一種環保節能減排系統的製作方法

2023-10-27 09:13:22

專利名稱：一種環保節能減排系統的製作方法
技術領域：
一種環保節能減排系統
技術領域：
本實用新型涉及一種環保節能減排系統，特別是涉及一種能夠充分利用工業餘熱 產生動力進行發電或做功的螺杆膨脹動力系統。
背景技術：
我國的一次能源現狀不容樂觀，煤炭資源儲量雖然世界排名第二(美國第一，是 我國儲量的一倍)，但我國可開採的煤炭資源不足百年時間，遠少於世界前六位儲煤量的國 家；我國的石油和天然氣資源也僅夠開採幾十年，世界範圍內的石油開採也可能在本世紀 內短缺。由於我國能源結構的特點，能源沒有實現充分的階梯利用，餘熱資源量大而分布 廣泛。例如，我國現有相當部分的工業鍋爐的額定蒸汽壓力為1.3MPa，而使用時，卻需要降 壓運行、減溫減壓使用，造成大量的浪費。在石油化工行業，因為工藝過程中伴隨著大量的蒸汽，也產生大量的廢熱液。這些 廢棄放掉的熱源本可以回收利用。同樣在冶金和鋼鐵行業，僅回收鋼鐵企業的衝渣廢熱水 (80-90度)一項，就可以為每個企業帶來2MW到5MW的電能，對於世界最大鋼鐵產量的我國 來說，其社會效益和經濟效益是不可估量的。另外，鋼鐵企業的廢棄蒸汽也很多，遠遠多於 衝渣廢熱水廢棄的能量，因而回收能源的空間將是巨大的。在電力企業尤其在熱電聯產企業，有許多減溫減壓蒸汽節流的能量損失，以及排 放廢熱(如連排水排放)的能量損失。例如冬天供暖的熱電廠，一般用高品位蒸汽來加熱低 品位的供暖熱水，造成極大的能源品質的浪費。若將加熱蒸汽先通過螺杆膨脹機發電(或 拖動負載)，然後再加熱供暖熱水，可以大幅度降低廠用電量，發電成本僅為原電廠成本的 1/3-1/5。在地熱發電和太陽能發電方面，螺杆膨脹機也可提供非常好的能量轉換途徑。地 熱水可以直接進入螺杆膨脹機驅動發電機發電，省掉了地熱水結垢腐蝕帶來系統龐大投資 和維護的問題，前景廣闊。原來的太陽能發電主要採用光電轉換技術，存在成本高以及長期 可靠性差的問題；現在可利用普通太陽能板吸收熱量再通過螺杆膨脹機發電，系統簡單而 且造價大幅度降低，具有非常大的應用前景。在其他行業，包括建材水泥、造紙印染、紡織、糖業食品、酒業、藥廠等領域，也存在 同樣的能源損失問題。煉鋼廠目前的轉爐蒸汽回收系統通常是將轉爐汽包蒸汽經過蒸汽管道匯總到一 根蒸汽母管，經過該蒸汽母管將匯總的蒸汽送到蓄熱器穩壓，從蓄熱器引出的蒸汽經減溫 減壓後供廠區餘熱熱能系統用汽。目前國內外轉爐煉鋼廠減溫減壓的習慣做法是在從蓄熱 器引出的熱質主管路中加裝一臺氣動/電動調節閥進行調壓以達到減壓效果。這種調壓方 式存在著顯著不足，那就是利用調節閥降壓所帶來的降壓節流能量損失非常大，不符合我 國近期所提出的節能減排、建設循環經濟的政策。能否將降壓節流所產生的能量損失採取 一定的方式/裝置予以回收就成為人們日益關注的問題。但是，其存在如下需要克服的技術問題，第一，蓄熱器所提供的蒸汽品質為飽和蒸汽(蒸汽幹度低、含水量大)，常規能量轉 化設備不適用；第二，蓄熱器所提供的蒸汽存在一定的能量波動；第三，廠區餘熱熱能系統 用汽汽壓為恆壓，故替代調節閥的能量回收裝置必須能起到減壓並穩壓的作用。綜上所述，需要一種環保節能減排系統，其可以解決現有的能量利用不充分的問 題。

