基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置及控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置及控制系统，通过采用烟道式换热器和蒸发器两次换热，从而将烟气余热经水间接传递给有机工质，并通过透平做功达到余热回收利用的目的；通过加压使水沸点升高，保证水在150℃左右时仍呈液态；通过控制系统能够控制进入烟道式换热器水通道的水的流速、烟道式换热器水通道出水口水的温度和稳压储水容器内的压强保持在一定的范围内，保证整个装置运行的顺利进行，能够保证余热利用的可靠性和高效性，并且不影响原生产工艺的连续稳定运行。

Flue gas waste heat recovery and utilization device and control system based on organic Rankine cycle

The invention relates to a flue gas waste heat recovery device and a control system based on the organic Rankine cycle. By using a flue type heat exchanger and a evaporator for two heat exchange, the waste heat of the flue gas is transferred indirectly to the organic medium by water, and the purpose of recovery and utilization of waste heat is achieved through a turbine work, and the boiling point of water is raised by pressure. The water is still liquid at about 150 centigrade, and the water flow velocity, the temperature of the water passage of the channel type heat exchanger water channel and the pressure in the stable pressure storage container can be kept in a certain range through the control system and the pressure in the stable pressure storage container can be kept in a certain range, and the whole device can run smoothly and the residual heat can be guaranteed. The reliability and efficiency of the utilization are not affected, and the continuous stable operation of the original production process is not affected.

【技术实现步骤摘要】
基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置及控制系统
本专利技术涉及余热利用
，具体涉及一种基于有机朗肯循环(OrganicRankineCycle，简称ORC)的烟气余热回收利用装置及控制系统。
技术介绍
