基于多種低品位余熱綜合回收利用的區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于多種低品位余熱綜合回收利用的區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)生產(chǎn)過程中需要消耗大量的能源，并在生產(chǎn)工藝流程中產(chǎn)生大量的余熱。隨著我國工業(yè)節(jié)能工作的不斷推進(jìn)，中高品味的工業(yè)余熱目前已經(jīng)得到了較為有效的利用，但諸如100°C以下的液體、400°C以下的煙氣等工業(yè)低品位余熱，仍廣泛且大量存在于鋼鐵、有色金屬、建材、石化、化工和電力等高能耗行業(yè)中。這部分余熱因其能源品位低，傳統(tǒng)的利用方式無法滿足要求，通常未被充分利用，造成了大量的能源浪費(fèi)，且加劇了環(huán)境污染。
[0003]城鎮(zhèn)居民生活和工業(yè)生產(chǎn)過程中存在著大量的采暖、用電和生活用水等用能需求。這些生產(chǎn)和生活用能主要來自化石能源，造成了嚴(yán)重的大氣污染。尤其是煤炭的大量使用，是北方地區(qū)采暖期霧霾天氣的主要成因之一。因此，在能源消費(fèi)量較大的地區(qū)，若采取有效的方式，將城鎮(zhèn)周邊的工業(yè)企業(yè)所產(chǎn)生的多種低品位余熱綜合回收利用起來，替代化石能源，滿足城鎮(zhèn)居民及工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)生活的用能需求，必將有力推動我國節(jié)能減排和大氣污染防治工作。
[0004]近幾年來，隨著節(jié)能技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些低品位余熱回收利用方法和裝置開始出現(xiàn)。其中:利用低品位余熱供暖開始有了一些小范圍的工程應(yīng)用嘗試;采用有機(jī)朗肯循環(huán)的低品位余熱發(fā)電系統(tǒng)初步進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段;通過熱栗提升余熱品味再加以利用的系統(tǒng)也被提出。然而，這些方法和裝置主要存在以下問題:
1.從余熱回收側(cè)來看，余熱來源和形式單一。余熱均來自某一工業(yè)企業(yè)的某一種形式的單一熱源，缺少對不同熱源形式、溫度范圍、余熱量及位置分布的多種余熱資源的綜合考慮；
2.從余熱利用側(cè)來看，存在諸多限制。比如:若僅用來供暖，會導(dǎo)致余熱在非采暖期內(nèi)無法使用；若僅用于發(fā)電，能源利用效率不高；而通過新增熱栗來提升余熱品味，不僅需要消耗一部分高品位的電能，而且還提高了系統(tǒng)的投資建設(shè)成本；
3.從整體來看，目前尚缺少一種能對工業(yè)低品位余熱進(jìn)行高效化綜合回收和規(guī)模化利用的方法及裝置系統(tǒng)，能為區(qū)域用戶提供能源供應(yīng)服務(wù)，滿足城鎮(zhèn)居民和工業(yè)企業(yè)的采暖、用電和生活熱水等多種用能需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于多種低品位余熱綜合回收利用的區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)，通過在余熱回收端采取不同的換熱器串聯(lián)和/或并聯(lián)組合，匹配不同的熱源形式、溫度范圍、余熱量及位置分布的多種工業(yè)低品位余熱，實(shí)現(xiàn)余熱的高效化和規(guī)?；C合回收。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于多種低品位余熱綜合回收利用的區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)，在余熱利用端輸出熱、電和生活熱水，滿足城鎮(zhèn)居民和工業(yè)企業(yè)的采暖、用電和生活熱水等多種用能需求，實(shí)現(xiàn)余熱的高效化和規(guī)?；C合利用。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
基于多種低品位余熱綜合回收利用的區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)，包括余熱采集子系統(tǒng)、能源站子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)；
所述的余熱采集子系統(tǒng)由余熱采集循環(huán)栗、低溫?fù)Q熱器、中溫?fù)Q熱器、高溫?fù)Q熱器及連接管路和控制閥依次連接而成；
所述的能源站子系統(tǒng)由蓄熱器、供能循環(huán)栗、回水箱及連接管路和控制閥組成；
