本發(fā)明涉及一種工業(yè)余熱回收發(fā)電的裝置，具體是一種低品質(zhì)余熱回收發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

工業(yè)余熱能源的產(chǎn)生是由于工業(yè)生產(chǎn)過程中消耗煤炭、石油以及各種可燃氣體排放的資源，屬于二次能源。隨著煤、石油等燃料消耗增加，工業(yè)余熱能源的排放量勢必大量增加，其中蘊含的潛在能源若不加以回收利用，將造成能源的巨大浪費。如今，各行各業(yè)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的余熱發(fā)電技術(shù)為：焦化行業(yè)所使用的焦爐尾氣余熱回收發(fā)電技術(shù)、鋼鐵行業(yè)所使用的干熄焦發(fā)電技術(shù)，高爐爐頂余壓、轉(zhuǎn)爐、燒結(jié)和加熱爐余熱發(fā)電技術(shù)等。但上述發(fā)電技術(shù)大多針對于中高溫余熱資源進行回收，而對于濃度小、能量少的350℃以下低品質(zhì)余熱資源，因其回收利用的經(jīng)濟性和可行性限制，傳統(tǒng)余熱能源回收技術(shù)并不適用于此類余熱資源的回收。在低品質(zhì)余熱回收中，低壓蒸汽用于發(fā)電技術(shù)相對成熟，而低品余熱不止包括低壓蒸汽，還有包括煙氣等，傳統(tǒng)余熱能源回收技術(shù)對煙氣的利用率更低。

目前對于低品質(zhì)能源的再利用主要包括有機工質(zhì)余熱發(fā)電技術(shù)、半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)、汽輪機發(fā)電技術(shù)、螺桿動力機發(fā)電技術(shù)以及羅茨式蒸汽動力機發(fā)電技術(shù)等。有機工質(zhì)余熱發(fā)電技術(shù)中有機朗肯循環(huán)常用的有機工質(zhì)有氟利昂、丙烷、丁烷、氯乙烷、氨等，其中丙烷、丁烷來源方便，廉價，但系統(tǒng)密封性能較高；使用氨時系統(tǒng)壓力要求較高；而氟利昂CFC類工質(zhì)會破壞臭氧層。半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)是指余熱能通過半導(dǎo)體等中間傳熱介質(zhì)轉(zhuǎn)換成電能，這種發(fā)電技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、安全無污染等優(yōu)點，但由于成本較高等原因，該項技術(shù)只局限應(yīng)用在軍事以及航天等一些尖端領(lǐng)域。在汽輪機發(fā)電技術(shù)以及螺桿動力機發(fā)電技術(shù)中，利用余熱發(fā)電節(jié)能和經(jīng)濟效益相當可觀，具有較好的推廣和利用價值，但其需要很多配套的系統(tǒng)和設(shè)備，占地面積大，成本較高。此外由于汽輪機和螺桿動力機自身對蒸汽需求較高，當汽源不足時導(dǎo)致無法推動超大功率蒸汽發(fā)電機組。而在羅茨式蒸汽動力機發(fā)電技術(shù)中主要應(yīng)用低品質(zhì)余熱中的蒸汽，在工業(yè)中的煙氣含量較多，因此要想對蒸汽之外的低品質(zhì)余熱的利用較局限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種低品質(zhì)余熱回收發(fā)電裝置。該裝置包括資源回收系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和供水系統(tǒng)。該裝置中循環(huán)工質(zhì)為水與蒸汽的循環(huán)，可以對低品質(zhì)余熱資源中的煙氣進行回收再利用，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，能源利用率高。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種低品質(zhì)余熱回收發(fā)電裝置，包括資源回收系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和供水系統(tǒng)；所述資源回收系統(tǒng)包括熱管蒸汽發(fā)生器、下降蒸汽管路、汽包、上升蒸汽管路、煙氣入口、煙氣主路、煙氣旁路、省煤器、進省煤器煙氣管路和多余煙氣排出管路；所述發(fā)電系統(tǒng)包括蒸汽旁路、蒸汽主路、儲氣罐、羅茨式動力機、發(fā)電機和電能質(zhì)量監(jiān)測儀；所述供水系統(tǒng)包括凝汽器、除氧器、排水管道、補水箱、凝補泵、凝汽器液位計、補水管道、凝結(jié)泵、給水泵和除氧器液位計；

