利用火炬餘熱的發電系統的製作方法

2023-10-17 21:03:59

本實用新型涉及一種利用火炬餘熱的發電系統，利用火炬放空的廢氣在燃燒過程中釋放的餘熱進行發電，適用於石油、化工及冶金等行業。

背景技術：

火炬是一種用於放空燃燒各種工業廢氣的裝置，被廣泛應用於石油、化工、冶金等行業。火炬放空的廢氣在燃燒過程中釋放大量熱能。由於火炬的高度所限，釋放的熱能難以得到有效利用，造成能源浪費。

技術實現要素：

本實用新型實施例涉及一種利用火炬餘熱的發電系統，至少可解決現有技術的部分缺陷。

本實用新型實施例涉及一種利用火炬餘熱的發電系統，包括用於架設在火炬上方的導流筒及密封殼體，所述密封殼體內設有蒸氣發電機構，所述導流筒上下兩端均開口；所述導流筒內設有蒸發管路，所述蒸發管路包括至少一個蒸發換熱管；所述導流筒外設有冷凝管路，所述冷凝管路包括至少一個冷凝換熱管；所述蒸發管路的工質出口與所述密封殼體內腔連通，所述冷凝管路的工質入口端連接於所述密封殼體底部且與所述密封殼體內腔導通，所述冷凝管路的工質出口與所述蒸發管路的工質入口連通。

作為實施例之一，各所述蒸發換熱管均為翅片管。

作為實施例之一，各所述冷凝換熱管均為翅片管。

作為實施例之一，所述蒸發換熱管的數量與所述冷凝換熱管的數量相同且一一對應連接。

作為實施例之一，各所述蒸發換熱管在所述導流筒內環形布置。

作為實施例之一，所述蒸發管路包括多個所述蒸發換熱管；各所述蒸發換熱管均包括豎直段和連接於所述豎直段底端的水平段，沿豎直方向在所述導流筒內形成有至少一層水平換熱層，每一所述水平換熱層包括平行布置的多個所述水平段，每一所述水平換熱層中，以垂直於對應的各所述水平段的所述導流筒的對稱平面為基準面，每一所述水平段的兩端分別位於所述基準面的兩側。

作為實施例之一，所述水平換熱層為兩層，上層的各所述水平段在下層中的投影均垂直於下層的各所述水平段。

作為實施例之一，所述導流筒筒壁內具有隔熱層。

作為實施例之一，所述導流筒筒壁包括外層筒體和內層筒體，所述外層筒體與所述內層筒體之間形成有真空間隙層。

作為實施例之一，所述蒸氣發電機構包括透平和發電機，所述透平與所述發電機的轉子連接。

本實用新型實施例至少具有如下有益效果：火炬放空的廢氣燃燒後，流過上方的導流筒，並加熱各蒸發換熱管內的液態工質，在各蒸發換熱管形成高壓蒸氣，高壓蒸氣在蒸發換熱管內上升過程中，持續被導流筒內的廢氣加熱，從而可提高蒸氣的品質；高壓蒸氣進入密封殼體內驅動蒸氣發電機構進行發電，實現火炬放空廢氣燃燒餘熱的利用；高壓蒸氣膨脹做功後成為飽和蒸氣，進入各冷凝換熱管中，與外界空氣換熱後冷凝成為液態工質，實現工質的循環。本實施例提供的發電系統結構簡單、緊湊，安全性高，不影響火炬工作，可有效利用火炬餘熱，提高經濟效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本實用新型實施例一提供的利用火炬餘熱的發電系統的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例一提供的各蒸發換熱管與各冷凝換熱管在導流筒上的布局示意圖；

圖3為本實用新型實施例二提供的利用火炬餘熱的發電系統的結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例二提供的水平換熱層中各蒸發換熱管的布局示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

實施例一

如圖1和圖2，本實用新型實施例提供一種利用火炬餘熱的發電系統，包括用於架設在火炬上方的導流筒1及密封殼體2，所述密封殼體2內設有蒸氣發電機構，所述導流筒1上下兩端均開口；所述導流筒1內設有蒸發管路，所述蒸發管路包括至少一個蒸發換熱管3；所述導流筒1外設有冷凝管路，所述冷凝管路包括至少一個冷凝換熱管4；所述蒸發管路的工質出口與所述密封殼體2內腔連通，所述冷凝管路的工質入口端連接於所述密封殼體2底部且與所述密封殼體2內腔導通，所述冷凝管路的工質出口與所述蒸發管路的工質入口連通。火炬放空的廢氣燃燒後，流過上方的導流筒1，並加熱各蒸發換熱管3內的液態工質5，在各蒸發換熱管3形成高壓蒸氣，高壓蒸氣在蒸發換熱管3內上升過程中，持續被導流筒1內的廢氣加熱，從而可提高蒸氣的品質；高壓蒸氣進入密封殼體2內驅動蒸氣發電機構進行發電，實現火炬放空廢氣燃燒餘熱的利用；高壓蒸氣膨脹做功後成為飽和蒸氣，進入各冷凝換熱管4中，與外界空氣換熱後冷凝成為液態工質5，實現工質5的循環。本實施例提供的發電系統結構簡單、緊湊，安全性高，不影響火炬工作，可有效利用火炬餘熱，提高經濟效益。

