中高温烟气余热双工质联合循环发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种中高温烟气余热双工质联合循环发电装置，包括水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环，水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环组成一个用于300℃以上的中高温烟气高效回收利用的双工质联合循环系统。本发明专利技术将水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环组成一个双工质联合循环，用于中高温烟气的高效回收利用；从余热锅炉汽包抽水加热有机工质，减温后的高压水回到余热锅炉省煤器进口，使省煤器摆脱了蒸发器的限制，吸热量根据余热锅炉排烟温度设定，从而使循环装置在任何工况下都能获得最佳的余热利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种中高温烟气等余热资源回收的高效动力装置，具体涉及一种利用300℃以上中高温烟气余热双工质联合循环发电装置，属于流体机械领域。
技术介绍
在工业生产过程中，存在大量300℃以上的中高温烟气。目前常用的烟气余热回收方法，例如应用比较广泛的水泥窑余热的回收，是通过余热锅炉获得饱和或过热水蒸汽，然后将水蒸汽注入纯凝汽式汽轮机或补汽凝汽式汽轮机内膨胀做功，并拖动发电机发电。在这类装置中，蒸汽的压力和温度越高，透平热力循环的效率就越高。然而，由于余热锅炉中工质的质量流量主要取决于蒸发器（用于水的蒸发）的吸热量，由于水的蒸发温度以及节点温差的限制，蒸汽压力越高，余热锅炉蒸发器的吸热量就越小；与蒸发器相比，省煤器（用于液态水的加热）的吸热量很小；因此，经过余热利用以后的排烟温度仍然偏高，余热利用率很低。通过上述分析不难发现，提高余热锅炉蒸发器后的低温段吸热量是提高余热回收率的最有效方法，这也是目前大型燃气-蒸汽联合循环电站中经常采用双压或三压余热锅炉的最主要原因。然而，对于单一参数的烟气余热来说，双压或三压余热锅炉的汽水系统过于复杂，采用补汽凝汽式汽轮机后排气容积流量非常大，比常规火电汽轮机的单位发电功率排汽量高3倍以上，导致余热回收装置体积庞大，投资也很高。与常规的水蒸汽朗肯循环相比，低沸点有机工质朗肯循环（ORC）在低温余热回收方面具有更大的优势，不仅效率高，而且设备非常紧凑（透平排汽口的工质密度比水蒸汽密度高100被以上，意味着其排汽缸面积只需常规背压式汽轮机的1%）；但由于有机工质在高温下化学稳定性差，易分解，本专利技术充分利用两种热力循环的优点，提出一种新的双工质联合循环发电装置，用于中高温烟气余热的高效回收利用。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题在于提供一种紧凑的、使中高温烟气余热得到高效回收利用的中高温烟气余热双工质联合循环发电装置。为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种中高温烟气余热双工质联合循环发电装置，包括水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环，水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环组成一个用于300℃以上的中高温烟气高效回收利用的双工质联合循环系统。以下是本专利技术对上述方案的进一步优化：水与水蒸汽循环包括余热锅炉、背压式汽轮机和给水泵，低沸点有机工质循环包含有机工质透平、工质蒸发器、预热器和有机工质泵。水与水蒸汽循环为上位循环，以烟气余热做为热源，给背压式汽轮机提供动力，背压式汽轮机的排汽为下位循环，即有机工质循环的热源，给有机工质透平提供动力。所述背压式汽轮机和机工质透平可分别拖动一个发电机或共同拖动一台发电机。所述余热锅炉包括汽包，所述汽包上分别连通有余热锅炉过热器、余热锅炉蒸发器和余热锅炉省煤器，余热锅炉蒸发器的进出口与汽包分别连通，形成一个小循环。所述背压式汽轮机与汽包之间直接连通或通过余热锅炉过热器连通。所述有机工质透平的进气端依次连通有蒸汽放热有机工质蒸发器和蒸汽放热有机工质预热器，所述蒸汽放热有机工质预热器通过有机工质冷凝器和有机工质泵与有机工质透平的出气端连通，形成一个小循环。蒸汽放热有机工质预热器与余热锅炉省煤器通过管路连通，背压式汽轮机的排汽端与蒸汽放热有机工质蒸发器连通。所述余热锅炉蒸发器的进口与汽包之间的连通管路和背压式汽轮机的排汽端与蒸汽放热有机工质蒸发器之间的连通管路之间通过水减压装置连通。另一种优化：所述有机工质透平的进气端还依次连通有热水放热有机工质蒸发器、热水放热有机工质预热器；热水放热有机工质蒸发器、热水放热有机工质预热器与蒸汽放热有机工质蒸发器、蒸汽放热有机工质预热器并联连接，所述热水放热有机工质蒸发器与余热锅炉蒸发器的进口和汽包之间的连通管路连通；热水放热有机工质预热器与余热锅炉省煤器通过管路连通。其工作原理是：水与水蒸汽循环为联合循环的上位循环，以烟气余热做为热源，采用背压式汽轮机，其排汽为下位循环，即有机工质循环的热源；在此基础上，增加余热锅炉省煤器的换热面积和水流量，多余的高温热水做为有机工质的另一个热源。