其特征在于所述煙氣主路具有煙氣入口；煙氣主路上煙氣入口位置處安裝有壓力計、溫度計和流量計；煙氣主路上安裝有熱管蒸汽發(fā)生器；煙氣旁路的兩端與煙氣主路連接，與熱管蒸汽發(fā)生器并聯(lián)；所述熱管蒸汽發(fā)生器通過下降蒸汽管路和上升蒸汽管路與汽包連接；所述煙氣主路的末端分別與多余煙氣排出管路和進省煤器煙氣管路連接；多余煙氣排出管路上安裝有閥門；所述進省煤器煙氣管路上安裝有溫度計、閥門和省煤器；所述省煤器通過管路與除氧器的出口連接；所述汽包通過管路與省煤器連接，其管路上安裝有閥門、壓力計、溫度計和流量計；所述汽包通過管路與儲氣罐的入口連接，其管路上安裝有壓力計、溫度計和流量計；

所述儲氣罐的一個出氣口通過蒸汽旁路與凝汽器連接，蒸汽旁路上安裝有閥門；所述儲氣罐的另一個出氣口通過蒸汽主路與羅茨式動力機連接，蒸汽主路上安裝有閥門、壓力計、溫度計和流量計；所述羅茨式動力機通過蒸汽主路與凝汽器連接；所述發(fā)電機與羅茨式動力機連接；所述電能質(zhì)量監(jiān)測儀與發(fā)電機連接；

所述凝汽器液位計安裝于凝汽器上；所述補水箱與凝汽器通過排水管道和補水管道連接，排水管道上安裝有閥門，補水管道上安裝有凝補泵和閥門，凝補泵位于閥門之上；所述凝汽器通過管道與除氧器的入口連接，其管道上安裝有凝結(jié)泵、閥門和流量計；所述除氧器液位計安裝于除氧器上；所述除氧器的出口通過管道與省煤器連接，其管道上設(shè)有給水泵、閥門和流量計。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：

1、該裝置中循環(huán)工質(zhì)為水與蒸汽的循環(huán)。水與蒸汽的循環(huán)對環(huán)境無污染，且水與蒸汽對于中小企業(yè)較為常見，避免了有機朗肯循環(huán)中部分有機工質(zhì)獲取不方便、易燃、有毒等缺點。

2、該裝置發(fā)電系統(tǒng)中動力機選用羅茨式動力機，屬于小型動力機，這種動力機結(jié)構(gòu)簡單、成本低，能源利用率高，適用于中小企業(yè)。避免了使用螺桿式動力機或汽輪式動力機因成本高而不適合中小企業(yè)應(yīng)用的問題。且以羅茨式動力機為核心的蒸汽發(fā)電裝置為小功率發(fā)電裝置，蒸汽易推動羅茨式動力機做功。

3、該裝置設(shè)計了水和蒸汽的循環(huán)系統(tǒng)，其包括資源回收系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)以及供水系統(tǒng)。可以對低品質(zhì)余熱資源中的煙氣進行回收再利用，供水系統(tǒng)用于整個過程的水的補給。

附圖說明

圖1是本發(fā)明低品質(zhì)余熱回收發(fā)電裝置一種實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；(圖中：1、資源回收系統(tǒng)；2、發(fā)電系統(tǒng)；3、供水系統(tǒng)；)