所述的供熱子系統(tǒng)主要由供熱首站換熱器、供熱循環(huán)栗及供熱管路和控制閥組成，連接至城鎮(zhèn)集中供熱管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)集中供熱；
所述的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)由有機(jī)工質(zhì)循環(huán)栗、預(yù)熱器、蒸發(fā)器、螺桿膨脹機(jī)、冷凝器、儲液罐及管路和控制閥依次連接形成循環(huán)回路，并由所述螺桿膨脹機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)供電；
所述的生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)主要由生活熱水供水栗經(jīng)相應(yīng)的管路和控制閥輸送至用戶，實(shí)現(xiàn)生活熱水供應(yīng)。
[0008]所述的余熱米集子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)的末端均分別與所述的能源站子系統(tǒng)的蓄熱器和回水箱相連，以維持系統(tǒng)的質(zhì)量和能量平衡;所述的生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)與所述的能源站子系統(tǒng)的蓄熱器相接。
[0009 ]所述的低品位余熱是指50?100C的液體和400°C以下的煙氣等工業(yè)余熱。
[0010]所述的余熱采集子系統(tǒng)、能源站子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)和生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)的換熱工質(zhì)為水，所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的工質(zhì)為低沸點(diǎn)的有機(jī)工質(zhì)。
[0011 ]所述的控制閥均為電磁式的，并裝有射頻控制裝置。
[0012]所述的余熱采集循環(huán)栗、供能循環(huán)栗、供熱一次網(wǎng)循環(huán)栗、有機(jī)工質(zhì)循環(huán)栗和生活熱水供水栗均設(shè)有變頻設(shè)施，并裝有射頻控制裝置。
[0013]所述的余熱采集子系統(tǒng)中:低溫?fù)Q熱器、中溫?fù)Q熱器和高溫?fù)Q熱器分別外接熱源中相對低溫、中溫和高溫的低品位余熱，根據(jù)熱源形式的不同，換熱器類型相應(yīng)的是水-水換熱器或氣-水換熱器中的一種。根據(jù)熱源形式、溫度范圍、余熱量及位置分布的不同，通過控制各控制閥的開閉，實(shí)現(xiàn)各換熱器之間的串聯(lián)和/或并聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)對多種熱源的梯級換熱，提升整體換熱效率，并進(jìn)一步地通過變頻控制余熱采集循環(huán)栗，從而使子系統(tǒng)末端出水進(jìn)入所述的能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器時(shí)達(dá)到所需的溫度和流量。
[0014]所述的能源站子系統(tǒng)中:蓄熱器將所述余熱采集子系統(tǒng)所采集的熱能蓄集起來，并通過供能循環(huán)栗實(shí)現(xiàn)平滑輸出；通過控制相關(guān)閥門，蓄熱器中所蓄積的熱水能根據(jù)需求通過供能循環(huán)栗部分或全部栗送至所述的供熱子系統(tǒng)的供熱首站換熱器中，或至所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的蒸發(fā)器和預(yù)熱器中進(jìn)行換熱，同時(shí)，還能進(jìn)一步地通過生活熱水供水栗栗送至所述的生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)中；從蓄熱器出來的熱水經(jīng)供能循環(huán)栗輸送，完成換熱后，部分通過回水箱，其余部分直接通過逆止閥，經(jīng)由所述余熱采集子系統(tǒng)中的余熱采集循環(huán)栗，最終全部回到所述的余熱采集子系統(tǒng)中；回水箱具有補(bǔ)水和蓄水供能，以維持取換熱循環(huán)的質(zhì)量平衡;蓄熱器和回水箱中均設(shè)有傳感系統(tǒng)，包括溫度、壓力和水位傳感器。
[0015]所述的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中:預(yù)熱器和蒸發(fā)器均為管殼式有機(jī)工質(zhì)-水換熱器，有機(jī)工質(zhì)在其中與熱水換熱后，變成高壓的氣體工質(zhì)，驅(qū)動螺桿膨脹機(jī)做功，從而推動發(fā)電機(jī)發(fā)電；經(jīng)過膨脹之后的氣體工質(zhì)，在冷凝器中經(jīng)外接冷卻水冷凝成液態(tài)進(jìn)入到儲液罐，再通過工質(zhì)栗回到預(yù)熱器和蒸發(fā)器中，完成整個有機(jī)朗肯循環(huán)并發(fā)電并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)供電。