其中，如圖1，上述的蒸氣發電機構優選為採用透平發電方式，即該蒸氣發電機構包括透平6和發電機，所述透平6與所述發電機的轉子7連接。其中，優選地，發電機的轉子7安裝於密封殼體2內，發電機的定子8安裝於密封殼體2外壁上；發電機轉子7上設有永磁鐵，轉子7隨透平6轉動時產生旋轉磁場；發電機定子8優選為由多組線圈組成的繞組，在旋轉的磁場中切割磁感線，可產生交變電流。上述透平6包括動葉柵與靜葉柵，動葉柵與發電機轉子7連接，靜葉柵安裝於密封殼體2內壁上，與動葉柵配合將高壓蒸氣的能量轉化為機械能。上述密封殼體2優選為固連於導流筒1上部，其優選為採用環狀結構，套裝於導流筒1外，其頂端可與導流筒1頂端平齊，上述發電機定子8即設於密封殼體2與導流筒1之間的套裝間隙中。

接續上述發電系統的結構，冷凝管路的出口端可由一分配管路將液態工質5均勻分配至各蒸發換熱管3中，即設置一環形的分配管，各蒸發換熱管3的入口端均與該分配管連通；本實施例中，優選為採取如圖1和圖2中的結構，即所述蒸發換熱管3的數量與所述冷凝換熱管4的數量相同且一一對應連接。

接續上述發電系統的結構，蒸發換熱管3優選為採用多個，以提高火炬餘熱利用效率及發電效率；優選地，如圖2，各所述蒸發換熱管3在所述導流筒1內環形布置，進一步優選為均勻間隔環形布置，以減小各蒸發換熱管3內產生的蒸汽品質的差異，提高發電機構的工作穩定性。

進一步優選地，如圖1，各所述蒸發換熱管3均優選為採用翅片管，可有效提高與火炬放空廢氣的換熱效果。各所述冷凝換熱管4均優選為採用翅片管，可有效提高與外界空氣的換熱效果。其中，每一翅片管式的蒸發換熱管3可通過一蒸氣管與密封殼體2連接，該蒸氣管穿設在導流筒1的筒壁上；每一翅片管式的冷凝換熱管4可通過一凝結水管與對應的蒸發換熱管3連接，該凝結水管穿設在導流筒1的筒壁上。本實施例中，各蒸發換熱管3及各冷凝換熱管4均優選為豎直設置，當然也可傾斜設置，各蒸發換熱管3之間以及各冷凝換熱管4之間不發生互相干涉即可。進一步地，為提高冷凝換熱管4與外界空氣的換熱效果，各冷凝換熱管4可採用蛇形布置的方式。

進一步優選地，所述導流筒1筒壁內具有隔熱層，通過該隔熱層，實現導流筒1內燃燒廢氣與筒外空氣之間的隔熱，一方面保證導流筒1內燃燒廢氣的溫度，提高與工質5的換熱效果及發電效率，另一方面，避免導流筒1外周圍空氣被加熱而影響與各冷凝換熱管4的換熱效果。本實施例中，優選地，所述導流筒1筒壁包括外層筒體和內層筒體，所述外層筒體與所述內層筒體之間抽真空形成有真空間隙層。

本實施例採用的工質5需滿足：其沸點高於導流筒1外空氣的最高溫度，低於導流筒1內燃燒廢氣的最低溫度，可採用水等無機物或四氯化碳等有機物。

實施例二

如圖3和圖4，本實用新型實施例提供一種利用火炬餘熱的發電系統，該發電系統的基本結構與上述實施例一中的發電系統的結構相同，區別在於導流筒1內各蒸發換熱管3的布置方式。具體地，本實施例中，所述蒸發管路包括多個所述蒸發換熱管3；各所述蒸發換熱管3均包括豎直段和連接於所述豎直段底端的水平段301，沿豎直方向在所述導流筒1內形成有至少一層水平換熱層，每一所述水平換熱層包括平行布置的多個所述水平段301，每一所述水平換熱層中，以垂直於對應的各所述水平段301的所述導流筒1的對稱平面為基準面，每一所述水平段301的兩端分別位於所述基準面的兩側。其中，每一水平段301的入口端連接於基準面一側的導流筒1筒壁上，出口端延伸至基準面另一側的導流筒1筒壁附近，以便於連接對應的豎直段；進一步優選地，每一水平換熱層中，相鄰兩水平段301的入口端分列於對應的基準面的兩側，沿該基準面的延伸方向，對每一水平換熱層中的各水平段301依次排序為1號、2號、3號、4號…，則奇數號的各水平段301連接的豎直段位於該基準面的同一側，偶數號的各水平段301連接的豎直段位於該基準面的另一側。通過上述結構，可充分利用導流筒1中部的燃燒廢氣熱量和導流筒1內壁附近的燃燒廢氣熱量，有效提高火炬燃燒廢氣的餘熱利用效果。

進一步地，本實施例中，所述水平換熱層為兩層，上層的各所述水平段301在下層中的投影均垂直於下層的各所述水平段301；也即上層水平換熱層中的各水平段301在水平面上的投影與下層水平換熱層中的各水平段301在水平面上的投影互相垂直。上述結構可進一步提高導流筒1中部的燃燒廢氣的熱量利用效果，同時，使得導流筒1內壁附近沿周向均勻布置有豎直段，從而提高導流筒1內壁附近的燃燒廢氣的熱量利用效果。當然，也可設置兩層以上的水平換熱層，但考慮到層數越多，各水平換熱層產生的蒸氣品質的差異度越大，進入各水平段301內的液態工質5的溫度差異度也越大，因此，本實施例中，僅設置兩層水平換熱層。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。