圖2是本發(fā)明低品質(zhì)余熱回收發(fā)電裝置一種實施例的資源回收系統(tǒng)示意圖；(圖中：1.1、熱管蒸汽發(fā)生器；1.2、下降蒸汽管路；1.3、汽包；1.4、上升蒸汽管路；1.5、煙氣入口；1.6、煙氣主路；1.7、煙氣旁路；1.8、省煤器；1.9、進省煤器煙氣管路；1.10、多余煙氣排出管路)

圖3是本發(fā)明低品質(zhì)余熱回收發(fā)電裝置一種實施例的發(fā)電系統(tǒng)示意圖；(圖中：2.1、蒸汽旁路；2.2、蒸汽主路；2.3、儲氣罐；2.4、羅茨式動力機；2.5、發(fā)電機；2.6、電能質(zhì)量監(jiān)測儀)

圖4是本發(fā)明低品質(zhì)余熱回收發(fā)電裝置一種實施例的供水系統(tǒng)示意圖；(圖中：3.1、凝汽器；3.2、除氧器；3.3、排水管道；3.4、補水箱；3.5、凝補泵；3.6、凝汽器液位計；3.7、補水管道；3.8、凝結(jié)泵；3.9、給水泵；3.10、除氧器液位計；)

具體實施方式

下面給出本發(fā)明的具體實施例。具體實施例僅用于進一步詳細說明本發(fā)明，不限制本申請權(quán)利要求的保護范圍。

本發(fā)明提供了一種低品質(zhì)余熱回收發(fā)電裝置(參見圖1-4，簡稱裝置)；包括資源回收系統(tǒng)1、發(fā)電系統(tǒng)2和供水系統(tǒng)3；所述資源回收系統(tǒng)1包括熱管蒸汽發(fā)生器1.1、下降蒸汽管路1.2、汽包1.3、上升蒸汽管路1.4、煙氣入口1.5、煙氣主路1.6、煙氣旁路1.7、省煤器1.8、進省煤器煙氣管路1.9和多余煙氣排出管路1.10；所述發(fā)電系統(tǒng)2包括蒸汽旁路2.1、蒸汽主路2.2、儲氣罐2.3、羅茨式動力機2.4、發(fā)電機2.5和電能質(zhì)量監(jiān)測儀2.6；所述供水系統(tǒng)3包括凝汽器3.1、除氧器3.2、排水管道3.3、補水箱3.4、凝補泵3.5、凝汽器液位計3.6、補水管道3.7、凝結(jié)泵3.8、給水泵3.9和除氧器液位計3.10；

所述煙氣主路1.6具有煙氣入口1.5，用于低品質(zhì)余熱中的煙氣的進入；煙氣主路1.6上煙氣入口1.5位置處安裝有壓力計、溫度計和流量計，用來檢測煙氣入口1.5處的低品質(zhì)余熱的流量、壓力和溫度；煙氣主路1.6上安裝有熱管蒸汽發(fā)生器1.1，使煙氣進入熱管蒸汽發(fā)生器1.1；煙氣旁路1.7的兩端與煙氣主路1.6連接，與熱管蒸汽發(fā)生器1.1并聯(lián)，用于煙氣入口1.5處進入的多余煙氣的流動；所述熱管蒸汽發(fā)生器1.1通過下降蒸汽管路1.2和上升蒸汽管路1.4與汽包1.3連接，熱管蒸汽發(fā)生器1.1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是上部為水和蒸汽通道，下邊為煙氣通道，中間用隔板隔開；熱管蒸汽發(fā)生器1.1中的熱管吸收低品質(zhì)余熱中煙氣的熱量，然后熱管蒸汽發(fā)生器1.1中的水沖刷熱管將水進行加熱，使水轉(zhuǎn)換成蒸汽；所述煙氣主路1.6的末端分別與多余煙氣排出管路1.10和進省煤器煙氣管路1.9連接；多余煙氣排出管路1.10上安裝有閥門，通過閥門的控制用于將多余資源排出，直接排入大氣或外接其他利用余熱的裝置；所述進省煤器煙氣管路1.9上安裝有溫度計、閥門和省煤器1.8，使煙氣通過進省煤器煙氣管路1.9進入省煤器1.8，而后將多余資源排出，直接排入大氣或外接其他利用余熱的裝置；所述省煤器1.8通過管路與除氧器3.2的出口連接，省煤器1.8內(nèi)部結(jié)構(gòu)是上部為水通道，下部為煙氣通道，用于完成水的第一次預(yù)熱；所述汽包1.3通過管路與省煤器1.8連接，其管路上安裝有閥門、壓力計、溫度計和流量計，汽包1.3用于完成水和蒸汽的分離；所述汽包1.3通過管路與儲氣罐2.3的入口連接，其管路上安裝有壓力計、溫度計和流量計；