[0016]所述的供熱子系統(tǒng)中:供熱首站換熱器為液-液式換熱器，供熱回水在其中換熱后，由供熱循環(huán)栗經(jīng)一次管網(wǎng)輸送至城鎮(zhèn)集中供熱管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)供熱。
[0017]所述的生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)中:生活熱水經(jīng)由生活熱水供水栗從所述能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器輸送至用戶，實(shí)現(xiàn)生活熱水供應(yīng)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1.可對城鎮(zhèn)周邊的高耗能工業(yè)企業(yè)的不同熱源形式、溫度范圍及位置分布的多種工業(yè)低品位余熱資源進(jìn)行綜合回收；
2.可滿足城鎮(zhèn)居民和工業(yè)企業(yè)的采暖、用電和生活熱水等多種用能需求；
3.可實(shí)現(xiàn)對低品位余熱的高效化和規(guī)?；厥绽?，形成區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)，替代化石能源，促進(jìn)節(jié)能減排和大氣污染防治。
[0019]
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理示意圖。
[0021 ]其中:余熱采集循環(huán)栗I;低溫?fù)Q熱器2;中溫?fù)Q熱器3;高溫?fù)Q熱器4;蓄熱器5;供能循環(huán)栗6;供熱首站換熱器7;回水箱8;蒸發(fā)器9;預(yù)熱器10;供熱循環(huán)栗11;有機(jī)工質(zhì)循環(huán)栗12;螺桿膨脹機(jī)13;發(fā)電機(jī)14;冷凝器15;儲液罐16;蓄熱器傳感系統(tǒng)(包括溫度、壓力、水位)17;回水箱傳感系統(tǒng)(包括溫度、壓力、水位)18 ；生活熱水供水栗19 ；控制閥2001?2022。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合圖1對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地說明。
[0024]實(shí)施例1:如圖1所示，基于多種低品位余熱綜合回收利用的區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)，包括余熱采集子系統(tǒng)、能源站子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)。
[0025]余熱采集子系統(tǒng)由余熱采集循環(huán)栗1、低溫?fù)Q熱器2、中溫?fù)Q熱器3、高溫?fù)Q熱器4及連接管路和控制閥2001?2009、2018組成;能源站子系統(tǒng)由蓄熱器5、供能循環(huán)栗6、回水箱8及連接管路和控制閥2010?2017組成;供熱子系統(tǒng)由供熱首站換熱器7、供熱循環(huán)栗11及供熱管路和控制閥2019組成;有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)由有機(jī)工質(zhì)循環(huán)栗12、預(yù)熱器10、蒸發(fā)器9、螺桿膨脹機(jī)13、冷凝器15、儲液罐16、發(fā)電機(jī)14及連接管路和控制閥2021組成;生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)由生活熱水供水栗19及連接管路和控制閥2020組成。
[0026 ]余熱米集子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)的末端均分別與能源站子系統(tǒng)的蓄熱器5和回水箱8相連，以維持系統(tǒng)的質(zhì)量和能量平衡；生活熱水供應(yīng)子系統(tǒng)與能源站子系統(tǒng)的蓄熱器5相接。
[0027]在余熱采集子系統(tǒng)中，低溫?fù)Q熱器2外接50°C左右的較低溫?zé)崴酂?，中溫?fù)Q熱器3外接90°C左右的較高溫?zé)崴酂幔邷負(fù)Q熱器4外接350°C左右的煙氣余熱；同時(shí)通過控制系統(tǒng)操控射頻控制裝置，開啟控制閥2001?2003、2006、2007、2018，關(guān)閉控制閥2004、2005、2008、2009，使低溫?fù)Q