选方案，蒸汽通过串级式或者单级式螺杆膨胀机输出电能，并在蒸汽冷凝器中凝结为水，作为余热锅炉的补水。
作为本发明的一种优选方案，烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过串级式或者单级凝汽式螺杆膨胀机后，通过第二ORC子***输出电能；
所述第二ORC子***包括第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机、膨胀机驱动设备；所述第三膨胀机的出口连接第二蒸发器；第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机依次连接，第二膨胀机与第二蒸发器连接；第二膨胀机与膨胀机驱动设备连接。
作为本发明的一种优选方案，所述膨胀机驱动设备为同步或者为异步双出轴电机，第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用一部膨胀机驱动设备。所述膨胀机驱动设备、第三膨胀机驱动设备为发电机或旋转式耗功设备。
作为本发明的一种优选方案，各个第一ORC子***、第二ORC子***中，部分或全部第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用同一个冷凝器。
作为本发明的一种优选方案，多台往复式发动机烟气汇集在一起回收，或者单台利用；螺杆膨胀机采用串级直接膨胀方案，或者采用单级直接膨胀方案；
热水由蒸汽余热锅炉预热段产生，或者由外置烟气-热水换热器产生，外置烟气水换热器烟气进口为余热锅炉烟气出口。
一种烟气和热流体余热回收利用***，所述回收利用***包括：余热锅炉、至少一第一ORC子***、至少一第二ORC子***、至少一第三膨胀机、至少一第三膨胀机驱动设备；
所述第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、第一膨胀机驱动设备；第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机依次连接，第一膨胀机与第一蒸发器连接；第一膨胀机与第一膨胀机驱动设备连接；
余热锅炉产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水；
所述第二ORC子***包括第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机、第二膨胀机驱动设备；所述第三膨胀机的出口连接第二蒸发器；第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机依次连接，第二膨胀机与第二蒸发器连接；第二膨胀机与第二膨胀机驱动设备连接；
所述第一膨胀机驱动设备、第二膨胀机驱动设备、第三膨胀机驱动设备为发电机或旋转式耗功设备；
烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，通过至少一个第三膨胀机后，出口蒸汽通过第二ORC子***的输出电能；从第二预热器输出的低温热水作为锅炉补水。
作为本发明的一种优选方案，所述第一膨胀机驱动设备、第二膨胀机驱动设备为同步或者为异步双出轴电机，第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用一部膨胀机驱动设备；所述膨胀机驱动设备、第三膨胀机驱动设备为发电机或旋转式耗功设备；
各个第一ORC子***、第二ORC子***中，部分或全部第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用同一个冷凝器。
本发明的有益效果在于：本发明提出的烟气和热流体余热回收利用***，可利用往复发动机的余热发电，节能环保。
附图说明
图1为实施例一中本发明烟气和热流体余热回收利用***的组成示意图。
图2为实施例二中本发明烟气和热流体余热回收利用***的组成示意图。
图3为实施例三中本发明烟气和热流体余热回收利用***的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，本发明揭示了一种烟气和热流体余热回收利用***，所述回收利用***包括：余热锅炉、至少一第一ORC子***、至少一第三膨胀机、至少一第三膨胀机驱动设备、蒸汽冷凝器。烟气包括往复式发动机尾气、燃气轮机尾气以及其他工业烟气。
所述第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、膨胀机驱动设备；第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机依次连接，第一膨胀机与第一蒸发器连接；第一膨胀机与膨胀机驱动设备连接。所述膨胀机驱动设备、第三膨胀机驱动设备可以为发电机，也可以为其他旋转式耗功设备。
往复式发动机尾气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过串级式或者单级凝汽式螺杆膨胀机输出电能，并在凝汽器中凝结为水，作为余热锅炉的补水。
余热锅炉的预热器产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水。
实施例二
请参阅图2，本实施例与实施例一的区别在于，高温热水由外置烟气水换热器产生；外置烟气水换热器烟气进口为余热锅炉烟气出口。外置烟气水换热器连接第一蒸发器、第一预热器、蒸汽冷凝器，
此外，多台往复式发动机烟气汇集在一起回收，或者单台利用。螺杆膨胀机采用串级直接膨胀方案，或者采用单级直接膨胀方案。
实施例三
请参阅图3，本发明揭示一种烟气和热流体余热回收利用***，所述回收利用***包括：余热锅炉、至少一第一ORC子***、至少一第二ORC子***、至少一第三膨胀机、至少一第三膨胀机驱动设备。
所述第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、第一膨胀机驱动设备；第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机依次连接，第一膨胀机与第一蒸发器连接；第一膨胀机与第一膨胀机驱动设备连接。
余热锅炉产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水。
所述第二ORC子***包括第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机、第二膨胀机驱动设备；所述第三膨胀机的出口连接第二蒸发器；第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机依次连接，第二膨胀机与第二蒸发器连接；第二膨胀机与第二膨胀机驱动设备连接。
往复式发动机尾气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，通过至少一个第三膨胀机后，出口蒸汽通过第二ORC子***的输出电能；从第二预热器输出的低温热水作为锅炉补水。
所述第一膨胀机驱动设备、第二膨胀机驱动设备为同步或者为异步双出轴电机，第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用一部膨胀机驱动设备。所述第一膨胀机驱动设备、第二膨胀机驱动设备、第三膨胀机驱动设备为发电机或旋转式耗功设备；
各个第一ORC子***、第二ORC子***中，部分或全部第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用同一个冷凝器。
实施例四
一种烟气和热流体余热回收利用***，所述回收利用***包括：余热锅炉、至少一第一ORC子***、至少一第三膨胀机、至少一第三膨胀机驱动设备。
所述第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、膨胀机驱动设备；第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机依次连接，第一膨胀机与第一蒸发器连接；第一膨胀机与膨胀机驱动设备连接。
往复式发动机尾气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过至少一个串级式或者单级式螺杆膨胀机输出电能。
