CN203132371U - 一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电*** - Google Patents

一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电*** Download PDF

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Abstract

一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***，它涉及一种石灰窑烟气余热回收利用***，以解决现有石灰窑排出的高温烟气直接排放到大气，造成环境污染以及烟气中的余热未被利用，造成能源浪费的问题，它包括烟气***、热水***、有机朗肯循环***和冷却***，所述烟气***包括烟气换热器、电除尘装置和引风机；所述热水***包括蒸发器、预热器和热水泵；所述有机朗肯循环***包括有机透平、回热器、汽液分离器、有机工质罐、有机工质泵、发电机和至少两个冷凝器，有机工质罐的出口端通过有机工质泵与回热器的第二进口端连通；所述冷却***包括冷水泵和冷却塔。本实用新型用于石灰窑的烟气余热回收。

Description

一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***
技术领域
本实用新型涉及一种石灰窑烟气余热回收利用***，具体涉及一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***。
背景技术
工业生产中，300℃以上的废热大多已被各种方法回收再利用，而300℃以下的低温废热由于技术和成本等相关问题而没有被充分利用。石灰窑的烟气组成包括燃料燃烧生成废气、燃料燃烧过剩空气、物料(生料)分解生成废气、生料蒸发水分生成废气和燃烧***漏风量。通常情况下，石灰窑的废热烟气温度低于250℃，该部分余热由于温度过低、换热效果不够理想而直接排放至空气，不但浪费能源，而且污染环境。
对于低品位的焓热，有机朗肯循环与常规的水蒸气朗肯循环相比有很多优点。最显著的特点是，相对水蒸气而言，有机工质的沸点低，在压力不太高(0.2～1.5MPa左右)，温度较低(100℃、甚至40～50℃)的条件下就可以汽化成为蒸气，从而可以将原来废弃的低品位热能再生后以电能的形式输出。
目前，有机朗肯循环发电技术已经在太阳能发电、地热发电、生物质发电、海水温差发电以及工业废热发电等发面得到了应用。但是，对于石灰窑烟气余热回收发电，还没有相关的应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是为解决现有石灰窑排出的高温烟气直接排放到大气，造成环境污染以及烟气中的余热未被利用，造成能源浪费的问题，进而提供一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***。
本实用新型为解决上述问题采取的技术方案是：本实用新型的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***包括烟气***、热水***、有机朗肯循环***和冷却***，所述烟气***包括烟气换热器、电除尘装置和引风机，烟气换热器的烟气进口端用于连接石灰窑的烟气排出端，烟气换热器的烟气出口端与电除尘装置连通，电除尘装置与引风机的引风端连通，引风机的出风端用于连接烟囱；所述热水***包括蒸发器、预热器和热水泵，烟气换热器的热水出口端通过热水泵与蒸发器的热水进口端连通，蒸发器的热水出口端与预热器的热水进口端连通，预热器的热水出口端与烟气换热器的热水进口端连通；
所述有机朗肯循环***包括有机透平、回热器、汽液分离器、有机工质罐、有机工质泵、发电机和至少两个冷凝器，蒸发器的有机蒸汽出口端与汽液分离器的进口端连通，汽液分离器的进口端与有机透平的进口端连通，有机透平的出口端与回热器的第一进口端连通，有机透平与发电机连通，回热器的第一出口端和汽液分离器的液体出口端分别与每个冷凝器的有机工质进口端连通，至少两个冷凝器并联设置，每个冷凝器的有机工质出口端均与有机工质罐的进口端连通，有机工质罐的出口端通过有机工质泵与回热器的第二进口端连通，回热器的第二出口端与预热器的有机工质进口端连通，预热器的有机工质出口端与蒸发器的有机工质进口端连通；所述冷却***包括冷水泵和冷却塔，冷却塔的出水端通过冷水泵与每个冷凝器的冷水进口端连通，每个冷凝器的冷水出口端均与冷却塔的进水端连通。
本实用新型的有益效果是：一、本实用新型利用温差传热原理，利用石灰窑的高温烟气的低品位能量，借助有机朗肯循环，这部分低温废热会通过低沸点有机工质转化成电能，为避免石灰窑所排放烟尘与有机工质有直接接触，而采用间接蒸发，即使用中间热水***间接换热来加热低沸点的有机工质产生微过热的有机工质蒸汽(汽液混合)，有机工质蒸汽进入有机透平膨胀做功，带动发电机发电，一方面降低了石灰窑排烟温度，达到了节能减排，降低环境污染的目的，另一方面实现了石灰窑的烟气余热发电，缓解了石灰窑日常用电压力；最终达到余热的充分回收利用，有效的提高了***整体的热量总回收利用效率，二、本实用新型低品位热能回收所发的电量属于高品位能，用途广泛，提高了整个***的热能利用效率，本实用新型的有机朗肯循环***进一步增加15％到20％热能的回收比例，总的发电效率提高了10％～22％，总的发电量得到了大大提高。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***包括烟气***、热水***、有机朗肯循环***和冷却***，所述烟气***包括烟气换热器1、电除尘装置2和引风机14，烟气换热器1的烟气进口端1-1用于连接石灰窑20的烟气排出端，烟气换热器1的烟气出口端1-2与电除尘装置2连通，电除尘装置2与引风机14的引风端连通，引风机14的出风端用于连接烟囱21；所述热水***包括蒸发器3、预热器4和热水泵12，烟气换热器1的热水出口端1-4通过热水泵12与蒸发器3的热水进口端3-1连通，蒸发器3的热水出口端3-2与预热器4的热水进口端4-1连通，预热器4的热水出口端4-2与烟气换热器1的热水进口端1-3连通；
