CN201280956Y - 一种烟气余热回收发电装置 - Google Patents

Abstract

一种烟气余热回收发电装置，由加热系统、注油系统和发电系统组成；加热系统由导热油锅炉、过滤器、分油缸、上行循环泵、下行循环泵、集油缸、油液上行管道、油液下行管道组成；导热油锅炉经过旁通烟道与主烟道连通，旁通烟道内设置有烟气切换调节阀；注油系统与油液下行管道并联，注油系统由注油泵、膨胀槽、热油泵、热油储槽构成；发电系统由蒸发器、二次预热器、透平、发电机、一次预热器、冷凝器、工质循环泵组成，工质循环泵设置在工质液相管道上，油液下行管道、注油管道、工质气相管道上设置有控制阀门。本装置采用双工质双循环系统，不需要水处理系统，不需要真空系统，传热效率高、热负荷稳定、运行平稳、安全可靠。

Description

一种烟气余热回收发电装置

技术领域

本实用新型涉及发电装置，特别涉及烟气余热回收发电装置。

背景技术

在工业企业生产过程中，由各种换能设备、用能设备和化学反应设备中产生而未被利用的热量资源，叫做余热。主要表现为烟气(热空气)、热水、蒸汽。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％—67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。余热的数量很大，若加以利用，可节约大量的能源。

烟气余热回收利用途径很多，有综合利用、直接利用、间接利用等多种方式。烟气余热回收发电是将生产过程中排放掉的、有一定温度的烟气余热转换为电能的技术，不仅节约能源，还有利于环境保护。烟气余热回收发电是烟气余热资源回收利用的一种有效途径。

现有的烟气余热回收发电装置，一般以水为介质，由余热锅炉吸收一定温度的烟气中热能将水加热成一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入蒸汽轮机(蒸汽透平)做功，将热能转化成机械能，汽轮机带动发电机旋转，将机械能转化成电能。由于单位压力下水的沸点较高，只能回收温度较高的烟气余热，不能对中低温烟气余热回收利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种烟气余热回收发电装置，它采用双工质双循环系统，传热效率高、结构简单、热量循环输送方便、热负荷稳定、运行平稳、安全可靠，可以回收高、中、低温烟气余热。本装置不需要燃料，在发电过程中不产生害物质，有利于保护环境。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种烟气余热回收发电装置，由加热系统、注油系统和发电系统组成；其特征是：

所述加热系统由导热油锅炉、过滤器、分油缸、上行循环泵、下行循环泵、集油缸、油液上行管道、油液下行管道组成；导热油锅炉经过旁通烟道与主烟道连通，旁通烟道内设置有烟气切换调节阀；导热油锅炉内设置有集热盘管，该集热盘管的出口与油液上行管道的入口连接，集热盘管的入口与油液下行管道的出口连接；所述过滤器、分油缸、上行循环泵串联在油液上行管道上，所述下行循环泵、集油缸串联在油液下行管道上；所述注油系统与油液下行管道并联，注油系统由注油泵、膨胀槽、热油泵、热油储槽构成，注油管道跨接在所述油液下行管道的入口和出口之间，注油泵、膨胀槽、热油泵、热油储槽依次串联在注油管道上；所述发电系统由蒸发器、二次预热器、透平、发电机、一次预热器、冷凝器、工质循环泵组成，透平通过联轴器与发电机连接，蒸发器的壳侧出口通过工质气相管道与透平的入口连通，透平的出口通过乏气输送管与一次预热器的壳侧入口连通，一次预热器的壳侧出口经过一号联接管与冷凝器连通，冷凝器的冷凝液出口经过工质液相管道与一次预热器的管侧入口连通，一次预热器的管侧出口经过回程管与二次预热器的壳侧入口连通，二次预热器的壳侧出口经过二号联接管与蒸发器的壳侧入口连通；蒸发器的管侧入口通过一号管接头与油液上行管道的出口连接，蒸发器的管侧出口通过三号联接管与二次预热器的管侧入口连接，二次预热器的管侧出口通过二号管接头与油液下行管道的入口连接；所述工质循环泵设置在工质液相管道上，所述油液下行管道、注油管道、工质气相管道上设置有控制阀门。

所述工质气相管道与乏气输送管之间跨接有旁通管道，该旁通管道上设置有控制阀门。

所述分油缸与集油缸之间设置有联通管，该联通管上设置有控制阀门。

所述冷凝器是空冷式冷凝器或水冷式冷凝器。

本实用新型有以下积极有益的效果：

本实用新型利用工业生产设备的烟气余热加热导热油锅炉集热盘管中流动的导热油，导热油再加热低沸点有机工质并使之气化，气化后的有机工质推动透平发电机组发电，属于双工质双循环系统。