發明內容本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種環保節能減排系統，其能夠回收低 品位熱能並直接轉換成電能或動能。為解決上述技術問題，根據本實用新型一優選實施例，提供了一種環保節能減排 系統，與餘熱熱能系統並聯，用於利用餘熱熱能做功，並將做功後的乏工質供應至回收再利 用設備，其中，該環保節能減排系統包括通過熱質主管路相連的螺杆膨脹機單元、多組測量 裝置、多組控制閥以及疏水閥。該環保節能減排系統還包括連接該餘熱熱能系統與該螺杆 膨脹機單元的啟動旁路；該螺杆膨脹機單元包括螺杆膨脹機以及相連的負載設備。熱質推 動該螺杆膨脹機運轉進而帶動該負載設備工作；該多組測量裝置設於該熱質主管路之上； 該多組控制閥設於該熱質主管路之上；以及該疏水閥設於該熱質主管路之上。來自該餘熱 熱能系統的管路熱質首先通過該啟動旁路流入該螺杆膨脹機單元，使該螺杆膨脹機單元啟 動；然後，來自該餘熱熱能系統的管路熱質經由該熱質主管路流入該螺杆膨脹機單元進行 做功。其中，回收再利用設備可以是用汽設備，也可以是乏汽、乏液回收設備等。根據本實用新型另一優選實施例，該環保節能減排系統還包括設於螺杆膨脹機單 元上遊的減溫噴水單元，該管路熱質為熱蒸汽，該減溫噴水單元向該管路熱質噴水使其降
ilm O根據本實用新型又一優選實施例，該啟動旁路上設有截止閥以及控制閥，用於控 制啟動旁路的開關狀態以及熱質流量。本實用新型還提供了一種環保節能減排系統，與蒸汽管網並聯，用於利用蒸汽做 功，並將做功後的乏蒸汽回收至凝結水系統，其中該環保節能減排系統包括通過蒸汽管路 相連的減溫噴水單元、螺杆膨脹機單元、冷凝器、多組測量裝置以及多組控制閥，管路蒸汽 經過該減溫噴水單元進行降溫之後流入該螺杆膨脹機單元做功，做功之後的乏蒸汽經冷凝 器凝結成水並排出到凝結水系統，其中該螺杆膨脹機單元包括螺杆膨脹機以及相連的負載 設備，其中，蒸汽推動該螺杆膨脹機運轉進而帶動該負載設備工作；該多組測量裝置設於該 蒸汽管路之上；以及該多組控制閥設於該蒸汽管路之上。根據本實用新型又一優選實施例，該環保節能減排系統還包括蒸汽蓄熱器，該蒸 汽蓄熱器與該餘熱熱能系統連接，以保證該環保節能減排系統獲得穩定的不間斷蒸汽供應。根據本實用新型又一優選實施例，該環保節能減排系統還包括加熱器，所述加熱 器鄰近所述蒸汽蓄熱器設置於所述蒸汽管路中，當來自蒸汽管網的熱蒸汽不足時，所述加 熱器工作以促進熱蒸汽的產生，保證所述蒸汽蓄熱器輸出穩定的熱蒸汽。根據本實用新型又一優選實施例，該環保節能減排系統還包括冷水塔以及循環 泵，該冷水塔、該循環泵與該冷凝器相互聯通，並在它們之間流通有冷水，以保證該冷凝器
5的冷凝效果。根據本實用新型又一優選實施例，該螺杆膨脹機單元還包括控制模塊、潤滑模塊 以及密封模塊，分別對該螺杆膨脹機起到控制、潤滑以及密封作用。根據本實用新型又一優選實施例，該螺杆膨脹機單元還包括變速機，該螺杆膨脹 機通過該變速機與負載設備連接。本實用新型的優點在於，螺杆膨脹機單元作為低品位蒸汽發電機來說節能降耗、 高效實用。不僅適用於過熱蒸汽和飽和蒸汽，而且可以直接利用熱水或汽水兩相高效率產 生電力。由於對蒸汽的參數和品質要求不高，可適用多種狀態的蒸汽或熱液，所以它特別適 用於中、小電廠，由它替代電動機來帶動給水泵和風機可節約大量用電，為企業排放的廢熱 液和廢熱汽找到了一條可利用的途徑，帶來可觀的回收效益。同樣，本實用新型的環保節能 減排系統還可以應用於高品位工藝餘熱工質的熱能利用場合。此外，本環保節能減排系統 還符合節能環保要求，二氧化碳排放為零，氮氧化物和硫化物排放為零。為了能更進一步了解本實用新型為達成預定目的所採取的技術、手段及功效，請 參閱以下有關本實用新型的詳細說明與附圖，相信本實用新型的目的、特徵與特點，可由此 得到深入且具體的了解，然而所附圖式僅供參考與說明用，並非用來對本實用新型加以限 制。

