工業爐冷卻迴路冷卻流體介質餘熱回收發電系統的製作方法

2023-06-02 03:10:41

專利名稱：工業爐冷卻迴路冷卻流體介質餘熱回收發電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種工業爐冷卻迴路冷卻流體介質餘熱回收發電系統，是一種工業爐餘熱高效利用的新技術，屬於能源與環境技術領域。
背景技術：
電力生產在工農業生產中扮演著越來越重要的角色，可以說電力供應是整個社會發展的瓶頸。一個世紀以來，電力工業都是嚴重地依賴於煤等化石燃料，雖然近年來隨著超臨界朗肯循環等技術的應用，煤電效率逐步提高(現在世界上最新技術已經能達到近50%的熱效率)，但電力工業依然是二氧化碳及二氧化硫嚴重環境汙染物主要的排放源，同時隨著石化燃料的枯竭，開採的成本和難度會越來越大，而作為高耗能的鋼鐵，冶金，化工，建材以及其他工業生產過程中卻產生大量的餘熱無法得到有效利用，而如何高效地將這些本是廢物得能源利用起來，也就成了節能環保的重中之重。 餘熱是在一定經濟技術條件下，在能源利用設備中沒有被利用的能源，也就是多餘、廢棄的能源。它包括高溫廢氣餘熱、冷卻流體介質餘熱、廢汽廢水餘熱、高溫產品和爐渣餘熱、化學反應餘熱、可燃廢氣廢液和廢料餘熱以及高壓流體餘壓等七種。根據調查，各行業的餘熱總資源約佔其燃料消耗總量的17%飛7%，可回收利用的餘熱資源約為餘熱總資源的 60%。而作為工業爐冷卻系統中的餘熱更是沒有得到有效利用，有的直接將冷卻系統中的熱量直接排放到環境中去，造成了熱量的浪費，而有的則只是簡單的用冷卻系統的餘熱進行加熱水或是簡單的用水蒸汽來發電，雖然利用了一部分餘熱，但是仍然有大量的餘熱無法得到有效利用，而本發明則利用高效的有機郎肯循環進行發電，解決了這些問題，不僅回收了餘熱，而且大大提高了餘熱的利用效率。
發明內容本實用新型的目的是提供一種工業爐冷卻迴路冷卻流體介質餘熱回收發電系統，該系統可最大限度將工業爐冷卻系統中的餘熱轉化為電能。本實用新型包括工業爐I、換熱器I 2、加壓泵I 3、透平或膨脹機4、發電機5、換熱器II 6、冷凝器7、儲液罐8、加壓泵II 9、冷卻塔10、冷卻水泵11，工業爐I與換熱器I 2連接，換熱器I 2另一端通過加壓泵I 3與工業爐I連接，換熱器I 2通過透平或膨脹機4與發電機5連接，發電機5通過換熱器II 6與冷凝器7連接，冷凝器7連接在儲液罐8上，儲液罐8通過加壓泵II 9連接在換熱器II 6上，換熱器II 6與換熱器I 2連接，冷凝器7與冷卻塔10連接，冷卻塔10另一端通過冷卻水泵11與冷凝器7連接。本系統包括三個迴路工業爐冷卻迴路，有機朗肯循環的工質循環迴路，冷卻水迴路；第一迴路為工業爐冷卻迴路，有工業爐I、換熱器I 2和加壓泵I 3形成，從工業爐I中的冷卻器內出來的高溫冷卻介質(水或者導熱油)進入換熱器I 2進行換熱，將熱量傳遞給有機郎肯循環迴路中的有機工質(如R123)，使有機工質蒸發，從換熱器I 2出來後冷卻介質經過工質加壓泵I 3加壓後重新進入工業爐冷卻器冷卻爐子，從而完成一個循環。第二迴路為有機郎肯循環的工質循環迴路，換熱器I 2、透平或膨脹機4、發電機
5、換熱器II 6、冷凝器7、儲液罐8和加壓泵II 9形成，從換熱器I 2出來的吸收工業爐冷卻迴路冷卻工質的熱量後變成蒸汽的有機工質，一路進入透平或膨脹機4推動透平或膨脹機4做功，同時透平或膨脹機4帶動電機5發電，發電後的乏汽進入換熱器116，(另一路則是旁通，當蒸汽壓力達不到推動透平的壓力時蒸汽則直接入換熱器II 6，為即將進入換熱器I 2進行蒸發的有機工質進行預熱)有機工質從換熱器II 6出來後進入冷凝器7進行冷凝，將熱量傳遞給冷卻水迴路中的冷卻水，然後進入儲液罐8，再從儲液罐8出來後經過工質加壓泵II 9加壓進入換熱器6進行預熱，然後進入換熱器I 2進行蒸發，完成一個循環。第三迴路為冷卻水迴路，從冷卻塔10來的冷卻水經冷卻水循環泵11輸送至冷凝器7，完成對循環工質乏汽的凝結，之後返回冷卻塔10布水管，經冷卻後集於塔底集水盤，完成一個循環。