一种氢气混合工质的余热利用系统技术方案

本发明专利技术涉及一种氢气混合工质的余热利用系统，包括氢反应床、混合气化器、混合气膨胀机、余热烟气管路、增压泵和废气排放单元。余热烟气管路通过氢反应床、混合气化器的烟气盘管连接到废气排放单元。气液分离器的氢气出口经低压氢气管路连接到氢反应床，氢反应床的氢气出口通过高压氢气管路连接混合气化器的氢气入口，气液分离器的凝液出口通过增压泵连接到混合气化器的凝液入口。混合气化器的混合气出口连接到混合气膨胀机的入口，混合气膨胀机的出口连接到气液分离器的混合气入口。本发明专利技术利用工业烟气的余热加热循环工质，通过工质循环驱动混合气膨胀机和带液膨胀机做功，带动发电机发电，充分回收利用了工业废热和发动机余热，有利于节能减排。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气混合工质的余热利用系统
本专利技术属于能量综合利用
，涉及一种氢气混合工质的余热利用系统。
技术介绍
工业炉窑余热回收利用，可以节约能源消耗，降低热工产品生产成本，同时减少污染物的排放。工业炉窑是大型的高耗能装置，随着国民经济的迅猛发展，工业炉窑的余热非常丰富，可利用的潜力巨大。钢铁工业、电石工业、氧化铝工业和耐火材料工业是能耗大户，上述行业的快速增长，带动了工业炉窑的高速发展。石灰生产中石灰石分解产生的二氧化碳是宝贵资源，由于分解的二氧化碳与燃烧烟气混在一起，不利于二氧化碳的回收和利用，因此需要隔焰加热以提高产品质量，并分离出宝贵的二氧化碳。间壁加热生产高品质产品的煅烧炉排出的烟气温度高，直接排放不仅浪费热能，而且污染大气环境，将这部分烟气余热有效利用可以减少能源浪费，增加工业炉窑的经济性和环保性。目前高温工业废气基本上都得到了很好地利用，用于生产蒸汽、用于汽轮发电等等。但是低温工业废气的热值低，利用价值不大，用于生产蒸汽发电经济效益较差，因此大部分被废弃。公开号为102287800A的专利技术专利申请公开“一种利用焦炉加热废气余热生产蒸汽的系统。该系统包括上端与焦炉废气烟道连接的余热锅炉，余热锅炉的下端通过引风机与烟囱连接，所述的余热锅炉内部从上至下依次设置过热器、蒸发器、省煤器、冷水预热器；冷水预热器的进口集箱与软化水箱连接，出口集箱连接省煤器，省煤器的出口集箱与蒸发器连接，蒸发器的蒸汽出口与过热器的进口集箱连接”。该专利申请过程简单，设备容易布置，占地面积少。但是不适宜利用工业废气余热进行发电。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氢气混合工质的余热利用系统，充分利用烟气的余热进行发电，节能减排，提高生产装置的热效率，增加企业经济效益。本专利技术的技术方案是：一种氢气混合工质的余热利用系统，所述系统包括氢反应床、混合气化器、混合气膨胀机、发电机、气液分离器、余热烟气管路、增压泵和废气排放单元。所述氢反应床设有烟气入口、烟气出口、氢气入口和氢气出口；所述混合气化器设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，混合气化器内设有烟气盘管，所述混合气膨胀机与发电机同轴连接；所述气液分离器设有混合气入口、氢气出口和凝液出口。所述余热烟气管路通过氢反应床和混合气化器的烟气盘管连接到废气排放单元。所述气液分离器的氢气出口经低压氢气管路连接到氢反应床的氢气入口，氢反应床的氢气出口通过高压氢气管路连接混合气化器的氢气入口。所述气液分离器的凝液出口通过凝液管路连接到增压泵入口，所述增压泵出口连接到混合气化器的凝液入口。所述混合气化器的混合气出口连接到混合气膨胀机入口，混合气膨胀机的出口连接到气液分离器的混合气入口。所述系统设有带液膨胀机，所述混合气膨胀机、带液膨胀机同轴或不同轴与发电机连接。所述混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机的入口，所述带液膨胀机的出口连接到气液分离器的混合气入口。所述系统设有空气进口、压缩机、空气冷却管、冷量回收器、冷凝器、液氧分离器、液氧出口和氮气排空口。