可參考附圖通過實例更加具體地描述本實用新型，其中附圖並未按照比例繪製， 在附圖中圖IA和圖IB顯示了螺杆膨脹機的基本原理；圖2顯示了螺杆膨脹機單元的基本結構；圖3顯示了根據本實用新型的環保節能減排系統的第一實施例的示意圖；圖4顯示了根據本實用新型的環保節能減排系統的第二實施例的示意圖；以及圖5顯示了根據本實用新型的環保節能減排系統的第三實施例的示意圖。
具體實施方式請參考圖IA和圖1B，顯示了螺杆膨脹機10的基本原理。工質由入口管道3經入 口管道口 4進入陰螺杆2、陽螺杆1形成的齒槽內，隨著陽螺杆1和陰螺杆2的轉動，容腔逐 漸增大，工質降壓降溫膨脹做功，做完功的工質由出口管道5排出。功率由陽螺杆1的輸出 端輸出，可帶動給水泵、風機、發電機等設備。圖2顯示了螺杆膨脹機單元30的基本結構，其包括螺杆膨脹機10、負載設備20、 調節閥32、電器控制櫃33、油箱34以及基座31。螺杆膨脹機10具有圖1所示的入口管道 3及出口管道5。螺杆膨脹機10與負載設備20通過陽螺杆(圖未示)的輸出軸相連。根 據需要在螺杆膨脹機10與負載設備20之間設置變速機(圖未示)。請參考圖3，其顯示了根據本實用新型的環保節能減排系統100的第一實施例的 示意圖。圖3中左側的方框S表示與鍋爐相連的蒸汽源，比如為蓄熱器或者蒸汽聯箱，右側 的方框T表示用汽設備，比如為工廠的蒸汽加熱設備、蒸汽清洗設備或者取暖設備。箭頭Pl 至P2所示為現有的餘熱熱能系統的線路設置情況，現有蒸汽直接從蒸汽源S輸送到用汽設備T。由於蒸汽源處的蒸汽壓力較大(約3. 5-5兆帕)，溫度較高(約350-500攝氏度)， 而用汽設備T所需要的蒸汽溫度通常為180-300度，壓力通常為1-2兆帕。有鑑於此，現有 技術中需要在餘熱熱能系統P1-P2之間設置截止閥M。這造成了能源的浪費。本實施例的環保節能減排系統100與現有蒸汽管網P1-P2並聯，用於利用蒸汽餘 熱熱能做功，並將做功後的乏蒸汽供應至用汽設備T。該環保節能減排系統100包括通過 熱工質主管路(未標示)相連的減溫噴水單元130、螺杆膨脹機單元110、流量計151、壓力 表152、主汽閥141、疏水閥143及145、調節閥142以及排汽閥144。其中，螺杆膨脹機單元 110又包括螺杆膨脹機112以及發電機組116。圖3中箭頭P3至P4所示的方向為蒸汽在 環保節能減排系統100中沿蒸汽管路(未標示)的流動方向。流量計151、壓力表152、主 汽閥141、疏水閥143、調節閥142以及排汽閥144均設在蒸汽管路上。流量計151以及壓 力表152主要用來測量蒸汽的流量以及壓力參數。當然也可在蒸汽管路上設置溫度傳感器 來測量蒸汽的溫度。主汽閥141、排汽閥144以及調節閥142主要用來控制蒸汽的流通以及 流量的大小。疏水閥143及145主要用於通汽排水。此外，在現有蒸汽管網P1-P2上設置 截止閥M,以實現系統模塊之隔離功能。