CN214616696U - 一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的orc*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC***。该***由生物质燃烧***、空气‑烟气换热***和工质循环***构成,所述生物质燃烧***包括通过管道相连的生物质干燥单元和所述生物质燃烧炉;所述空气‑烟气换热***包括引风机、所述热管冷凝器、所述生物质燃烧炉、所述预热器、所述蒸发器和所述生物质干燥单元;所述工质循环***依次经过所述预热器、所述蒸发器、透平发电机组、回热器、所述热管冷凝器和工质泵,之间通过管道相连,形成闭合回路。本发明实现了热管换热器技术和ORC发电技术的结合,将生物质燃烧烟气废热转化成机械能和电能,并能高效地回收、利用冷凝废热,实现了能源的多级利用、提高了***的能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电***,具体涉及一种有机工质朗肯循环余热发电***,此外,透平膨胀机与引风机同轴直连,发电同时带动引风机工作,实现了能量的多效利用,属于节能技术领域。
背景技术
随着现代经济、社会的快速发展,人们对能源的需求量越来越大,能源短缺环境污染已经成为世界范围的难题,节能减排持续发展已经成为行业的新标准。在化工、石油、钢铁、轻工等领域生产过程中会产生大量的余热,据科学资料数据显示,目前人类所利用的热能有50%最终以废热形式排出。余热回收、利用的潜力虽然巨大,但这些废热也具有温度不高、品质低的特点,如何高效利用中、低温余热,一直是能源领域研究的热点,其中,ORC(Organic Rankine Cycle,有机朗肯循环)余热发电技术是为人们广泛研究的一种低温余热利用技术。
热管技术也是低温余热领域的重要研究成果,热管由管内抽成负压后充入工作介质密封而成,热管的一端为蒸发端,另一端为冷凝端,通过工作介质的相变,实现热量的传输,相对于传统换热器,其换热效率有较大的提高。
此外,生物质被认为是零碳排放能源,为减缓温室效应,生物质能源在国内外得到不同程度的推广应用,并以生物质直燃、生物质与煤混燃、生物质燃气等不同形式部分替代了传统燃煤电厂。但生物质能源作为燃料热值低,产生相同热负荷时烟气量较传统燃料大,随着生物质的推广使用和节能减排的迫切需求,对生物质燃料的烟气进行回收、利用也成必要。
在低温余热利用领域,将热管技术和ORC技术相结合,并应用于生物质直燃烟气的废热回收、利用,不仅可以减少能源消耗、提高经济效益,还会减少对环境的热污染和碳排放,实现节能减排。
发明内容
本发明提供了一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC***,它综合应用了热管换热原理和有机工质朗肯循环余热发电原理,包括生物质燃烧***、空气-烟气换热***和工质循环***;所述生物质燃烧***与所述空气-烟气换热***在生物质干燥单元和生物质燃烧炉处分别耦合相连,所述空气-烟气换热***与所述循环工质***通过蒸发器预热器和热管冷凝器耦合连接;所述生物质燃烧***包括通过管道相连的生物质干燥单元和所述生物质燃烧炉,所述生物质干燥单元连接生物质给料口和湿冷风出口,所述生物质燃烧炉连接卸灰口;所述空气-烟气换热***包括引风机、所述热管冷凝器、所述生物质燃烧炉、所述预热器、所述蒸发器和所述生物质干燥单元,所述引风机接有空气进口,所述预热器连接排烟出口,所述热管冷凝器可分为热管加热段、热管冷凝段和热管三部分,所述热管加热段与所述热管冷凝段壳体内的介质并不相通,所述热管贯穿相连所述热管加热段和所述热管冷凝段;所述热管冷凝段出口管段分为第一支管和第二支管,所述第一支管与所述生物质干燥单元相连;所述第二支管连接所述生物质燃烧炉;所述工质循环***依次经过所述预热器、所述蒸发器、透平发电机组、回热器、所述热管冷凝器和工质泵,之间通过管道相连,形成闭合回路;所述工质泵出口管线连接所述回热器冷流入口,所述回热器冷流出口连接所述预热器冷流入口;所述透平发电机组排气连接所述回热器热流进口,所述回热器热流出口连接所述热管加热段。