所述混合气膨胀机、带液膨胀机、压缩机同轴或不同轴与发电机连接，或压缩机由电源拖动。所述空气冷却管设置在混合气化器内，冷凝器设有氢气盘管。所述液氧分离器设置混合气入口、液氧出口和氮气出口。所述空气进口连接压缩机的入口，压缩机的出口通过空气冷却管连接冷量回收器的壳程入口，冷量回收器的壳程出口通过冷凝器的壳程连接到液氧分离器的混合气入口，液氧分离器的氮气出口通过冷量回收器的管程连接到氮气排空口，液氧分离器内的液氧通过液氧出口排出；所述气液分离器的氢气出口经冷凝器的氢气盘管连接到氢反应床的氢气入口。所述氢反应床内装载金属储氢材料，低压氢气由氢气入口进入氢反应床，低压氢气被储氢材料吸收形成金属氢化物，对完成吸氢后的金属氢化物加热放出高压氢气；所述氢反应床为一级结构，或者为阶梯利用热量的多级结构；氢反应床采用循环介质加热或移热，或采用电、电磁或介质内加热的方式，或采用外加热的方式，或同时采用内外加热的方式，循环介质为氢气或其他稳定介质。所述气液分离器的氢气出口设有氢气过滤膜。所述气液分离器为冷凝式气液分离器。所述余热烟气管路的热源为发动机或工业装置排出的高温烟气，凝液管路中的凝液工质为稳定的无机工质或有机工质或液氮或惰性气体或正丁烷或丙烷。所述系统包括凝液管路、混合汽化器在内的装置具备制冷能力，该制冷能力应用于其他设备内部的冷却或可穿戴装置的冷却。所述系统不设置氢反应床，利用气液分离器的氢气出口分离出来的稳定的介质与余热烟气管路的热源换热，换热后的介质进入到混合气化器，与通过增压泵过来的液体介质混合汽化作为循环工质；调整循环工质的流量、调整设备混合气化器、混合气膨胀机、带液膨胀机、气液分离器、增压泵、压缩机、空气冷却管和冷量回收器的类型和参数，达到与实施例1-3相同的效率较高的作用。混合气化器为简单的混合装置或组合式的混合设备，保证混合气出口得到包括压力、温度在内的参数稳定的流量连续的混合气。本专利技术氢气混合工质的余热利用系统利用工业烟气的余热加热循环工质，通过工质循环驱动混合气膨胀机和带液膨胀机做功，带动发电机发电，充分回收利用了工业废热和发动机余热，有利于节能减排、环境保护和创造经济效益。氢反应床的使用使得整个系统具备了设备好选型、效率比较高、柯来浦系数高、副产液氧提供给发动机和工业装置、减少发动机的氮氧化物排放的优点。附图说明图1为本专利技术氢气混合工质的余热利用系统的流程示意图；图2为本专利技术另一种实施方案的流程示意图；图3为本专利技术第三种实施方案的流程示意图.其中：1—氢反应床、2—混合气化器、3—混合气膨胀机、4—带液膨胀机、5—发电机、6—气液分离器、7—增压泵、8—氢气过滤膜、9—低压氢气管路、10—高压氢气管路、11—余热烟气管路、12—凝液管路、13—冷凝式气液分离器、16—压缩机、20—废气排放单元、21—烟气盘管，22—空气冷却管、23—液氧分离器、24—冷量回收器、25—空气进口、26—氮气排空口、27—液氧出口、29—冷凝器。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本专利技术保护的范围。实施例1本专利技术氢气混合工质的余热利用系统如图1所示，包括氢反应床1、混合气化器2、混合气膨胀机3、带液膨胀机4、发电机5、气液分离器6、废气排放单元20和增压泵7。混合气膨胀机、带液膨胀机和发电机同轴连接。混合气化器2设有烟气盘管21、氢气入口、凝液入口和混合气出口，气液分离器6设有氢气出口、凝液出口和混合气入口，气液分离器6的氢气出口设有氢气过滤膜8。气液分离器6的氢气出口经低压氢气管路9连接到氢反应床1的氢气入口，氢反应床1的氢气出口经高压氢气管路10连接到混合气化器2的氢气入口，气液分离器6的凝液出口通过凝液管路12连接到增压泵7入口，增压泵出口连接到混合气化器2的凝液入口。混合气化器的混合气出口连接到混合气膨胀机3入口，混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机4的入口，带液膨胀机4的出口连接到气液分离器6的混合气入口。