导热油是一种良好的有机热载剂，具有较高的热容量和较低粘度。在常压下导热油的初馏点比水的蒸发温度要高出数倍。导热油在300℃的条件下仍不气化而保持常压，此时饱和压力的水蒸汽已高达8.5MPa。用导热油代替传统的水蒸汽热载剂，就能以低压管道系统代替高压管道系统。

导热油还具有传热均匀，热稳定性好以及优良的导热特性。例如在100℃时，饱和水蒸汽的导热系数为0.0237W/(m.℃)，而Mobiltherm 605#导热油在100℃时的导热系数为0.127W/(m.℃)，是水蒸汽的5.35倍，传输距离远、热损失小，能在多种不同温度下获得热量。

导热油适用于流动加热别的用热设备。导热油冷却速度低，温度波动变化小，传热效率高，可以作为稳定的加热热源。

导热油不含芳烃，是一种液体石蜡，外观淡黄无味，加热后逐渐变成褐色。导热油对普通的碳钢设备和管道基本上无腐蚀作用，不需要采用类似蒸汽系统的给水脱盐、除氧等复杂的处理过程，因此具有系统简单输送方便等优点。导热油锅炉采用液相方式换热，相对于汽相方式换热，液相换热系统的优点是不会泄漏，运行操作简单稳定。

导热油锅炉采用膜式受热面立式锅炉，可以解决锅炉漏风、磨损、堵灰等问题并减少占地面积，提高锅炉热效率。

导热油锅炉通过旁通烟道与主烟道相连接，利用主烟道中的烟气加热导热油。进入导热油锅炉中的烟气量大，温度低，不存在燃烧，因此不会出现炉内局部烟气温度过热现象。从而减少了导热油过热而产生裂解、聚合、结焦、积碳等现象的发生。因此锅炉可平稳、安全运行。

本装置充分利用导热油循环压力低、加热过程只有温度升高而不发生气化、导热油温度稳定的特点，可以达到流动加热，获得波动范围小、稳定的热负荷，蒸发器由流动的导热油加热、效率高、体积小，因而，本装置可以有效控制、稳定运行，发出的电量稳定。

利用低沸点有机工质在低温下即可气化的特点，吸收导热油的热量使之气化，进入透平做功，带动发电机产生电能，并可获得热水等副产品。

冷凝器可以是空气(风)冷却的，也可以是水冷却的。空冷适合缺水地区使用。

在工质循环回路上设有一次预热器和二次预热器。两次预热液态低沸点有机工质，使循环过程的余热可以被充分回收利用，提高了烟气余热回收发电装置效率。

本装置不需要水处理系统，不需要真空系统，不需要厂房，土建工作量小，投资少、回收期短。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的结构示意图。

图2是本实用新型实施例二的结构示意图。

具体实施方式

图中标号

1  导热油锅炉         2  过滤器           3  分油缸         4   上行循环泵

5  下行循环泵         6  集油缸           7  注油泵

8  膨胀槽             9  热油泵           10 热油储槽       11  注油管道

12 油液上行管道       13 油液下行管道     14  蒸发器

15 二次预热器         16 透平(气轮机)     17  一次预热器

18 空冷式冷凝器       19 工质循环泵       20  工质气相管道

21 乏气输送管         22 一号联接管        23 工质液相管道

24 回程管             25 二号联接管       26  控制阀门

27 一号管接头          28 二号管接头       29  控制阀门

30 控制阀门           31 旁通管道         32  控制阀门

33 控制阀门           34 风机             35  发电机

36 联通管             37 控制阀门         38  水冷式冷凝器

39  循环水管道      40  联轴器           41  集热盘管

42  循环水泵        43  三号联接管       44  旁通烟道

45  主烟道          46  烟气切换调节阀

实施例一

请参照图1，本实用新型是一种烟气余热回收发电装置，由加热系统、注油系统和发电系统组成；加热系统由导热油锅炉1、过滤器2、分油缸3、上行循环泵4、下行循环泵5、集油缸6、油液上行管道12、油液下行管道13组成；

导热油锅炉1经过旁通烟道44与工业生产设备的主烟道45连通，旁通烟道44内设置有烟气切换调节阀46；导热油锅炉1内设置有集热盘管41，该集热盘管41的出口与油液上行管道12的入口连接，集热盘管41的入口与油液下行管道13的出口连接；