优选地,所述第一支管上设有第一调节阀,所述第二支管上设有第二调节阀。
优选地,所述热管冷凝器形式可以为一体式重力热管或分离式环路热管,所述热管的对应形式分别为重力热管和环路热管。
优选地,所述透平发电机组与所述引风机之间为同轴直连。
优选地,所述生物质干燥单元的干燥对象为受潮生物质燃料。
优选地,所述生物质燃烧***和空气-烟气换热***的烟气流道需要做防碱金属腐蚀处理。
采用本发明后,常温空气在热管冷凝器中与透平发电机组排气进行回收,热空气一部分用于生物质干燥处理单元干燥受潮的生物质燃料,另一部分进入生物质燃烧炉,作为燃烧的助燃空气;生物质燃烧炉的排烟为工质循环***提供热源,转化为机械能和电能,将热管换热器技术和ORC发电技术相结合,实现了能源的多级利用、提高了***的能源利用率。
附图说明
图1为回收生物质烟气余热耦合一体式重力热管冷凝器的ORC***流程示意图。
图2为回收生物质烟气余热耦合分离式环路热管冷凝器的ORC***流程示意图。
图1和图2中:1、生物质干燥单元;2、生物质燃烧炉;3、引风机;4、热管冷凝器;401、热管加热段;402、热管;403、热管冷凝段;5、预热器;6、蒸发器;7、透平发电机组;8、回热器;9、工质泵;101、第一调节阀;102、第二调节阀;11、生物质给料口;12、卸灰口;13、空气进口;14、湿冷风出口;15、排烟出口;161、第一支管;162、第二支管。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图1和附图2并通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1:本发明设计的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC***,结合附图1,包括生物质燃烧***、空气-烟气换热***和工质循环***;所述生物质燃烧***与所述空气-烟气换热***在生物质干燥单元(1)和生物质燃烧炉(2)处分别耦合相连,所述空气-烟气换热***与所述循环工质***通过蒸发器(6)、预热器(5)和热管冷凝器(4)耦合连接;所述生物质燃烧***包括通过管道相连的生物质干燥单元(1)和所述生物质燃烧炉(2),所述生物质干燥单元(1)连接生物质给料口(11)和湿冷风出口(14),所述生物质燃烧炉(2)连接卸灰口(12);所述空气-烟气换热***包括引风机(3)、所述热管冷凝器(4)、所述生物质燃烧炉(2)、所述预热器(5)、所述蒸发器(6)和所述生物质干燥单元(1),所述引风机(3)接有空气进口(13),所述预热器(5)连接排烟出口(15),所述热管冷凝器(4)的具体形式为一体式重力热管冷凝器,可分为热管加热段(401)、热管冷凝段(403)和热管(402)三部分,所述热管加热段(401)与所述热管冷凝段(403)壳体内的介质并不相通,所述热管(402)贯穿相连所述热管加热段(401)和所述热管冷凝段(403);所述热管冷凝段(403)出口管段分为第一支管(161)和第二支管(162),所述第一支管(161)与所述生物质干燥单元(1)相连;所述第二支管(162)连接所述生物质燃烧炉(2);所述工质循环***依次经过所述预热器(5)、所述蒸发器(6)、透平发电机组(7)、回热器(8)、所述热管冷凝器(4)和工质泵(9),之间通过管道相连,形成闭合回路;所述工质泵(9)出口管线连接所述回热器(8)冷流入口,所述回热器(8)冷流出口连接所述预热器(5)冷流入口;所述透平发电机组(7)排气连接所述回热器(8)热流进口,所述回热器(8)热流出口连接所述热管加热段(401)。
优选地,所述第一支管(161)上设有第一调节阀(101),所述第二支管(162)上设有第二调节阀(102)。
优选地,所述透平发电机组(7)与所述引风机(3)之间为同轴直连。
优选地,所述生物质干燥单元(1)的干燥对象为受潮生物质燃料。
优选地,所述生物质燃烧***和空气-烟气换热***的烟气流道需要做防碱金属腐蚀处理。