余热烟气管路通过氢反应床1和混合气化器2中的烟气盘管21连接到废气排放单元20。本实施例的循环工质为氢气和氮气，凝液管路12的凝液为液氮，运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢气混合工质的余热利用系统，其特征是：所述系统包括氢反应床（1）、混合气化器（2）、混合气膨胀机（3）、发电机（5）、气液分离器（6）、余热烟气管路（11）、增压泵（7）和废气排放单元（20），所述氢反应床设有烟气入口、烟气出口、氢气入口和氢气出口；所述混合气化器（2）设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，混合气化器（2）内设有烟气盘管（21），所述混合气膨胀机（3）与发电机（5）同轴连接；所述气液分离器（6）设有混合气入口、氢气出口和凝液出口；所述余热烟气管路通过氢反应床（1）和混合气化器（2）的烟气盘管（21）连接到废气排放单元（20）；所述气液分离器（6）的氢气出口经低压氢气管路（9）连接到氢反应床（1）的氢气入口，氢反应床（1）的氢气出口通过高压氢气管路（10）连接混合气化器（2）的氢气入口，所述气液分离器（6）的凝液出口通过凝液管路（12）连接到增压泵（7）入口，所述增压泵出口连接到混合气化器（2）的凝液入口；所述混合气化器（2）的混合气出口连接到混合气膨胀机（3）入口，混合气膨胀机的出口连接到气液分离器（6）的混合气入口。

【技术特征摘要】
1.一种氢气混合工质的余热利用系统，其特征是：所述系统包括氢反应床（1）、混合气化器（2）、混合气膨胀机（3）、发电机（5）、气液分离器（6）、余热烟气管路（11）、增压泵（7）和废气排放单元（20），所述氢反应床设有烟气入口、烟气出口、氢气入口和氢气出口；所述混合气化器（2）设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，混合气化器（2）内设有烟气盘管（21），所述混合气膨胀机（3）与发电机（5）同轴连接；所述气液分离器（6）设有混合气入口、氢气出口和凝液出口；所述余热烟气管路通过氢反应床（1）和混合气化器（2）的烟气盘管（21）连接到废气排放单元（20）；所述气液分离器（6）的氢气出口经低压氢气管路（9）连接到氢反应床（1）的氢气入口，氢反应床（1）的氢气出口通过高压氢气管路（10）连接混合气化器（2）的氢气入口，所述气液分离器（6）的凝液出口通过凝液管路（12）连接到增压泵（7）入口，所述增压泵出口连接到混合气化器（2）的凝液入口；所述混合气化器（2）的混合气出口连接到混合气膨胀机（3）入口，混合气膨胀机的出口连接到气液分离器（6）的混合气入口。2.根据权利要求1所述的氢气混合工质的余热利用系统，其特征是：所述系统设有带液膨胀机（4），所述混合气膨胀机（3）、带液膨胀机（4）同轴或不同轴与发电机（5）连接；所述混合气膨胀机（3）的出口连接到带液膨胀机（4）的入口，所述带液膨胀机的出口连接到气液分离器（6）的混合气入口。3.根据权利要求2所述的氢气混合工质的余热利用系统，其特征是：所述系统设有空气进口（25）、压缩机（16）、空气冷却管（22）、冷量回收器（24）、冷凝器（29）、液氧分离器（23）、液氧出口（27）和氮气排空口（26），所述混合气膨胀机（3）、带液膨胀机（4）、压缩机（16）同轴或不同轴与发电机连接，或压缩机（16）由电源拖动；所述空气冷却管（22）设置在混合气化器（2）内，冷凝器（29）设有氢气盘管，所述液氧分离器（23）设置混合气入口、液氧出口和氮气出口；所述空气进口（25）连接压缩机（16）的入口，压缩机（16）的出口通过空气冷却管（22）连接冷量回收器（24）的壳程入口，冷量回收器（24）的壳程出口通过冷凝器（29）的壳程连接到液氧分离器（23）的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鹏，
申请(专利权)人：上海柯来浦能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31