在钢铁生产过程中，需要大量高质量的活性石灰，回转窑煅烧活性石灰具有产量大、品质优、原料利用率高等特点，因此应用广泛。活性石灰生产过程产生大量的低温余热被白白排放，特别是窑尾排放的250℃以下低温烟气，其品位低、介质复杂、易积灰磨损，且依附于主生产线，一直无法有效利用，因此，采用有机朗肯循环发电技术充分回收石灰窑排放的烟气余热，对企业降低能耗、提高经济效益具有十分重要的意义。然而，对于这种新型低温余热回收利用技术来说，需要解决诸多工艺参数的协调、耦合和控制连锁问题，需要配置一套实时性优，稳定性好，可靠性和安全性高的自动控制系统，才能达到余热发电系统的稳定运行和实现余热利用的最大化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置及控制系统，能够保证余热利用的可靠性和高效性，并且不影响原生产工艺的连续稳定运行。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置，主要包括用于将烟气余热传递给水的烟道式换热器、用于将经过烟道式换热器的水获得的热能传递给有机工质并使有机工质等压加热汽化为蒸汽的蒸发器、用于将经过蒸发器的有机工质蒸汽绝热膨胀做功并将功输出的透平、用于将做功后的有机工质等压冷凝的冷凝器和用于为有机工质循环提供动力的工质泵；所述烟道式换热器的内部设有用于供烟气通过的烟气通道和用于供水通过的水通道，烟道式换热器烟气通道上端连接有用于向烟道式换热器输入烟气的进烟管，进烟管上设有进烟阀，烟道式换热器烟气通道下端连接有用于将烟道式换热器内烟气输出的出烟管，进烟管与出烟管通过烟气旁通管相连接，烟气旁通管与进烟管连接点位于进烟阀的上游，烟气旁通管上还设有开度可调的烟气旁通阀，烟气旁通阀连接有用于控制烟气旁通阀开度、从而控制进入烟气通道的烟气流速、并进而控制烟道式换热器水通道出水口水温为T1-T2的烟气换热控制系统，135℃≤T1≤T2≤155℃（其中，T1＜T2表示烟道式换热器水通道出水口水温的设定值为大于等于T1小于等于T2的一个范围，T1=T2表示烟道式换热器水通道出水口水温的设定值为一个固定值，本专利技术中采用T1＜T2较之T1=T2更节省资源，以下的v1和v2情况与此类似）；所述蒸发器的内部设有用于供水通过的水通道和用于供有机工质通过的工质通道，蒸发器水通道入水口与烟道式换热器水通道出水口相连通，蒸发器水通道出水口连接有密闭的稳压储水容器，稳压储水容器连接有用于控制稳压储水容器内压强（指任意一点的压强，对于1m水位差产生的压强不足0.01MPa，因此稳压储水容器内水位差产生的压强对本专利技术的技术方案来说影响不大）为P1-P2的稳压补水控制系统，1.2MPa≤P1＜P2≤1.6MPa，稳压储水容器与烟道式换热器水通道入水口之间设有给水泵和开度可调的给水阀，给水阀连接有用于控制给水阀开度、从而控制进入烟道式换热器水通道的水的流速为v1-v2的给水控制系统，125m3/h≤v1≤v2≤145m3/h；透平入口与蒸发器工质通道出口相连接，透平入口设有进汽阀，透平外部设有用于连通透平入口与透平出口的蒸汽旁通管，蒸汽旁通管入口位于进汽阀上游，蒸汽旁通管上设有蒸汽旁通阀；透平出口与冷凝器入口相连接，冷凝器出口通过工质泵与蒸发器水通道入口相连接。优选地，140℃≤T1≤T2≤150℃；1.3MPa≤P1＜P2≤1.5MPa；130m3/h≤v1≤v2≤140m3/h。优选地，冷凝器与工质泵之间设有有机工质储存容器。优选地，工质泵与蒸发器工质通道入口之间还设有用于给有机工质进行预热的预热装置，所述预热装置为换热器，预热装置内设有的用于供水通过的水通道和用于供有机工质通过的工质通道，预热装置水通道两端分别与烟道式换热器水通道出水口和蒸发器水通道入水口相连，预热装置工质通道分别与工质泵和蒸发器工质通道入口相连接；进一步优选地，预热装置水通道与蒸发器水通道入水口之间设有水阀；预热装置工质通道与蒸发器工质通道入口之间设有工质阀。优选地，烟道式换热器出烟管上设有出烟阀，烟气旁通管与出烟管的连接点位于出烟阀下游。如上所述的任意一种烟气余热回收利用装置的控制系统，包括给水控制系统、烟气换热控制系统和稳压补水控制系统；所述给水控制系统以进入烟道式换热器水通道的水的流速为输出量，其设定值为v1-v2，给水控制系统通过设置在给水阀和烟道式换热器水通道入口之间的流量检测装置检测出进入烟道式换热器水通道的水的实际流速v，并反馈给给水控制器形成给水控制系统的主反馈通道，控制器如v控制给水阀的开度，当v＜v1时，控制给水阀的开度增大，从而使进入烟道式换热器水通道的水的流速增大，当v＞v2时，控制给水阀的开度减小，从而使进入烟道式换热器水通道的水的流速减小；所述的烟气换热控制系统以烟道式换热器水通道出水口水的温度为输出量，其设定值为T1-T2，烟气换热控制系统通过设置在烟道式换热器水通道出水口的温度检测装置检测