所述儲氣罐2.3用于儲存從汽包1.3中分離出來的蒸汽；所述儲氣罐2.3的一個出氣口通過蒸汽旁路2.1與凝汽器3.1連接，蒸汽旁路2.1上安裝有閥門；所述儲氣罐2.3的另一個出氣口通過蒸汽主路2.2與羅茨式動力機2.4連接，蒸汽主路2.2上安裝有閥門、壓力計、溫度計和流量計；所述羅茨式動力機2.4通過蒸汽主路2.2與凝汽器3.1連接，蒸汽作用于羅茨式動力機2.4產(chǎn)生機械能；所述發(fā)電機2.5與羅茨式動力機2.4連接，用于電能的產(chǎn)生；所述電能質(zhì)量監(jiān)測儀2.6與發(fā)電機2.5連接，用于電能的監(jiān)測；

在羅茨式動力機2.4內(nèi)作功后的蒸汽通過蒸汽主路2.2與蒸汽旁路2.1內(nèi)的蒸汽混合后進入凝汽器3.1，凝汽器3.1用于將蒸汽冷凝成水；所述凝汽器液位計3.6安裝于凝汽器3.1上，用于檢測凝汽器3.1中水的液位，以判斷補水或排水；所述補水箱3.4與凝汽器3.1通過排水管道3.3和補水管道3.7連接，其中排水管道3.3上安裝有閥門，補水管道3.7上安裝有凝補泵3.5和閥門，凝補泵3.5位于閥門之上，凝補泵3.5用于補水箱3.4對凝汽器3.1補水時，為水的傳輸提供動力；所述凝汽器3.1通過管道與除氧器3.2的入口連接，其管道上安裝有凝結(jié)泵3.8、閥門和流量計；凝結(jié)泵3.8用于將凝汽器3.1中的水抽出，打入除氧器3.2中；除氧器3.2用于水的凈化，除去水中的氧氣，以及CO₂、NH₃、H₂S等氣體，以免對設(shè)備造成腐蝕；所述除氧器液位計3.10安裝于除氧器3.2上，用于檢測除氧器3.2中水的液位；所述除氧器3.2的出口通過管道與省煤器1.8連接，其管道上設(shè)有給水泵3.9、閥門和流量計；給水泵3.9用于提高壓力使除氧器3.2中的水進入省煤器1.8。

本發(fā)明低品質(zhì)余熱回收發(fā)電裝置的工作原理和工作流程是：當裝置工作穩(wěn)定時，資源回收系統(tǒng)1主要是水吸收煙氣中的熱量，完成水與蒸汽的轉(zhuǎn)換，水與蒸汽再通過汽包1.3完成水與蒸汽的分離，使分離出的蒸汽進入到發(fā)電系統(tǒng)2的儲氣罐2.3中。其中在資源回收系統(tǒng)1中水轉(zhuǎn)換成蒸汽分為兩步，即水在省煤器1.8中進行預(yù)熱以及預(yù)熱過的水在熱管蒸汽發(fā)生器1.1再吸熱轉(zhuǎn)換為蒸汽。其主要過程為：

