[实用新型]一种天然工质余热发电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种余热发电系统，具体地说，本实用新型涉及一种以CO₂为工质的朗肯循环余热发电系统。

背景技术

余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后未能被利用的热量。我国能源利用率低，回收余热具有巨大潜能，有关统计指出我国单位产值能耗比世界水平高2.4倍，能源效率比国际先进水平低10个百分点，回收工业余热具有巨大的节能潜力。根据调查，各行各业的余热资源占其燃料总消耗量的17％-67％，可回收利用余热资源约为余热总资源的60％。工业余热被称为继煤、石油、天然气、水力之后的第五大常规能源。

余热的种类按照余热载体的不同，可将余热资源划分为三种：固体载体余热资源、液体载体余热资源及气体载体余热资源；一般按余热载体的温度水平不同，也可将余热资源划分为三种：高温余热(500摄氏度以上)、中温余热(200-500摄氏度之间)和低温余热(200摄氏度以下)；按照余热来源的不同，可将余热资源划分六类：高温烟气余热、高温产品和炉渣的余热、冷却介质的余热、可燃废气废液和废料的余热、废汽和废水的余热以及化学反应余热。

传统的余热发电系统只能利用350℃以上的余热。因为当温度处于350℃以下时，水蒸汽饱和压力太低，而蒸汽比容大，用此系统回收起来效率很低，甚至无法利用。同时系统投资成本过大造成回收期过长，故不适用于350℃以下的中低温余热回收。目前对于利用350℃以下甚至更低的中低温余热，国际上一般采用的方法是有机朗肯循环。有机朗肯循环是以有机流体替代水作为工质，回收中低品位热能的朗肯动力循环。

目前，有机朗肯循环往往是直接把传统水蒸气朗肯循环工艺借鉴过来， CN203925627U公开了一种低温有机朗肯循环余热发电系统。该系统包括加热装置、冷却装置和发电装置三部分，低温有机朗肯循环介质为用于低温余热发电的工质，加热装置为热交换器，热源通过管道进入热交换器内的换热管，换热管与热交换器内的液体工质进行热交换，热交换器内的液体工质加热成高压的气体工质，高压气体工质通过多级轴向透平机进行膨胀做功，从而使透平机推动发电机发电，进过热交换的热源通过阀门排出；经过膨胀之后的气体工质经过冷却装置降温冷却，之后分别进入换热器内进行再次加热，完成一个循环。

传统上，有机朗肯循环采用氯氟烃(CFC)作为工质，例如，CN102168589A以二氯甲烷作为工质，CN202145099U以氯乙烷作为工质，CN102401589A、CN102401590A、CN102401591A、CN102401592A、CN202420250U、CN202420251U、CN202420252U、CN202420253U均采用甲苯、二氟二氯乙烷、丙烷、五氟丙烷作为工质。

实用新型内容

本实用新型要克服的现有技术存在的问题是：由于传统水蒸汽朗肯循环的工质温度和压力参数较高，工质水与有机工质的热物理性质有较大差别，有机朗肯循环通常存在循环热效率低，设备投资时间长等一系列问题。由于环境问题日益突出，传统CFC工质由于其对臭氧层的破坏作用而被限制使用，在1997年京都议定书推出之后，发展环保新工质的呼声越来越高。同时一些有机工质存在有毒、可燃的问题，万一发生泄露将造成严重的后果。鉴于此，目前亟需开发安全、环保、高效的余热发电系统。

本实用新型的发明人经过大量研究和试验，发现将CO₂作为工质用于朗肯循环发电系统，能够取得用传统CFC等有机物质作为工质所无法达到的效果。

本实用新型的发明人还发现，用回热器代替普通的热交换器可以明显提高工质的循环效率。