該發電系統使用工業爐冷卻迴路中的冷卻流體介質對有機郎肯循環迴路中的有機工質進行加熱，使其蒸發；該發電系統的有機朗肯循環迴路中使用的工質為R123、甲苯、正戊烷(C5H12)、異戊烷(R601a)、環戊烷、庚烷、R113、R11、環己烷、苯、鄰二甲苯、乙基苯、6甲基2矽氧烷(C6H180Si2)、8 甲基 3 矽氧烷(C8H24O2Si3)UO 甲基 4 矽氧烷(C1QH3Q03Si4)、12 甲基 5 矽氧烷(C12H36O4Si5)、丙烷(R290)、五氟丙烷(R245fa)、正己烷(C6H14)、丁烷(R600)、異丁烷(R600a)、四氟乙烷(R134a)中一種或由這些純工質組成的混合工質作循環工質；工業爐冷卻迴路中使用的冷卻流體介質為水或者導熱油。本實用新型的發電工藝為(I)根據有機朗肯循環系統所選定的工質和冷卻系統中介質的種類，按需要的發電容量配備並安裝好換熱器、工質加壓泵、透平、發電機、換熱器、冷凝器、儲液罐、冷卻塔、冷卻水泵等設備及其管路與配件；(2)根據工業爐冷卻迴路、冷卻水迴路及有機朗肯循環的管路容積計算冷卻工質及循環工質的充注量，將冷卻介質、冷卻水及循環工質計量充入各自循環管路中。工作原理為在換熱器放熱後出來的低溫冷卻流體介質，經工質加壓泵加壓進入工業爐的冷卻器中吸收爐子各部位(比如爐壁)的熱量，然後重新進入換熱器，將熱量傳遞給有機朗肯循環內的工質，使工質吸熱氣化成進透平做功的蒸汽；有機工質蒸汽一路在透平內膨脹輸出軸功，驅動發電機發電，然後進入換熱器，另一路則作旁通，當工質壓力達不到推動透平做功時的壓力時則直接進入換熱器，從換熱器出來後接著進入冷凝將熱量傳給冷卻水迴路中的水，冷凝，之後流入工質儲液罐，再被工質循環泵加壓輸送至換熱器，預熱後進入工質蒸汽發生器再次吸熱蒸發成做功的蒸汽，完成循環。本實用新型的有益效果是(I)能將工業爐的廢熱資源進行回收，並高效地轉化為電能，；(2)極大地降低了發電過程中有害物質C0X、SOx的產生與排放；(3)能有效推廣到工業生產中帶冷卻系統的各種工業爐中，有效地回收餘熱。
圖I為本實用新型餘熱回收發電結構示意圖。圖中1是工業爐；2是換熱器I ;3是加壓泵I ;4是透平或膨脹機；5是發電機；6是換熱器II ;7是冷凝器；8是儲液罐；9是加壓泵II ；10是冷卻塔；11是冷卻水泵。
具體實施方式
下面通過附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型保護範圍不局限於所述內容。在昆明地區某鋼廠建一工業爐冷卻迴路冷卻流體介質餘熱回收發電系統，電機輸出功率為500Kw。本實用新型發電系統包括工業爐I、換熱器I 2、加壓泵I 3、透平或膨脹機4、發電機5、換熱器II 6、冷凝器7、儲液罐8、加壓泵II 9、冷卻塔10、冷卻水泵11，工業爐I與換熱器I 2連接，換熱器I 2另一端通過加壓泵I 3與工業爐I連接，換熱器I 2通過透平或膨脹機4與發電機5連接，發電機5通過換熱器II 6與冷凝器7連接，冷凝器7連接在儲液罐8上，儲液罐8通過加壓泵II 9連接在換熱器II 6上，換熱器II 6與換熱器I 2連接，冷凝器7與冷卻塔10連接，冷卻塔10另一端通過冷卻水泵11與冷凝器7連接。本系統包括三個迴路工業爐冷卻迴路，有機朗肯循環的工質循環迴路，冷卻水迴路；第一迴路為工業爐冷卻迴路，有工業爐I、換熱器I 2 (用板式換熱器作有機朗肯循環的工質蒸汽發生器)和加壓泵I 3 (採用高溫油泵)形成，從工業爐I中的冷卻器內出來的高溫冷卻介質(採用穩定性極好的首諾合成導熱油Therminol VP-I)進入換熱器I 2進行換熱，將熱量傳遞給有機郎肯循環迴路中的有機工質(如R123)，使有機工質蒸發，從換熱器I2出來後冷卻介質經過工質加壓泵I 3加壓後重新進入工業爐冷卻器冷卻爐子，從而完成一個循環，用無縫鋼管將油路系統安裝好。第二迴路為有機郎肯循環的工質循環迴路，換熱器I 2、透平4、發電機5、換熱器