裝置工作穩(wěn)定時，低品質(zhì)余熱中的煙氣通過煙氣入口1.5進入到煙氣主路1.6，通過煙氣主路1.6進入到熱管蒸汽發(fā)生器1.1中，進入到熱管蒸汽發(fā)生器1.1中的煙氣對其內(nèi)部水及蒸汽管道中的水進行加熱，使水變成蒸汽；當?shù)推焚|(zhì)余熱較多時，打開煙氣旁路1.7的閥門，使多余資源通過煙氣旁路1.7流往下一環(huán)節(jié)。煙氣作用于熱管蒸汽發(fā)生器1.1后通過煙氣主路1.6與煙氣旁路1.7中的煙氣匯合，匯合后的煙氣進入到進省煤器煙氣管路1.9和多余煙氣排出管路1.10，然后煙氣通過進省煤器煙氣管路1.9進入到省煤器1.8。匯合后的煙氣較多時，多余煙氣排出管路1.10上的閥門打開，通過閥門的控制用于將多余資源排出，直接排入大氣或外接其他利用余熱的裝置。省煤器1.8中的水吸收煙氣熱量后通過與汽包1.3之間的管路進入到汽包1.3中，再通過下降蒸汽管路1.4進入到熱管蒸汽發(fā)生器1.1，此時煙氣主路1.6的煙氣進入到熱管蒸汽發(fā)生器1.1中，熱管蒸汽發(fā)生器1.1中的熱管吸收煙氣的熱量，然后熱管蒸汽發(fā)生器1.1中的水吸收熱管的熱量，完成水與蒸汽的進一步轉(zhuǎn)化。在熱管蒸汽發(fā)生器1.1中進行轉(zhuǎn)換后的蒸汽通過上升蒸汽管路1.4進入到汽包1.3中，水與蒸汽在汽包1.3中完成分離。

在汽包1.3中分離出來的蒸汽通過管路進入到發(fā)電系統(tǒng)2的儲氣罐2.3中，儲汽罐2.3中的蒸汽通過蒸汽主路2.2進入到羅茨式動力機2.4中，蒸汽作用于羅茨式動力機2.4，使蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機械能，羅茨式動力機2.4又與發(fā)電機2.5相連，將機械能轉(zhuǎn)換成電能。通過發(fā)電機2.5發(fā)出的電能通過電能質(zhì)量監(jiān)測儀2.6進行檢測。對羅茨式動力機2.4做功后的蒸汽與蒸汽旁路2.1中的蒸汽混合進入凝汽器3.1中。

蒸汽在冷凝器3.1冷凝成水，然后通過凝結(jié)泵3.8將水抽出，然后打入到除氧器3.2，在除氧器3.2中除去水中的氧、CO₂等氣體，完成水的凈化。經(jīng)除氧器3.2凈化后的水在給水泵3.9的作用下進入到省煤器1.8，省煤器1.8中的煙氣對水進行預(yù)熱，預(yù)熱后的水進入到汽包1.3中，再通過下降水汽管路1.2進入到熱管蒸汽發(fā)生器1.1中的水與蒸汽管道，熱管蒸汽發(fā)生器1.1中的煙氣對其中的水加熱，使水變成蒸汽，然后汽水再通過上升蒸汽管路1.4進入到汽包1.3中，完成汽水分離，以此循環(huán)。在整個循環(huán)過程中，水及蒸汽會有損耗，為保證整個裝置水的平衡，安置了補水箱3.4。當凝汽器3.1中的水較多時，水通過排水管道3.3進入到補水箱3.4，完成排水。當凝汽器3.1中水較少時，補水箱3.4中的水在凝補泵3.5的作用下進入到凝汽器3.1，以此來彌補循環(huán)裝置中水的損失。

其中各個管路上的壓力計、溫度計和流量計分別用來檢測其所在管道中煙氣、水或蒸汽的壓力、溫度和流量。各個管路上的閥門用來控制各管路上的煙或蒸汽的走向，以及煙、蒸汽和水在相應(yīng)管路中的流量。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。