一種熱水餘壓餘熱回收系統的製作方法
2023-06-05 21:11:16 1
一種熱水餘壓餘熱回收系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種熱水餘壓餘熱回收系統，包括水輪機發電裝置和ORC（有機朗肯循環）發電裝置；所述的水輪機發電裝置包括水輪機和發電機，所述的ORC發電裝置包括蒸發器、ORC透平、冷凝器和工質泵；本發明提供的熱水餘壓餘熱回收系統，能夠熱水中可利用的能量（餘壓餘熱）進行有效地回收轉化：首先熱水通過水輪機做功，其壓能轉換為機械能；然後熱水再進入ORC發電系統，與系統中的有機工質進行熱量交換，有機工質在透平中膨脹做功，其熱能轉換為機械能；再利用發電機將機械能轉換為電能。
【專利說明】一種熱水餘壓餘熱回收系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於餘熱回收【技術領域】，涉及一種熱水餘壓餘熱回收系統。
【背景技術】
[0002]當前，面對世界能源形勢的緊張情況，國內外一直在研究可替代的新型能源，同時也在節能減排過程中，對能量進行回收利用。2012年，國務院正式印發了《節能減排「十二五」規劃》，特別明確了「十二五」節能減排的重點工程，餘壓餘熱利用在節能改造工程中被重點提及。
【發明內容】
[0003]本發明解決的問題在於提供一種熱水餘壓餘熱回收系統，將熱水中的壓能和熱能分別通過水輪機和ORC透平進行回收，從而實現對熱水餘壓餘熱的充分利用。
[0004]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0005]一種熱水餘壓餘熱回收系統，包括水輪機發電裝置和ORC (有機朗肯循環)發電裝置；所述的水輪機發電裝置包括水輪機和發電機，所述的ORC發電裝置包括蒸發器、ORC透平、冷凝器和工質泵；熱水通過管路先進入水輪機，水壓推動水輪機轉動，水輪機通過聯軸器驅動發電機運行；減壓後的熱水經管道進入蒸發器與有機工質換熱，放熱後的低溫熱水被排出，吸熱的有機工質氣化並輸送至ORC透平膨脹做功，通過齒輪減速箱驅動發電機運行；在ORC透平中做功後的有機工質乏氣，通過冷凝器冷凝成液態，液態工質通過工質泵輸送回到蒸發器。
[0006]所述的水輪機和ORC透平分別驅動一臺發電機，或者同時驅動同一臺發電機。
[0007]所述當水輪機和ORC透平共軸，同時驅動同一臺發電機，在初始啟動時，水輪機先運轉做功，驅動發電機運行，共軸的ORC透平允許在短時間內空轉運行。
[0008]所述的發電機替換為泵或風機運行。
[0009]所述的熱水進入水輪機的管路上還設有直接進入蒸發器的旁路，當熱水中的壓能沒有回收價值時，通過旁路直接進入蒸發器。
[0010]所述的水輪機為反轉的離心水泵，所述的發電機為永磁高速交流發電機；所述的ORC透平為軸流式或者向心式，其轉速在1500?50000r/min，採用靜葉可調或不可調。
[0011]所述的ORC透平採用靜葉可調實現流量和壓力調節，適應工況的變化；所述的靜葉可調用透平前調節閥進行調節。
[0012]所述的熱水參數壓力範圍:0.5?3.5MPa，溫度範圍:60?240°C。
[0013]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0014]本發明提供的熱水餘壓餘熱回收系統，能夠熱水中可利用的能量(餘壓餘熱)進行有效地回收轉化:熱水中的壓能和熱能分別通過水輪機和ORC透平進行回收。首先熱水通過水輪機做功，其壓能轉換為機械能；然後熱水再進入ORC發電系統，與系統中的有機工質進行熱量交換，有機工質在透平中膨脹做功，其熱能轉換為機械能；再利用發電機將機械能轉換為電能。