所述有机朗肯循环***包括有机透平8、回热器6、汽液分离器7、有机工质罐5、有机工质泵13、发电机22和至少两个冷凝器9，蒸发器3的有机蒸汽出口端3-4与汽液分离器7的进口端7-1连通，汽液分离器7的进口端7-1与有机透平8的进口端8-1连通，有机透平8的出口端8-2与回热器6的第一进口端6-1连通，有机透平8与发电机22连通，回热器6的第一出口端6-2和汽液分离器7的液体出口端7-2分别与每个冷凝器9的有机工质进口端9-1连通，至少两个冷凝器9并联设置，每个冷凝器9的有机工质出口端9-2均与有机工质罐5的进口端5-1连通，有机工质罐5的出口端5-2通过有机工质泵13与回热器6的第二进口端6-3连通，回热器6的第二出口端6-4与预热器4的有机工质进口端4-3连通，预热器4的有机工质出口端4-4与蒸发器3的有机工质进口端3-3连通；所述冷却***包括冷水泵10和冷却塔11，冷却塔11的出水端通过冷水泵与每个冷凝器9的冷水进口端9-3连通，每个冷凝器9的冷水出口端9-4均与冷却塔11的进水端连通。
本实施方式的有机工质可选用五氟丙烷(R245fa)、R245ca、四氟乙烷(R134a)或R123。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述蒸发器3为板式换热器。如此设置，换热效率高，满足实际需要。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述预热器4为板式换热器。如此设置，预热效果好，满足实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述至少两个冷凝器9均为板式换热器。如此设置，换热效果好，冷凝充分，满足实际需要。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述冷凝器9的数量为两个。如此设置，有效地减轻单台换热器的换热负载，满足实际需要。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述烟气***还包括三通挡板阀15和两个蝶阀16，石灰窑20的烟气排出端与烟气换热器1的烟气进口端1-1连通的管路上安装有三通挡板阀15和一个蝶阀16，烟气换热器1的烟气出口端1-2与电除尘装置2连通的管路上安装另一个蝶阀16，石灰窑20的烟气排出端通过三通挡板阀15与电除尘装置2连通。如此设置，便于控制和正常运行，满足实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述热水***还包括两个第一截止阀17，蒸发器3的热水出口端3-2与预热器4的热水进口端4-1连通的管路上安装有一个第一截止阀17，预热器4的热水出口端4-2与烟气换热器1的热水进口端1-3连通的管路上安装有一个第一截止阀17。如此设置，便于控制和正常运行，满足实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述有机朗肯循环***包括四个第二截止阀18，汽液分离器7的液体出口端7-2通过安装一个第二截止阀18与每个冷凝器9的有机工质进口端9-1连通，有机透平8的出口端与回热器6的第一进口端6-1连通的管路上安装有一个第二截止阀18，有机工质罐5的出口端5-2与有机工质泵13连通的管路上安装有一个第二截止阀18，有机工质泵13与回热器6的第二进口端6-3连通的管路上安装有一个第二截止阀18。如此设置，便于控制和正常运行，满足实际需要。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述冷却***还包括第三截止阀19，冷却塔11的进水端安装有一个第三截止阀19与每个冷凝器9的冷水出口端9-4连通。如此设置，便于控制，保持正常运行，满足实际需要。其它与具体实施方式一相同。
实施例：现以一座SP-ASK300钢筒机立窑为例。该窑每天的设计产量可达192吨，烟气平均温度可达到250℃，流量为20000Nm3/h。有机工质采用五氟丙烷(R245fa)，蒸发器、预热器和冷凝器均采用板式换热器，运行后，有机朗肯循环***增加18％热能的回收比例，总的发电效率提高了20％。
工作过程
结合图1说明，石灰窑20的废气排出后先通过管道汇集起来，然后从烟气换热器1进入，将其中的低温余热转换到热水***中的高压热水中，经热交换出来的烟气连接至电除尘装置2进行除尘后经引风机14和烟囱21排出至大气；热水***中，经烟气换热器1加热的热水经热水泵12分别进入蒸发器3和预热器4，与进入预热器4和蒸发器3的有机工质发生热交换后，而后返回至烟气换热器1再次进行热交换完成一个循环；有机朗肯循环***中，有机工质通过有机工质泵13从有机工质罐5开始循环，首先进入回热器6中，回热器6与预热器4相连，预热器4与蒸发器3相连，之后经过汽液分离器7后，蒸汽进入低沸点有机透平8膨胀做工带动发电机22发电，有机透平8内做工后的乏汽经回热器6，而后分别进入冷却***中并列的两个冷凝器9，两个冷凝器的出口连接至有机工质罐，有机工质返回至有机工质罐完成一个完整的有机朗肯循环；冷却水***中，两个冷凝器9分别通过冷水泵10和冷却塔11进行冷却，形成完整的冷却水循环。