过滤器2、分油缸3、上行循环泵4串联在油液上行管道12上，所述下行循环泵5、集油缸6串联在油液下行管道13上；

注油系统并联在油液下行管道13上，注油系统由注油泵7、膨胀槽6、热油泵9、热油储槽10构成，注油管道11跨接在所述油液下行管道13的入口和出口之间，注油泵7、膨胀槽8、热油泵9、热油储槽10依次串联在注油管道11上；

发电系统由蒸发器14、二次预热器15、透平16、一次预热器17、冷凝器18、工质循环泵19组成。蒸发器14的壳侧出口通过工质气相管道20与透平16的入口连通，透平16的出口通过乏气输送管21与一次预热器17的壳侧入口连通，一次预热器17的壳侧出口经过一号联接管22与空冷式冷凝器18连通，空冷式冷凝器的冷凝液出口经过工质液相管道23与一次预热器17的管侧入口连通，一次预热器17的管侧出口经过回程管24与二次预热器15的壳侧入口连通，二次预热器15的壳侧出口经过二号联接管25与蒸发器14的壳侧入口连通；

蒸发器14的管侧入口通过一号管接头27与油液上行管道12的出口连接，蒸发器14的管侧出口通过三号联接管43与二次预热器15的管侧入口连接，二次预热器15的管侧出口通过二号管接头28与油液下行管道13的入口连接，工质循环泵19设置在工质液相管道23上；油液下行管道13上设置有控制阀门26；注油管道11的两端设置有控制阀门29、30；工质气相管道20上设置有控制阀门32。

工质气相管道20与乏气输送管21之间跨接有旁通管道31，该旁通管道31上设置有控制阀门33。

分油缸3与集油缸6之间设置有联通管36，该联通管36上设置有控制阀门37。

本实用新型的发电系统采用低沸点有机工质，可以是正戊烷、异戊烷、环戊烷、氯乙烷、正己烷、正丁烷、异丁烷、氟利昂-11、氟利昂-12、二氯甲烷等。本装置可利用广泛存在的工业生产设备烟气余热发电或者产生热水。

下面详述本装置的工作原理：

导热油锅炉1经过旁通烟道44与主烟道45连通，烟气切换调节阀46安装在旁通烟道44内。其作用是调节和控制烟气走向和流量。烟气切换调节阀46可以使旁通烟道44处于全开、关小直至关断状态。因而可以控制本装置是否参与运行，还可以调节导热油温度。

当烟气切换调节阀46使旁通烟道44处于关闭状态时，烟气从主烟道45排出，本装置与工业生产设备脱离开，本装置不运行。

当烟气切换调节阀46开启旁通烟道44、关闭主烟道45后，主烟道45中的全部烟气通过旁通烟道44进入导热油锅炉1中，本装置运行。此时，来自工业生产设备的烟气加热集热盘管41中的导热油，当阀门26开启，阀门29、30关闭，在上行循环泵4、下行循环泵5的驱动下，导热油从集热盘管41的出口流出，依次流经过滤器2、分油缸3送往各蒸发器14、然后经过二次预热器15、集油缸6返回集热盘管41的入口，上述过程周而复始，形成循环，在这个过程中，导热油所携带的热量传递给了低沸点有机工质。

当烟气切换调节阀46部分关闭旁通烟道44、部分开启主烟道45时，主烟道45中的部分烟气进入导热油锅炉1中，从而调节导热油的温度。

过滤器2的作用是过滤导热油。分油缸3的作用是将热油进行分配，供给多个蒸发器14，实现一台导热油锅炉1带动多个发电系统。集油缸6的作用是将各用热设备的回油集中起来。

蒸发器14的作用是用蒸发器14管侧流动的导热油加热在蒸发器14壳侧流动的低沸点有机工质，使其气化。

热油储槽10的作用是贮存热油。膨胀槽8的作用是接受导热油膨胀溢流，导热油经膨胀槽8、注油管道11注入导热油锅炉1。

当烟气余热回收发电装置停运时，导热油回到热油储槽10和膨胀槽8内。保证本装置的安全性和维修性。

二次预热器15的作用是第二次预加热在二次预热器15壳侧流动的低沸点有机工质，使其获得一定的温度，以回收导热油显热，提高装置循环效率。透平16与发电机35通过联轴器40连接。

透平16的作用是将气化后的低沸点有机工质所携带的能量转化为机械能，并带动发电机35转动。发电机35的作用是产生电能。

一次预热器17的作用是第一次预热被空冷式冷凝器18液化的低沸点有机工质，以回收乏气显热，提高装置循环效率。

空冷式冷凝器18的作用是将低沸点有机工质乏气液化。风机34是空冷式冷凝器18的冷源。空冷适合缺水地区使用。工质循环泵19推动液态低沸点有机工质流动。

当阀门32打开，阀门33关断，在蒸发器14内被导热油加热气化为一定压力和温度的低沸点有机工质气进入透平16入口，膨胀做功，将热能转化成机械能，透平16带动发电机35发电，将机械能转化成电能。

