[发明专利]利用多个分散余热热源、多种余热载体介质发电的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及余热发电技术，尤其涉及一种利用分布范围较广、热功率总量较大但单个热功率较小且余热载体介质呈多样性的余热热源发电的方法及装置。

背景技术

我国是一个能源生产和消费大国，能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位；基本能源消费占世界总消费量的1/10，仅次于美国，居世界第二位。但我国能源利用率不高，一些发达国家能源利用率都在50％以上，美国的能源利用率已超过60％，而我国只有30％左右。据统计，2003年我国的能源消耗强度是日本的6.9倍，德国的4.3倍，美国的3.3倍，远远高于世界发达国家的能源消耗强度。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％，而可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。因此，对余热利用进行深入的研究，对于节约能源，提高能源利用率，建立合理的能源架构，保护生态环境具有极为重要的意义。

目前只是对大型工矿企业热功率较大的集中余热加以利用，而对热功率较小的大量分散余热(各种生活余热，如汽车尾气、发动机冷却水等)尚未利用，事实上，各种小功率分散余热的总量远远大于大功率集中余热，因此，研发小功率分散余热回收利用技术，成为当前的重要任务，是建设节约型社会的关键环节之一。

限于上述余热利用状况，现有的余热发电装置多是大型成套设备，只适用于某一种具体的余热载体介质，其配备工作介质也是特定的，不能同时利用几种余热载体介质的热量发电。尤其是，因装置是一个孤立系统，做功后的汽相工质(即涡轮机排汽)温度仍然较高，蕴含很多热量，余热利用不充分，将其冷凝还得另外耗能，经济性差。

发明内容

本发明的目的，是提供一种可充分利用多个分散余热热源、多种余热载体介质发电的方法及装置。

本发明的技术解决方案是：

一种利用多个分散余热热源、多种余热载体介质发电的方法，设置一个余热发电系统，该系统具有多个并列的子系统，子系统的数量与分散余热热源的数量相同；每一子系统具有一由工质冷凝器、泵、余热换热器、涡轮机通过管道顺序连接构成的闭路循环装置，一与涡轮机连接的发电机；由泵驱动工质循环，由余热载体介质通过余热换热器向工质提供汽化能，通过汽相工质膨胀做功驱动涡轮机旋转，由涡轮机带动发电机发电，由冷凝器将做功后的汽相工质冷凝为液相；各子系统配置的换热工质，与该子系统的余热载体介质相适配，工质的露点低于该子系统余热载体介质温度。

将所述液相工质与做功后的汽相工质换热，预热后再送入余热换热器汽化。

将所有子系统划分成两两一组，每一组具有一高温子系统和一低温子系统，将低温子系统的液相工质与高温子系统做功后的汽相工质换热，预热后再送入低温子系统的余热换热器汽化；或将高、低温子系统的液相工质都与高温子系统做功后的汽相工质分别换热，预热后再送入各自的余热换热器汽化。

所有子系统发出的电能，分别调频、调压后并网，送给用电设备使用，或整流后送入蓄电池存储。

所述余热载体介质是各种气相、液相介质，如各种物质的蒸汽、热空气、热水等，或可流动的粉末状固相介质，如水泥熟料、铸造砂等；所述工质是各种液相介质，如水、氟利昂、氨、各种烷烃类工质以及其它有机工质。

用于上述方法的装置，包括多个并列的子装置，子装置的数量与分散余热热源的数量相同；所述子装置具有余热换热器、工质冷凝器、泵、涡轮机、发电机；所述余热换热器具有余热载体介质进、出口，工质进、出口；所述泵的进口连通工质冷凝器的出口，泵的出口连通余热换热器的工质进口；所述余热换热器的工质出口连通涡轮机的进口；所述涡轮机的出口连通工质冷凝器的进口；涡轮机的输出轴连接发电机的输入轴。每一子装置配置的换热工质，与该子装置的余热载体介质相适配。

本装置的一种改进方案是：在涡轮机与工质冷凝器之间，还串联有回热换热器，该回热换热器的汽相工质进口连通涡轮机的出口，汽相工质出口连通工质冷凝器的进口；回热换热器的液相工质进口连通泵的出口，液相工质出口连通余热换热器的工质进口。

本装置的另一种改进方案是：将所有子装置分成两两一组，每组具有一高温子装置和一低温子装置；在高温子装置的涡轮机与工质冷凝器之间串联回热换热器，该回热换热器的液相工质进口连通低温子装置泵的出口，液相工质出口连通低温子装置余热换热器的工质进口。