II6、冷凝器7、儲液罐8和加壓泵II 9形成，從換熱器I 2出來的吸收工業爐冷卻迴路冷卻工質的熱量後變成蒸汽的有機工質，一路進入透平4推動透平或膨脹機4做功，同時透平4帶動電機5發電，發電後的乏汽進入換熱器II 6，(另一路則是旁通，當蒸汽壓力達不到推動透平的壓力時蒸汽則直接入換熱器II 6，為即將進入換熱器I 2進行蒸發的有機工質進行預熱)有機工質從換熱器II 6出來後進入冷凝器7進行冷凝，將熱量傳遞給冷卻水迴路中的冷卻水，然後進入儲液罐8，再從儲液罐8出來後經過工質加壓泵II 9加壓進入換熱器6進行預熱，然後進入換熱器I 2進行蒸發，完成一個循環，按儲液罐出口一工質加壓泵9-換熱器6—換熱器2—透平4一換熱器6—冷凝器7—儲液罐進口的順序用紫銅管將有機朗肯循環的工質迴路及所需配件安裝好；其中透平淨輸出功率為500Kw，透平進口工質壓力為I. OMPa，溫度110°C，冷凝器7、換熱器II均採用板式換熱器，工質加壓泵採用高壓屏蔽泵。第三迴路為冷卻水迴路，從冷卻塔10來的冷卻水經冷卻水循環泵11輸送至冷凝器7，完成對循環工質乏汽的凝結，之後返回冷卻塔10布水管，經冷卻後集於塔底集水盤，完成一個循環；冷卻塔採用逆流方形組塔，冷卻水管路採用無縫鋼管，按冷卻塔10出口一冷卻水泵11-冷凝器7—冷卻塔10進口的順序將冷卻水迴路及所需配件安裝好。[0029]以上所有設備按圖I連接，安裝完成後，進行管道的氮氣吹掃，並且對管路進行試壓，對有機朗肯循環系統抽真空，並分別按要求向相應管路內充入R123、導熱油及自來水。·
權利要求1.一種工業爐冷卻迴路冷卻流體介質餘熱回收發電系統，其特徵在於該系統包括工業爐(I)、換熱器I (2)、加壓泵I (3)、透平或膨脹機(4)、發電機(5)、換熱器II (6)、冷凝器(7)、儲液罐(8)、加壓泵II (9)、冷卻塔(10)、冷卻水泵(11)，工業爐(I)與換熱器I (2)連接，換熱器I (2)另一端通過加壓泵I (3)與工業爐(I)連接，換熱器I (2)通過透平或膨脹機(4)與發電機(5)連接，發電機(5)通過換熱器II (6)與冷凝器(7)連接，冷凝器(7)連接在儲液罐(8)上，儲液罐(8)通過加壓泵II (9)連接在換熱器II (6)上，換熱器II(6)與換熱器I (2)連接，冷凝器(7)與冷卻塔(10)連接，冷卻塔(10)另一端通過冷卻水泵(11)與冷凝器(7)連接。
2.根據權利要求I所述的工業爐冷卻迴路冷卻流體介質餘熱回收發電系統，其特徵在於工業爐(I)、換熱器I (2)和加壓泵I (3)間形成工業爐冷卻迴路，冷卻迴路中使用的流體介質是水或導熱油。
3.根據權利要求I所述的工業爐冷卻迴路冷卻流體介質餘熱回收發電系統，其特徵在於換熱器I (2)、透平或膨脹機(4)、發電機(5)、換熱器II (6)、冷凝器(7)、儲液罐(8)和加壓泵II (9)間形成有機朗肯循環的工質循環迴路，迴路中使用的循環工質為R123、甲苯、正戊烷、異戊烷、環戊烷、庚烷、R113、R11、環己烷、苯、鄰二甲苯、乙基苯、6甲基2矽氧烷、8甲基3矽氧烷、10甲基4矽氧烷、12甲基5矽氧烷、丙烷、五氟丙烷、正己烷、丁烷、異丁烷、四氟乙烷中一種或幾種的混合物。
專利摘要本實用新型公開了一種工業爐冷卻迴路冷卻流體介質餘熱回收發電系統，該系統包括工業爐、換熱器I、加壓泵I、透平或膨脹機、發電機、換熱器II、冷凝器、儲液罐、加壓泵II、冷卻塔和冷卻水泵，並由這些設備形成工業爐冷卻迴路、有機朗肯循環的工質循環迴路和冷卻水迴路，直接將工業爐冷卻系統中冷卻流體介質的餘熱高效地轉換為電能，有效的回收了餘熱，做到了節能環保以及能量的高效利用。
文檔編號F01K19/00GK202788959SQ20122045180
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者王 華, 王輝濤, 葛眾 申請人:昆明理工大學