该循环装置由于省煤器吸热量不受蒸发器限制，可以大大降低余热锅炉的排烟温度；另外，有机工质只与水或水蒸汽换热，避免烟气腐蚀引起的有机工质泄漏，提高系统的安全性；再者，由于水循环的吸热温度高且没有冷端损失，而有机工质的相变热和冷端损失小，使得联合循环的效率提高。对于同样的余热，与单纯的水蒸汽循环相比，系统净输出功率可增加20%左右，而与单一低沸点有机工质循环相比，系统净输出功率可增加40%左右。本专利技术采用上述方案，将水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环组成一个双工质联合循环，用于中高温烟气的高效回收利用；从余热锅炉汽包抽水加热有机工质，减温后的高压水回到余热锅炉省煤器进口，使省煤器摆脱了蒸发器的限制，吸热量根据余热锅炉排烟温度设定，从而使循环装置在任何工况下都能获得最佳的余热利用率。    下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。附图说明附图1是本专利技术实施例1的结构示意图；附图2是本专利技术实施例2的结构示意图。图中：1- 余热锅炉过热器；2-汽包；3-余热锅炉蒸发器；4-汽包循环泵；5-余热锅炉省煤器；6-背压式汽轮机；7-有机工质透平；8-热水放热有机工质蒸发器；9-热水放热有机工质预热器；10-蒸汽放热有机工质蒸发器；11-蒸汽放热有机工质预热器；12-有机工质冷凝器；13-有机工质泵；14-给水泵；15-水减压装置；V1-V4: 控制阀；N1-N4:接点。具体实施方式实施例1，如图1所示，一种中高温烟气余热双工质联合循环发电装置，包括水与水蒸气循环和低沸点有机工质朗肯循环，所述水与水蒸气循环和低沸点有机工质朗肯循环组成一个用于300℃以上的中高温烟气高效回收利用的双工质联合循环系统。水与水蒸汽循环包括余热锅炉、背压式汽轮机6和给水泵，低沸点有机工质循环包括机工质透平7、工质蒸发器、预热器和有机工质泵。水与水蒸汽循环为上位循环，以烟气余热做为热源，给背压式汽轮机6提供动力，背压式汽轮机6的排汽为下位循环，即有机工质循环的热源，给有机工质透平7提供动力。所述背压式汽轮机6和机工质透平7分别拖动一个发电机。所述余热锅炉包括汽包2，所述汽包2上分别连通有余热锅炉过热器1、余热锅炉蒸发器3和余热锅炉省煤器5，余热锅炉蒸发器3的进出口与汽包2分别连通，形成一个小循环，余热锅炉蒸发器3进口与汽包2连通的管路上安装有汽包循环泵4。所述背压式汽轮机6与汽包2之间通过余热锅炉过热器1连通。所述有机工质透平7的进气端依次连通有蒸汽放热有机工质蒸发器10和蒸汽放热有机工质预热器11，所述蒸汽放热有机工质预热器11通过有机工质冷凝器12和有机工质泵13与有机工质透平7的出气端连通，形成一个小循环。所述有机工质透平7的进气端还依次连通有热水放热有机工质蒸发器8、热水放热有机工质预热器9；热水放热有机工质蒸发器8、热水放热有机工质预热器9与蒸汽放热有机工质蒸发器10、蒸汽放热有机工质预热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中高温烟气余热双工质联合循环发电装置，包括水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环，其特征在于：水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环组成一个用于300℃以上的中高温烟气高效回收利用的双工质联合循环系统。

【技术特征摘要】
1. 一种中高温烟气余热双工质联合循环发电装置，包括水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环，其特征在于：水与水蒸汽循环和低沸点有机工质朗肯循环组成一个用于300℃以上的中高温烟气高效回收利用的双工质联合循环系统。
2.根据权利要求1所述的中高温烟气余热双工质联合循环发电装置，其特征在于：水与水蒸汽循环包括余热锅炉、背压式汽轮机（6）和给水泵，低沸点有机工质循环包括机工质透平（7）、工质蒸发器、预热器和有机工质泵。
3.根据权利要求2所述的中高温烟气余热双工质联合循环发电装置，其特征在于：
水与水蒸汽循环为上位循环，以烟气余热做为热源，给背压式汽轮机（6）提供动力，背压式汽轮机（6）的排汽为下位循环，即有机工质循环的热源，给有机工质透平（7）提供动力。
4.根据权利要求3所述的中高温烟气余热双工质联合循环发电装置，其特征在于：
所述背压式汽轮机（6）和机工质透平（7）可分别拖动一个发电机或共同拖动一台发电机。
5.根据权利要求4所述的中高温烟气余热双工质联合循环发电装置， 其特征在于：所述余热锅炉包括汽包（2），所述汽包（2）上分别连通有余热锅炉过热器（1）、余热锅炉蒸发器（3）和余热锅炉省煤器（5），余热锅炉蒸发器（3）的进出口与汽包（2）分别连通，形成一个小循环。
6.根据权利要求5所述的中高温烟气余热双工质联合循环发电装置， 其特征在于：所述背压式汽轮机（6）与汽包（2）之间直接连通或通过余热锅炉过热器（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春国，窦春燕，史正武，董汉杰，
申请(专利权)人：山东青能动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37