Claims (9)

1.一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***，其特征在于：所述回收发电***包括烟气***、热水***、有机朗肯循环***和冷却***，所述烟气***包括烟气换热器(1)、电除尘装置(2)和引风机(14)，烟气换热器(1)的烟气进口端(1-1)用于连接石灰窑(20)的烟气排出端，烟气换热器(1)的烟气出口端(1-2)与电除尘装置(2)连通，电除尘装置(2)与引风机(14)的引风端连通，引风机(14)的出风端用于连接烟囱(21)；所述热水***包括蒸发器(3)、预热器(4)和热水泵(12)，烟气换热器(1)的热水出口端(1-4)通过热水泵(12)与蒸发器(3)的热水进口端(3-1)连通，蒸发器(3)的热水出口端(3-2)与预热器(4)的热水进口端(4-1)连通，预热器(4)的热水出口端(4-2)与烟气换热器(1)的热水进口端(1-3)连通； 
所述有机朗肯循环***包括有机透平(8)、回热器(6)、汽液分离器(7)、有机工质罐(5)、有机工质泵(13)、发电机(22)和至少两个冷凝器(9)，蒸发器(3)的有机蒸汽出口端(3-4)与汽液分离器(7)的进口端(7-1)连通，汽液分离器(7)的进口端(7-1)与有机透平(8)的进口端(8-1)连通，有机透平(8)的出口端(8-2)与回热器(6)的第一进口端(6-1)连通，有机透平(8)与发电机(22)连通，回热器(6)的第一出口端(6-2)和汽液分离器(7)的液体出口端(7-2)分别与每个冷凝器(9)的有机工质进口端(9-1)连通，至少两个冷凝器(9)并联设置，每个冷凝器(9)的有机工质出口端(9-2)均与有机工质罐(5)的进口端(5-1)连通，有机工质罐(5)的出口端(5-2)通过有机工质泵(13)与回热器(6)的第二进口端(6-3)连通，回热器(6)的第二出口端(6-4)与预热器(4)的有机工质进口端(4-3)连通，预热器(4)的有机工质出口端(4-4)与蒸发器(3)的有机工质进口端(3-3)连通；所述冷却***包括冷水泵(10)和冷却塔(11)，冷却塔(11)的出水端通过冷水泵与每个冷凝器(9)的冷水进口端(9-3)连通，每个冷凝器(9)的冷水出口端(9-4)均与冷却塔(11)的进水端连通。 
2.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***，其特征在于：所述蒸发器（3）为板式换热器。 
3.根据权利要求1或2所述的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***，其特征在于：所述预热器(4)为板式换热器。 
4.根据权利要求3所述的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***，其特征在于：所述至少两个冷凝器(9)均为板式换热器。 
5.根据权利要求4所述的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***，其特征在于：所述冷凝器(9)的数量为两个。 
6.根据权利要求1或2所述的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***， 其特征在于：所述烟气***还包括三通挡板阀(15)和两个蝶阀(16)，石灰窑(20)的烟气排出端与烟气换热器(1)的烟气进口端(1-1)连通的管路上安装有三通挡板阀(15)和一个蝶阀(16)，烟气换热器(1)的烟气出口端(1-2)与电除尘装置(2)连通的管路上安装另一个蝶阀(16)，石灰窑(20)的烟气排出端通过三通挡板阀(15)与电除尘装置(2)连通。 
7.根据权利要求1或2所述的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***，其特征在于：所述热水***还包括两个第一截止阀(17)，蒸发器(3)的热水出口端(3-2)与预热器(4)的热水进口端(4-1)连通的管路上安装有一个第一截止阀(17)，预热器(4)的热水出口端(4-2)与烟气换热器(1)的热水进口端(1-3)连通的管路上安装有一个第一截止阀(17)。 
8.根据权利要求7所述的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***，其特征在于：所述有机朗肯循环***包括四个第二截止阀(18)，汽液分离器(7)的液体出口端(7-2)通过安装一个第二截止阀(18)与每个冷凝器(9)的有机工质进口端(9-1)连通，有机透平(8)的出口端与回热器(6)的第一进口端(6-1)连通的管路上安装有一个第二截止阀(18)，有机工质罐(5)的出口端(5-2)与有机工质泵(13)连通的管路上安装有一个第二截止阀(18)，有机工质泵(13)与回热器(6)的第二进口端(6-3)连通的管路上安装有一个第二截止阀(18)。 
9.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热回收发电***，其特征在于：所述冷却***还包括第三截止阀(19)，冷却塔(11)的进水端安装有一个第三截止阀(19)与每个冷凝器(9)的冷水出口端(9-4)连通。 
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