烟道式换热器水通道出水口水的实际温度T，并反馈给烟气换热控制器形成烟气换热控制系统的主反馈通道，烟气换热控制器如T控制烟气旁通阀的开度，当T＜T1时，控制烟气旁通阀的开度减小，从而使进入烟道式换热器烟气通道的烟气流速增大，进而使烟道式换热器水通道出水口水的温度上升，当T＞T2时，控制烟气旁通阀的开度增大，从而使进入烟道式换热器烟气通道的烟气流速减小，进而使烟道式换热器水通道出水口水的温度下降；所述的稳压补水控制系统以稳压储水容器内的压强为输出量，其设定值为P1-P2，稳压补水控制系统通过设置在稳压储水容器内的压强检测装置检测出稳压储水容器内的实际压强P，并反馈给稳压补水控制器形成稳压补水控制系统的主反馈通道，当P＜P1时，稳压补水控制器控制补水泵启动向稳压储水容器中注水，当稳压储水容器内的压强升至P2时，控制补水泵停止运行。优选地，所述的烟气换热控制系统将进入烟道式换热器水通道的水的流速作为扰动量反馈给烟气换热控制器形成烟气换热控制系统的前馈通道。优选地，所述的稳压补水控制系统的补水泵采用冗余设置，若补水泵在补水期间工作异常，则控制备用的补水泵启动，并延时后控制工作异常的补水泵停止运行。有益效果：本专利技术通过采用烟道式换热器和蒸发器两次换热，从而将烟气余热间接传递给有机工质，并通过透平做功达到余热回收利用的目的；通过加压使水沸点升高，保证水在150℃左右时仍呈液态；通过控制系统能够控制进入烟道式换热器水通道的水的流速、烟道式换热器水通道出水口水的温度和稳压储水容器内的压强保持在一定的范围内，保证整个装置运行的顺利进行，能够保证余热利用的可靠性和高效性，并且不影响原生产工艺的连续稳定运行。附图说明图1是本专利技术烟气余热回收利用装置一种实施例（余热发电）的结构示意图；图2是图1中有机朗肯循环部分的结构示意图；图3是整个生产线与余热发电装置的控制系统结构示意图；图4是控制系统配置示意图；图5是给水控制系统的控制原理示意图；图6是烟气换热控制系统的控制原理示意图；图7是稳压补水控制系统的控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置，其特征在于：主要包括用于将烟气余热传递给水的烟道式换热器（3）、用于将经过烟道式换热器（3）的水获得的热能传递给有机工质并使有机工质等压加热汽化为蒸汽的蒸发器（5）、用于将经过蒸发器（5）的有机工质蒸汽绝热膨胀做功并将功输出的透平（10）、用于将做功后的有机工质等压冷凝的冷凝器（11）和用于为有机工质循环提供动力的工质泵（13）；所述烟道式换热器（3）的内部设有用于供烟气通过的烟气通道和用于供水通过的水通道，烟道式换热器（3）烟气通道上端连接有用于向烟道式换热器（3）输入烟气的进烟管，进烟管上设有进烟阀（2），烟道式换热器（3）烟气通道下端连接有用于将烟道式换热器（3）内烟气输出的出烟管，进烟管与出烟管通过烟气旁通管相连接，烟气旁通管与进烟管连接点位于进烟阀（2）的上游，烟气旁通管上还设有开度可调的烟气旁通阀（1），烟气旁通阀（1）连接有用于控制烟气旁通阀（1）开度、从而控制进入烟气通道的烟气流速、并进而控制烟道式换热器（3）水通道出水口水温为T1‑T2的烟气换热控制系统，135℃≤T1≤T2≤155℃；所述蒸发器（5）的内部设有用于供水通过的水通道和用于供有机工质通过的工质通道，蒸发器（5）水通道入水口与烟道式换热器（3）水通道出水口相连通，蒸发器（5）水通道出水口连接有密闭的稳压储水容器（7），稳压储水容器（7）连接有用于控制稳压储水容器（7）内压强为P1‑P2的稳压补水控制系统，1.2 MPa≤P1＜P2≤1.6 MPa，稳压储水容器（7）与烟道式换热器（3）水通道入水口之间设有给水泵（8）和开度可调的给水阀（9），给水阀（9）连接有用于控制给水阀（9）开度、从而控制进入烟道式换热器（3）水通道的水的流速为v1‑v2的给水控制系统，125m3/h≤v1≤v2≤145m3/h；透平（10）入口与蒸发器（5）工质通道出口相连接，透平（10）入口设有进汽阀（18），透平（10）外部设有用于连通透平（10）入口与透平（10）出口的蒸汽旁通管，蒸汽旁通管入口位于进汽阀（18）上游，蒸汽旁通管上设有蒸汽旁通阀（19）；透平（10）出口与冷凝器（11）入口相连接，冷凝器（11）出口通过工质泵（13）与蒸发器（5）水通道入口相连接。...