在本实施例中,外界为20℃左右的空气由引风机(3)引入空气-烟气换热***,经过热管冷凝段(403)与透平发电机组(7)排气进行换热,出来的热空气在40℃左右,一部分热空气进入生物质干燥单元(1)干燥生物质燃料,干燥后的湿冷空气由湿冷风出口(14)排出,干燥后的生物质进入生物质燃烧炉(2)燃烧,燃烧后产生的灰渣由卸灰口(12)排出***;另一部分热空气则作为生物质燃烧炉(2)燃烧的助燃气体,生物质燃烧炉(2)燃烧产生的热量供给热用户,生物质燃烧炉(2)的排烟在200℃左右,通过管道进入蒸发器(6)与循环工质换热,烟气温度降低后进入到预热器(5)与循环工质进行二次换热,并最终由预热器(5)的排烟出口(15)排出;工质循环***中,循环工质先后通过预热器(5)和蒸发器(6)从烟气热源吸收热量,蒸发后变为气态工质,进入透平发电机组(7),带动发电机和引风机(3)同轴转动,输出电能和机械能,引风机(3)的机械功用于***内部消耗,透平发电机组(7)的排气先后在回热器(8)和热管加热段(401)中换热,之后由工质泵(9)加压、回热器(8)换热后送回预热器(5)。
实施例2:本发明所述的实施例与实施例1基本相同,不同之处在于本实施例中热管冷凝器(4)的具体形式为分离式环路热管冷凝器,热管冷凝器(4)的热管加热段(401)和热管冷凝段(403)在空间上可相隔一定距离,并且热管冷凝段(403)的垂直高度略高于热管加热段(401)的垂直高度,热管(402)的具体形式为环路热管,所述环路热管管线上的弯管均不小于90度。
本发明的具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想,而并非是对本发明实施方式的限定。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC***,其特征在于,该***由生物质燃烧***、空气-烟气换热***和循环工质***构成,所述生物质燃烧***与所述空气-烟气换热***在生物质干燥单元和生物质燃烧炉处分别耦合相连,所述空气-烟气换热***与所述循环工质***通过蒸发器、预热器和热管冷凝器耦合连接;所述生物质燃烧***包括通过管道相连的生物质干燥单元和所述生物质燃烧炉,所述生物质干燥单元连接生物质给料口和湿冷风出口,所述生物质燃烧炉连接卸灰口;所述空气-烟气换热***包括引风机、所述热管冷凝器、所述生物质燃烧炉、所述预热器、所述蒸发器和所述生物质干燥单元,所述引风机接有空气进口,所述预热器连接排烟出口,所述热管冷凝器可分为热管加热段、热管冷凝段和热管三部分,所述热管加热段与所述热管冷凝段壳体内的介质并不相通,所述热管贯穿相连所述热管加热段和所述热管冷凝段;所述热管冷凝段出口管段分为第一支管和第二支管,所述第一支管与所述生物质干燥单元相连;所述第二支管连接所述生物质燃烧炉;所述循环工质***依次经过所述预热器、所述蒸发器、透平发电机组、回热器、所述热管冷凝器和工质泵,之间通过管道相连,形成闭合回路;所述工质泵出口管线连接所述回热器冷流入口,所述回热器冷流出口连接所述预热器冷流入口;所述透平发电机组排气连接所述回热器热流进口,所述回热器热流出口连接所述热管加热段。
2.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC***,其特征在于,所述第一支管上设有第一调节阀,所述第二支管上设有第二调节阀。
3.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC***,其特征在于,所述热管冷凝器形式可以为一体式重力热管或分离式环路热管,所述热管的对应形式分别为重力热管和环路热管。
4.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC***,其特征在于,所述透平发电机组与所述引风机之间为同轴直连。
5.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC***,其特征在于,所述生物质干燥单元的干燥对象为受潮生物质燃料。
6.根据权利要求1所述的一种回收生物质烟气余热耦合热管冷凝器的ORC***,其特征在于,所述生物质燃烧***和空气-烟气换热***的烟气流道需要涂抹防碱金属腐蚀的涂料。
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