[0015]本發明提供的熱水餘壓餘熱回收系統，可以回收壓力在0.5MPa?3.5MPa，溫度在60°C?240°C之間的熱水；系統主要應用於冶金、石化等行業，像鋼鐵廠產生的冷卻循環水，石化行業煉油過程中的催化、裂化、焦化冷卻循環水等都存在大量餘熱。因此這項技術有很廣闊的應用市場及良好的社會效益。
[0016]本發明提供的熱水餘壓餘熱回收系統，其所採用的ORC工質是一種低沸點有機物，將熱水的低溫餘熱進行利用，吸熱後氣化，有機工質常為幹流體，無需裝設過熱器，從高壓到低壓始終保持乾燥狀態，消除了高速情況下溼氣水滴衝擊透平產生的腐蝕損壞。採用的有機工質比水蒸氣密度大、比容小，可以減小透平設計尺寸(特別是末葉片高度及排氣管道尺寸)，節約成本。低沸點工質蒸氣中的聲速約為水蒸汽聲速的一半，因此設計的透平轉子直徑也為汽輪機轉子直徑的一半。因此，本發明提供的本系統具有簡單、可靠、經濟的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為熱水餘壓餘熱回收系統示意圖之一；
[0018]圖2為熱水餘壓餘熱回收系統示意圖之二；
[0019]圖1是，水輪機和ORC透平分別驅動發電機或驅動泵/風機。
[0020]其中:1為截止/調節閥；2為水輪機；3為發電機；4為蒸發器；5為ORC透平；6為冷凝器；7為工質泵；8為齒輪減速箱。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
[0022]參見圖1、圖2，本發明提供一種熱水餘壓餘熱回收系統，包括水輪機發電裝置和ORC (有機朗肯循環)發電裝置；所述的水輪機發電裝置包括水輪機2和發電機3，所述的ORC發電裝置包括蒸發器4、ORC透平5、冷凝器6和工質泵7 ;熱水通過管路先進入水輪機2，水壓推動水輪機2轉動，水輪機2通過聯軸器驅動發電機3運行；減壓後的熱水經管道進入蒸發器4與有機工質換熱,放熱後的低溫熱水被排出，吸熱的有機工質氣化並輸送至ORC透平5膨脹做功，通過齒輪減速箱8驅動發電機3運行；在ORC透平中做功後的有機工質乏氣，通過冷凝器6冷凝成液態，液態工質通過工質泵7輸送回到蒸發器4。
[0023]利用上述系統，熱水中的壓能和熱能分別通過水輪機和ORC透平進行回收。首先熱水通過水輪機做功，其壓能轉換為機械能；然後熱水再進入ORC發電系統，與系統中的有機工質進行熱量交換，有機工質在透平中膨脹做功，其熱能轉換為機械能；再利用發電機將機械能轉換為電能，也可以直接驅動泵或風機。水輪機和ORC透平可共同或單獨驅動發電機(泵/風機)。
[0024]具體的，所述的ORC發電系統為:由蒸發器、ORC透平、冷凝器和工質泵等組成。從水輪機出來的熱水在蒸發器中放熱給有機工質，有機工質由於吸熱而成蒸氣，蒸氣通過ORC透平膨脹作功，從而帶動發電機發電或驅動。從透平排出的蒸氣在冷凝器中向冷卻水放出熱量而凝結成液體，再通過工質泵重新回到蒸發器，如此形成一個循環。[0025]所述的ORC工質是一種適合從低溫熱源吸熱的低沸點有機物，例如R245fa、R123、R123a等。有機工質常為幹流體，無需裝設過熱器，從高壓到低壓始終保持乾燥狀態，消除了高速情況下溼氣水滴衝擊透平產生的腐蝕損壞。採用的有機工質比水蒸氣密度大、比容小，可以減小透平設計尺寸(特別是末葉片高度及排氣管道尺寸)，節約成本。低沸點工質蒸氣中的聲速約為水蒸汽聲速的一半，因此設計的透平轉子直徑也為汽輪機轉子直徑的一半。
[0026]本發明中的透平可以採用向心式或軸流式。根據結構的特點，向心式ORC透平相對軸流式的設計轉速要高，汽道損失小，級焓降比較大，效率高。流量大、功率大適合採用軸流式透平；流量小、功率較小適合採用向心式透平。本發明的ORC透平的設計轉速為1500?50000r/min，採用靜葉可調實現流量和壓力調節，適應工況的變化；不用靜葉可調用透平前調節閥進行調節，適應工況的變化。