此外，該環保節能減排系統還包括連接在蒸汽管網與螺杆膨脹機單元110之間的 啟動旁路180。啟動旁路180上設有截止閥182以及控制閥186，用於控制啟動旁路180的 開關狀態以及蒸汽流量。該環保節能減排系統100的工作過程如下。來自蒸汽管網的熱蒸汽經過減溫噴水 單元130進行降溫，啟動旁路180投入工作，熱蒸汽流經啟動旁路180，啟動旁路180藉由控 制閥182完成發電機組定速併網工作。然後，來自蒸汽管網的熱蒸汽經由熱工質主管路流 入螺杆膨脹機單元110做功發電，做功之後的蒸汽再經蒸汽管路供應至用汽設備T(如圖3 中箭頭P3至P4所示的流動方向)。其中，蒸汽推動螺杆膨脹機112工作進而帶動發電機 組116發電。在該實施例中，蒸汽管網內的蒸汽溫度為350-500度，壓力為3_5兆帕；減溫噴水 單元130所供水的溫度為90-150度，壓力為5-6兆帕；經過減溫噴水單元130降溫之後的 蒸汽溫度為200-350度，壓力為2-3. 5兆帕；經螺杆膨脹機單元110做功之後的蒸汽溫度為 180-300度，壓力為1-3兆帕。在優選實施例中，蒸汽管網內的蒸汽溫度為435度，壓力為3. 53兆帕；減溫噴水單 元所供水的溫度為104度，壓力為5. 5兆帕；經過減溫噴水單元降溫之後的蒸汽溫度為266 度，壓力為2. 7兆帕；經螺杆膨脹機單元做功之後的蒸汽溫度為220度，壓力為1. 7兆帕。 優選的，來自該餘熱熱能系統的蒸汽流量為4-50噸/小時；該減溫噴水單元所供水的流量 為1-10噸/小時；進入該螺杆膨脹機的蒸汽流量為5-60噸/小時。更優選的，來自該餘熱 熱能系統的蒸汽流量為47噸/小時；該減溫噴水單元所供水的流量為7. 4噸/小時；進入 該螺杆膨脹機的蒸汽流量為54. 4噸/小時。在圖3所示的實施例中，發電機組116可以替換為其他負載設備，比如泵或風機等 設備。此外，減溫噴水單元不是必須的配件，對於餘熱工質溫度較低的場合，則不需要該減 溫噴水單元，餘熱蒸汽可直接引入本實用新型的環保節能減排系統。當然，本實施例是以蒸 汽作為餘熱工質進行討論的，實際應用中並不局限於此，餘熱工質也可以為其他熱液、有機 熱質等。[0037]請參考圖4，其顯示了根據本實用新型的環保節能減排系統200的第二實施例的 示意圖。圖4中左側的圓形框S2表示與鍋爐相連的蒸汽源，比如為轉爐汽包。右側的方框 T2表示用汽設備，比如為工廠的蒸汽加熱設備、蒸汽清洗設備或者取暖設備。箭頭P21所示 為現有的蒸汽管網的設置情況，現有蒸汽直接從蒸汽源S2輸送到用汽設備T2。本實施例的環保節能減排系統200與現有蒸汽管網P21並聯，用於利用餘熱熱能 做功，將做功後的蒸汽經冷凝器凝結成水並排出到凝結水系統。該環保節能減排系統200 包括通過管道(未標示)相連的蓄熱器240、安全閥241、主汽閥242、螺杆膨脹機單元、冷凝 器270、冷水塔250以及循環泵260。其中，螺杆膨脹機單元又包括螺杆膨脹機212、發電機 組216、控制模塊213、潤滑模塊214及密封模塊(圖未示)。控制模塊213、潤滑模塊214 及密封模塊分別對該螺杆膨脹單元起到控制、潤滑以及密封作用。圖4中箭頭P22至P23 所示的方向為蒸汽在環保節能減排系統100中沿蒸汽管路(未標示)的流動方向。安全閥 241與主汽閥242均設在蒸汽管路上。安全閥241與主汽閥242主要用來控制蒸汽的流通 以及流量的大小。當然，也可以如實施方式一所述的在本實施方式中採用疏水閥以及測量