余热锅炉产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水。
热水由蒸汽余热锅炉预热段产生，或者由外置烟气-热水换热器产生，外置烟气水换热器烟气进口为余热锅炉烟气出口。
综上所述，本发明提出的烟气和热流体余热回收利用***，可利用往复发动机的余热发电，节能环保。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于，所述回收利用***包括：余热锅炉、至少一第一ORC子***、至少一第三膨胀机、至少一第三膨胀机驱动设备、蒸汽冷凝器或第二ORC子***；
所述第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、膨胀机驱动设备；第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机依次连接，第一膨胀机与第一蒸发器连接；第一膨胀机与膨胀机驱动设备连接；
烟气包括往复式发动机尾气、燃气轮机尾气以及其他工业烟气，该烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过串级式或者单级凝汽式螺杆膨胀机输出电能，并在凝汽器中凝结为水，作为余热锅炉的补水；或者，该烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过串级式或者单级凝汽式螺杆膨胀机后，通过第二ORC子***输出电能；
余热锅炉的预热器或者外置烟气水换热器产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水；
所述第二ORC子***包括第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机、膨胀机驱动设备；所述第三膨胀机的出口连接第二蒸发器；第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机依次连接，第二膨胀机与第二蒸发器连接；第二膨胀机与膨胀机驱动设备连接；
所述膨胀机驱动设备为同步或者为异步双出轴电机，第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用一部膨胀机驱动设备；所述膨胀机驱动设备、第三膨胀机驱动设备为发电机或旋转式耗功设备；各个第一ORC子***、第二ORC子***中，部分或全部第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用同一个冷凝器。
2.一种烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于，所述回收利用***包括：余热锅炉、至少一第一ORC子***、至少一第三膨胀机、至少一第三膨胀机驱动设备；
所述第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、膨胀机驱动设备；第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机依次连接，第一膨胀机与第一蒸发器连接；第一膨胀机与膨胀机驱动设备连接；
烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过至少一个串级式或者单级式螺杆膨胀机输出电能或者驱动旋转式耗功设备；
余热锅炉产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水。
3.根据权利要求2所述的烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于：
高温热水由余热锅炉的预热器或者外置烟气水换热器产生；外置烟气水换热器烟气进口为余热锅炉烟气出口。
4.根据权利要求2所述的烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于：
蒸汽通过串级式或者单级式螺杆膨胀机输出电能，并在蒸汽冷凝器中凝结为水，作为余热锅炉的补水。
5.根据权利要求2所述的烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于：
烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，蒸汽通过串级式或者单级凝汽式螺杆膨胀机后，通过第二ORC子***输出电能；
所述第二ORC子***包括第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机、膨胀机驱动设备；所述第三膨胀机的出口连接第二蒸发器；第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机依次连接，第二膨胀机与第二蒸发器连接；第二膨胀机与膨胀机驱动设备连接。
6.根据权利要求5所述的烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于：
所述膨胀机驱动设备为同步或者为异步双出轴电机，第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用一部膨胀机驱动设备；所述膨胀机驱动设备、第三膨胀机驱动设备为发电机或旋转式耗功设备。
7.根据权利要求5所述的烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于：
各个第一ORC子***、第二ORC子***中，部分或全部第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用同一个冷凝器。
8.根据权利要求2所述的烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于：
多台往复式发动机烟气汇集在一起回收，或者单台利用；螺杆膨胀机采用串级直接膨胀方案，或者采用单级直接膨胀方案；
热水由蒸汽余热锅炉预热段产生，或者由外置烟气-热水换热器产生，外置烟气水换热器烟气进口为余热锅炉烟气出口。
9.一种烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于，所述回收利用***包括：余热锅炉、至少一第一ORC子***、至少一第二ORC子***、至少一第三膨胀机、至少一第三膨胀机驱动设备；
所述第一ORC子***包括第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机、第一膨胀机驱动设备；第一蒸发器、第一预热器、第一液体泵、第一冷凝器、第一膨胀机依次连接，第一膨胀机与第一蒸发器连接；第一膨胀机与第一膨胀机驱动设备连接；
余热锅炉产生的高温热水通过第一ORC子***的第一蒸发器以及第一预热器，从第一预热器输出的低温热水作为锅炉补水；
所述第二ORC子***包括第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机、第二膨胀机驱动设备；所述第三膨胀机的出口连接第二蒸发器；第二蒸发器、第二预热器、第二液体泵、第二冷凝器、第二膨胀机依次连接，第二膨胀机与第二蒸发器连接；第二膨胀机与第二膨胀机驱动设备连接；
所述第一膨胀机驱动设备、第二膨胀机驱动设备、第三膨胀机驱动设备为发电机或旋转式耗功设备；
烟气通过余热锅炉产生高温高压蒸汽，通过至少一个第三膨胀机后，出口蒸汽通过第二ORC子***的输出电能；从第二预热器输出的低温热水作为锅炉补水。
10.根据权利要求9所述的烟气和热流体余热回收利用***，其特征在于：
所述第一膨胀机驱动设备、第二膨胀机驱动设备为同步或者为异步双出轴电机，第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用一部膨胀机驱动设备；
各个第一ORC子***、第二ORC子***中，部分或全部第一ORC子***与对应的第二ORC子***共用同一个冷凝器。
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