【技术特征摘要】
1.基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置，其特征在于：主要包括用于将烟气余热传递给水的烟道式换热器（3）、用于将经过烟道式换热器（3）的水获得的热能传递给有机工质并使有机工质等压加热汽化为蒸汽的蒸发器（5）、用于将经过蒸发器（5）的有机工质蒸汽绝热膨胀做功并将功输出的透平（10）、用于将做功后的有机工质等压冷凝的冷凝器（11）和用于为有机工质循环提供动力的工质泵（13）；所述烟道式换热器（3）的内部设有用于供烟气通过的烟气通道和用于供水通过的水通道，烟道式换热器（3）烟气通道上端连接有用于向烟道式换热器（3）输入烟气的进烟管，进烟管上设有进烟阀（2），烟道式换热器（3）烟气通道下端连接有用于将烟道式换热器（3）内烟气输出的出烟管，进烟管与出烟管通过烟气旁通管相连接，烟气旁通管与进烟管连接点位于进烟阀（2）的上游，烟气旁通管上还设有开度可调的烟气旁通阀（1），烟气旁通阀（1）连接有用于控制烟气旁通阀（1）开度、从而控制进入烟气通道的烟气流速、并进而控制烟道式换热器（3）水通道出水口水温为T1-T2的烟气换热控制系统，135℃≤T1≤T2≤155℃；所述蒸发器（5）的内部设有用于供水通过的水通道和用于供有机工质通过的工质通道，蒸发器（5）水通道入水口与烟道式换热器（3）水通道出水口相连通，蒸发器（5）水通道出水口连接有密闭的稳压储水容器（7），稳压储水容器（7）连接有用于控制稳压储水容器（7）内压强为P1-P2的稳压补水控制系统，1.2MPa≤P1＜P2≤1.6MPa，稳压储水容器（7）与烟道式换热器（3）水通道入水口之间设有给水泵（8）和开度可调的给水阀（9），给水阀（9）连接有用于控制给水阀（9）开度、从而控制进入烟道式换热器（3）水通道的水的流速为v1-v2的给水控制系统，125m3/h≤v1≤v2≤145m3/h；透平（10）入口与蒸发器（5）工质通道出口相连接，透平（10）入口设有进汽阀（18），透平（10）外部设有用于连通透平（10）入口与透平（10）出口的蒸汽旁通管，蒸汽旁通管入口位于进汽阀（18）上游，蒸汽旁通管上设有蒸汽旁通阀（19）；透平（10）出口与冷凝器（11）入口相连接，冷凝器（11）出口通过工质泵（13）与蒸发器（5）水通道入口相连接。2.如权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置，其特征在于：140℃≤T1≤T2≤150℃；1.3MPa≤P1＜P2≤1.5MPa；130m3/h≤v1≤v2≤140m3/h。3.如权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置，其特征在于：冷凝器（11）与工质泵（13）之间设有有机工质储存容器（12）。4.如权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置，其特征在于：工质泵（13）与蒸发器（5）工质通道入口之间还设有用于给有机工质进行预热的预热装置（20），所述预热装置（20）为换热器，预热装置（20）内设有的用于供水通过的水通道和用于供有机工质通过的工质通道，预热装置（20）水通道两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯昊，王应丽，彭岩，符鑫杰，张海竹，王业峰，曹月仙，胡辉，高海燕，赵建华，朱建峰，晏秋，杜自彬，吕勇，栗继魁，
申请(专利权)人：中信重工机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41