从透平16出口排出的乏气依次进入一次预热器17壳侧预加热液化后的低沸点有机工质、然后再进入空冷式冷凝器18的管侧进行液化。液化后的低沸点有机工质在工质循环泵19的推动下进入一次预热器17管侧被第一次预加热、再进入二次预热器15壳侧被第二次预加热，然后进入蒸发器14的壳侧，完成循环。

实施例二

请参照图2，本实施例与上述实施例的结构和工作原理基本相同，不同之处在于，本实施例采用水冷式冷凝器38，循环水泵42、循环水管道39是水冷式冷凝器38的辅助设备。

水冷式冷凝器38还可以产生60-80℃的热水。热水还可以作为其它工业生产设备的动力源或用于生活用水。

当阀门32关闭，阀门33打开，在蒸发器14内被导热油加热气化为一定压力和温度的低沸点有机工质气体不经过透平(气轮机)做功发电。水冷式冷凝器38可以产生热水。

实施时，可将加热系统和注油系统组成一个撬体或者集装箱，发电系统组成一个撬体或者集装箱。运往工作现场，两个撬体之间通过一号、二号管接头27、28连接就位即完成安装。

实施时，可将由几个加热系统和注油系统组成的撬体或者集装箱与若干个发电系统组成的撬体或者集装箱互相组合。

本装置对工业生产设备不产生任何防碍。工业生产设备可以是任何能产生高温、中温、低温烟气的设备。

例如，玻璃生产过程中，从池窑蓄热室、换热室排出的烟气温度一般在500℃以下。可以将本装置的旁通烟道连接在池窑蓄热室、换热室的排烟管道上，并利用烟气切换调节阀46调节烟气的路径和流量，当烟气从主烟道45排出时，池窑蓄热室、换热室烟气余热不回收；当烟气从进入导热油锅炉1时，池窑蓄热室、换热室烟气余热被回收发电。

Claims (4)

1.一种烟气余热回收发电装置，由加热系统、注油系统和发电系统组成；其特征是：

所述加热系统由导热油锅炉、过滤器、分油缸、上行循环泵、下行循环泵、集油缸、油液上行管道、油液下行管道组成；导热油锅炉经过旁通烟道与主烟道连通，旁通烟道内设置有烟气切换调节阀；导热油锅炉内设置有集热盘管，该集热盘管的出口与油液上行管道的入口连接，集热盘管的入口与油液下行管道的出口连接；所述过滤器、分油缸、上行循环泵串联在油液上行管道上，所述下行循环泵、集油缸串联在油液下行管道上；所述注油系统与油液下行管道并联，注油系统由注油泵、膨胀槽、热油泵、热油储槽构成，注油管道跨接在所述油液下行管道的入口和出口之间，注油泵、膨胀槽、热油泵、热油储槽依次串联在注油管道上；所述发电系统由蒸发器、二次预热器、透平、发电机、一次预热器、冷凝器、工质循环泵组成，透平通过联轴器与发电机连接，蒸发器的壳侧出口通过工质气相管道与透平的入口连通，透平的出口通过乏气输送管与一次预热器的壳侧入口连通，一次预热器的壳侧出口经过一号联接管与冷凝器连通，冷凝器的冷凝液出口经过工质液相管道与一次预热器的管侧入口连通，一次预热器的管侧出口经过回程管与二次预热器的壳侧入口连通，二次预热器的壳侧出口经过二号联接管与蒸发器的壳侧入口连通；蒸发器的管侧入口通过一号管接头与油液上行管道的出口连接，蒸发器的管侧出口通过三号联接管与二次预热器的管侧入口连接，二次预热器的管侧出口通过二号管接头与油液下行管道的入口连接；所述工质循环泵设置在工质液相管道上，所述油液下行管道、注油管道、工质气相管道上设置有控制阀门。

2.如权利要求1所述的一种烟气余热回收发电装置，其特征是：所述工质气相管道与乏气输送管之间跨接有旁通管道，该旁通管道上设置有控制阀门。

3.如权利要求1所述的一种烟气余热回收发电装置，其特征是：所述分油缸与集油缸之间设置有联通管，该联通管上设置有控制阀门。

4.如权利要求1所述的一种烟气余热回收发电装置，其特征是：所述冷凝器是空冷式冷凝器或水冷式冷凝器。

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