[发明专利]一种锅炉烟气余热发电系统

说明书

技术领域

本发明属于低温烟气余热利用技术领域，尤其涉及一种锅炉烟气余热发电系统。

背景技术

烟气余热作为一种燃料燃烧后剩下的热源，广泛存在于水泥、钢铁、化工、电力等行业。其中对于高中温烟气余热的利用已被广泛研究，但是由于温度在300℃以下的烟气的能源品位较低，因而开发难度较大。目前针对低温烟气余热利用的研究逐渐展开，其中有机朗肯循环使用有机物作为工质，因其结构简单、效率高，可回收不同温度范围的低温热能而被广泛的使用。

目前提出的基于有机朗肯循环的余热发电系统，基本上都是通过连接发电机与膨胀机，由膨胀机带动发电机发电，但是由于电网以及各种用电设备对电源的品质有着严格的要求，因此对于烟气余热发电系统，需要调节发电质量，以保证发电频率在50Hz附近，符合电网的要求。而在目前针对基于有机朗肯循环的烟气余热发电系统的研究中，对发电频率的调节研究还未深入。

对于大型同步发电厂，例如火电厂、水电厂，一般采用负荷频率控制，以火电厂为例，由于通过增加或减少燃料量很容易控制发电机组的输出功率，因此可以保持功率与负荷的平衡，使频率稳定。但是对于余热发电系统，由于烟气余热资源一般是某个工业过程的副产品，其温度与流量会随着工业过程的变化而不断改变，因此为了深度利用烟气余热，难以通过主动控制余热能源，调整烟气余热发电系统的输出功率，这导致传统电厂的负荷—频率控制方式无法有效应用于烟气余热发电系统。

同时为实现对余热资源的利用，当烟气入口温度与流量处于某一稳定状态时，蒸发器内有机工质的蒸发压力和出口温度会影响系统对烟气余热利用的效率，因此蒸发器内蒸发压力和出口温度是体现余热利用效率的关键参数，需要控制在合适的范围。在现有的方案中，蒸发器出口管道与膨胀机入口直接相连，若膨胀机转速恒定，仅通过增压泵无法同时控制蒸发压力与出口温度的大小，因此在蒸发器和膨胀机之间设置了调压阀，结合增压泵调节整个系统的运行中蒸发器出口温度与蒸发压力。然而，膨胀机前的阀门会引起节流损失，导致余热发电系统效率下降。

发明内容

针对上述背景技术中提到现有烟气余热利用系统发电效率低、存在节流损失和发电频率不易调节等不足，本发明提出了一种锅炉烟气余热发电系统。

本发明的技术方案是，一种锅炉烟气余热发电系统，用于通过有机朗肯循环利用锅炉烟气的热量发电，其特征是该系统包括储液器1、增压泵2、蒸发器3、膨胀机4、冷凝器5、风机6、发电机系统7和烟气旁路调节阀8；

所述蒸发器3的烟气侧管道入口接入锅炉烟气；烟气旁路调节阀8和蒸发器3并联接入锅炉烟气；蒸发器3的工质侧管道出口和膨胀机4的入口连接；膨胀机4的轴和发电机系统7的传动轴连接；膨胀机4的出口和冷凝器5的入口连接；冷凝器5的外部和风机6连接；冷凝器5的出口和储液器1入口连接；储液器1的出口和增压泵2的入口连接；增压泵2的出口和蒸发器3的工质侧管道入口连接；

所述储液器1用于储存有机工质；

所述增压泵2用于控制进入蒸发器3的有机工质的流量；

所述蒸发器3用于有机工质与烟气相互间的换热；

所述膨胀机4用于有机工质膨胀做功，使热能转化为机械能；

所述冷凝器5用于对有机工质的降温与凝结；

所述风机6用于产生使工质冷却的空气；

所述发电机系统7用于将膨胀机4的机械能转化为电能，并控制膨胀机4的转速以及调节发电频率；

所述烟气旁路调节阀8用于在烟气流量超过系统设计值时排出多余的烟气；

所述发电机系统7包括双馈异步发电机9、转子侧PWM变换器10、直流链电容器11、网侧PWM变换器12和变压器13；

双馈异步发电机9的转子的传动轴与膨胀机4的轴连接，双馈异步发电机9的转子绕组与转子侧PWM变换器10连接，定子绕组通过变压器13与电网连接；转子侧PWM变换器10与直流链电容器11连接；直流链电容器11与网侧PWM变换器12连接；网侧PWM变换器12与变压器13连接；变压器13与电网连接；

所述双馈异步发电机9用于将机械能转化为电能；

所述转子侧PWM变换器10用于提供发电机转子励磁电流，控制发电机的电磁转矩与发电频率；

所述直流链电容器11用于中间贮能；

所述网侧PWM变换器12用于控制变频电源的输入特性和确保直流母线电压稳定；

所述变压器13用于改变电压。

本发明的优点是：