裝置等。蓄熱器240與蒸汽管網連接，以保證環保節能減排系統200獲得穩定的不間斷蒸 汽供應。冷水塔250及循環泵260與冷凝器270相互聯通，並在它們之間流通有冷水，以保 證冷凝器270的冷凝效果。根據本實施例的環保節能減排系統200在蒸汽經冷凝器270凝 結成水後排出到凝結水系統，以供鍋爐下次冷凝之用。當然也可以用著其他合適用途。此外，還可以在該環保節能減排系統中設置加熱器，該加熱器鄰近蒸汽蓄熱器設 置於所述蒸汽管路中，可以設於蒸汽蓄熱器的上遊，也可以設於蒸汽蓄熱器的下遊。當來自 蒸汽管網的熱蒸汽不足時，加熱器工作以促進熱蒸汽的產生，保證蒸汽蓄熱器輸出穩定的 熱蒸汽。請參考圖5，其顯示了根據本實用新型的環保節能減排系統300的第三實施例的 示意圖。圖5中左側的圓形框S3表示與鍋爐相連的蒸汽源，比如為蒸汽聯箱。箭頭Ρ31所 指為蒸汽來向。箭頭Ρ32所指為去往用汽設備的蒸汽流向。圖5中箭頭Ρ33至Ρ34所示的 方向為蒸汽在環保節能減排系統300中沿蒸汽管路(未標示)的流動方向。本實施例的環保節能減排系統300與現有蒸汽管網Ρ31-Ρ32並聯，用於利用餘熱 熱能做功，將做功後的蒸汽經冷凝器凝結成水並排出到凝結水系統。該環保節能減排系統 300包括通過管道(未標示)相連的安全閥(未顯示)、主汽閥341、排汽閥344、螺杆膨脹 機單元、冷凝器370以及凝結水泵380。其中，螺杆膨脹機單元又包括螺杆膨脹機312、發電 機組316及變速機313。安全閥、主汽閥341及排汽閥344均設在蒸汽管路上。當然，也可 以如實施方式一所述的在本實施方式中安裝疏水閥以及測量裝置等。根據本實施例的能減排系統300在蒸汽經冷凝器370凝結成水後，經凝結水泵380 的驅動排出到凝結水系統(沿箭頭Ρ34方向)，以供鍋爐下次冷凝之用。當然也可以用著其 他合適用途。需要說明的是，以上主要以鋼鐵、電力、供暖企業為例對本實用新型的環保節能減 排系統進行了說明。其實本實用新型的環保節能減排系統可以同樣用於冶金、印染、造紙等 有大量餘熱產生的企業。根據本實用新型的環保節能減排系統能夠回收低品位熱能並直接轉換成電能或動能，是一種在當前能源利用領域重大突破性的發明，其熱源適用範圍非常廣，可以適用過 熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水混合物、熱水和高含鹽份的各種低品位熱源的熱電轉換。此外，該環 保節能減排系統的變工況能力十分優越，在熱源負荷和參數大範圍(從120%到10%範圍) 變化波動的情況下，不僅運行穩定可靠，而且高效平穩。最後，該環保節能減排系統的維護 費用和使用技術門檻較低，其基本屬於十年無需大修的系統，小維護和運行操作都簡單方 便，對用戶原系統不產生幹擾影響，安裝和移動十分簡易。 在上述實施例中，僅對本實用新型進行了示範性描述，但是本領域技術人員在閱 讀本專利申請後可以在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下對本實用新型進行各種 修改。