[0027]上述系統的工作過程為:首先保持閥門I打開狀態，熱水通過管道進入水輪機2，水壓推動葉輪轉動，並通過聯軸器驅動發電機3運行；減壓後的熱水經管道進入蒸發器4，放熱後的低溫熱水被排出，吸熱的有機工質在ORC透平5中膨脹做功，通過減速箱8驅動發電機3運行；在ORC透平5中做功後的乏氣，通過冷凝器6冷凝成液態，液態工質通過工質泵7回到蒸發器中，再次進行熱量交換，如此循環做功。如果熱中的壓能沒有回收價值，此時系統沒有水輪機裝置。
[0028]圖1和圖2均符合本發明的系統工作原理和工藝流程。圖1中表明水輪機2和ORC透平5分別驅動發電機3發電；在圖2中水輪機2和ORC透平5共同驅動一臺發電機
3。圖2中的系統初始啟動時，水輪機先運轉做功，驅動發電機，共軸的ORC透平允許在短時間內空轉運行。圖1和圖2中的發電機可以替換為泵或風機運行。
[0029]下面給出一個具體的實施例:
[0030]所用的熱源為壓力為1.7MPa，溫度為150°C的熱水。熱水進入水輪機，水輪機驅動發電機發電；熱水再經管道進入ORC系統中的蒸發器，放熱後經管道引出。有機工質在蒸發器中蒸發，蒸氣進入ORC透平，透平驅動發電機發電。排氣進入冷凝器，液態工質通過工質泵回到蒸發器。
【權利要求】
1.一種熱水餘壓餘熱回收系統，其特徵在於，包括水輪機發電裝置和ORC (有機朗肯循環)發電裝置；所述的水輪機發電裝置包括水輪機(2 )和發電機(3 )，所述的ORC發電裝置包括蒸發器(4)、ORC透平(5)、冷凝器(6)和工質泵(7);熱水通過管路先進入水輪機(2)，水壓推動水輪機(2)轉動，水輪機(2)通過聯軸器驅動發電機(3)運行；減壓後的熱水經管道進入蒸發器(4 )與有機工質換熱，放熱後的低溫熱水被排出，吸熱的有機工質氣化並輸送至ORC透平(5)膨脹做功，通過齒輪減速箱(8)驅動發電機(3)運行；在ORC透平中做功後的有機工質乏氣，通過冷凝器(6 )冷凝成液態，液態工質通過工質泵(7 )輸送回到蒸發器(4 )。
2.如權利要求1所述的熱水餘壓餘熱回收系統，其特徵在於，所述的水輪機(2)和ORC透平(5)分別驅動一臺發電機，或者同時驅動同一臺發電機(3)。
3.如權利要求2所述的熱水餘壓餘熱回收系統，其特徵在於，所述當水輪機(2)和ORC透平(5 )共軸，同時驅動同一臺發電機(3 )，在初始啟動時，水輪機(2 )先運轉做功，驅動發電機(3 )運行，共軸的ORC透平(5 )允許在短時間內空轉運行。
4.如權利要求1所述的熱水餘壓餘熱回收系統，其特徵在於，所述的發電機(3)替換為泵或風機運行。
5.如權利要求1所述的熱水餘壓餘熱回收系統，其特徵在於，所述的熱水進入水輪機(2)的管路上還設有直接進入蒸發器(4)的旁路，當熱水中的壓能沒有回收價值時，通過旁路直接進入蒸發器(4)。
6.如權利要求1所述的熱水餘壓餘熱回收系統，其特徵在於，所述的水輪機為反轉的離心水泵，所述的發電機為永磁高速交流發電機；所述的ORC透平為軸流式或者向心式，其轉速在1500?50000r/min，採用靜葉可調或不可調。
7.如權利要求6所述的熱水餘壓餘熱回收系統，其特徵在於，所述的ORC透平採用靜葉可調實現流量和壓力調節，適應工況的變化；所述的靜葉可調用透平前調節閥進行調節。
8.如權利要求1所述的熱水餘壓餘熱回收系統，其特徵在於，所述的熱水參數壓力範圍:0.5?3.5MPa，溫度範圍:60?240。。。
【文檔編號】F03B13/00GK103670888SQ201310627960
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】程代京, 程伯鴻, 王賢鋼 申請人:陝西擎華新能源技術有限公司