權利要求1.一種環保節能減排系統，與餘熱熱能系統並聯，用於利用餘熱熱能做功，並將做功後 的乏工質供應至回收再利用設備，其特徵在於，所述環保節能減排系統包括通過熱質主管路相連的螺杆膨脹機單元、多組測量裝置、 多組控制閥以及疏水閥；所述環保節能減排系統還包括連接所述餘熱熱能系統與所述螺杆膨脹機單元的啟動 旁路；所述螺杆膨脹機單元包括螺杆膨脹機以及相連的負載設備，其中，熱質推動所述螺杆 膨脹機運轉進而帶動所述負載設備工作；所述多組測量裝置設於所述熱質主管路之上； 所述多組控制閥設於所述熱質主管路之上；以及 所述疏水閥設於所述熱質主管路之上；其中，來自所述餘熱熱能系統的管路熱質首先通過所述啟動旁路流入所述螺杆膨脹機 單元，使所述螺杆膨脹機單元啟動；然後，來自所述餘熱熱能系統的管路熱質經由所述熱質主管路流入所述螺杆膨脹機單 元進行做功。
2.根據權利要求1所述的環保節能減排系統，其特徵在於，所述環保節能減排系統還包括設於螺杆膨脹機單元上遊的減溫噴水單元，所述管路熱 質為熱蒸汽，所述減溫噴水單元向所述管路熱質噴水使其降溫。
3.根據權利要求1所述的環保節能減排系統，其特徵在於，所述啟動旁路上設有截止 閥以及控制閥，用於控制啟動旁路的開關狀態以及熱質流量。
4.一種環保節能減排系統，與蒸汽管網並聯，用於利用蒸汽做功，並將做功後的乏蒸汽 回收至凝結水系統，其特徵在於，所述環保節能減排系統包括通過蒸汽管路相連的減溫噴水單元、螺杆膨脹機單元、冷 凝器、多組測量裝置以及多組控制閥，管路蒸汽經過所述減溫噴水單元進行降溫之後流入 所述螺杆膨脹機單元做功，做功之後的乏蒸汽經冷凝器凝結成水並排出到凝結水系統，其 中所述螺杆膨脹機單元包括螺杆膨脹機以及相連的負載設備，其中，蒸汽推動所述螺杆 膨脹機運轉進而帶動所述負載設備工作；所述多組測量裝置設於所述蒸汽管路之上；以及 所述多組控制閥設於所述蒸汽管路之上。
5.根據權利要求4所述的環保節能減排系統，其特徵在於，所述環保節能減排系統還 包括蒸汽蓄熱器，所述蒸汽蓄熱器與所述餘熱熱能系統連接，以保證所述環保節能減排系 統獲得穩定的不間斷蒸汽供應。
6.根據權利要求5所述的環保節能減排系統，其特徵在於，所述環保節能減排系統還 包括加熱器，所述加熱器鄰近所述蒸汽蓄熱器設置於所述蒸汽管路中，以保證所述蒸汽蓄 熱器輸出穩定的熱蒸汽。
7.根據權利要求4所述的環保節能減排系統，其特徵在於，所述螺杆膨脹機單元還包 括控制模塊、潤滑模塊以及密封模塊，分別對所述螺杆膨脹機起到控制、潤滑以及密封作 用。
8.根據權利要求4所述的環保節能減排系統，其特徵在於，所述螺杆膨脹機單元還包 括變速機，所述螺杆膨脹機通過所述變速機與負載設備連接。
專利摘要本實用新型提供了一種環保節能減排系統，與現有餘熱熱能系統並聯，用於利用餘熱熱能做功。該環保節能減排系統包括通過熱質主管路相連的螺杆膨脹機單元、多組測量裝置、多組控制閥以及疏水閥；該環保節能減排系統還包括連接該餘熱熱能系統與該螺杆膨脹機單元的啟動旁路；該螺杆膨脹機單元包括螺杆膨脹機以及相連的負載設備。來自該餘熱熱能系統的管路熱質首先通過該啟動旁路流入該螺杆膨脹機單元，使該螺杆膨脹機單元啟動；然後來自該餘熱熱能系統的管路熱質經由該熱質主管路流入螺杆膨脹機單元進行做功。本環保節能減排系統作為低品位餘熱熱能領域的新型熱力設備，實現了將低品位熱能轉換成高效實用的電能或動力能，也為節能降耗提供了新途徑。
文檔編號F01C13/00GK201778846SQ20102010434
公開日2011年3月30日 申請日期2010年2月1日 優先權日2010年2月1日
發明者萬以華, 阮建國, 陳章培 申請人:江西佳能新能源發展有限公司