【技术实现步骤摘要】
一种超低温余热发电系统和超低温余热发电设备
本专利技术涉及余热发电、超低温余热发电、热水发电等
，尤其涉及一种采用低温发电工质液空或液氮的低温超临界发电技术；通过液氮等低温工质吸收10℃以上的超低温余热的热能并发电输出，并且是一种很高效率的低温余热、超低温余热发电系统或者设备。
技术介绍
在现代工业中，通过内燃机能量平衡可知，燃料通过燃烧所释放的能量中，对外输出的有用功在总功中的比重仅占25％～45％左右。其余部分未能得到充分利用，而是被冷却系统、发动机排气所带走。如能将排出的能量进行利用，不仅实现内燃机功率与热效率提升，还将极大的提高能源的利用率。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。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％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。余热利用作为当前节能工作的热点之一，广泛的分布于各种重工业企业和轻工业企业中；余热的存量非常丰富，大多数企业的这部分热量由于技术或是工艺的限制没有利用，...
【技术保护点】
1.一种超低温余热发电系统和超低温余热发电设备，其特征在于，包括依次连通的低温液体储罐、低温液体泵、乏汽回热器低温管道、主换热器、低温工质超临界气轮机、乏汽回热器高温管道以及节流阀构成；所述节流阀出口连接低温液体储罐入口形成循环；/n所述低温液体储罐设置有限压阀安全阀保护设备，并具有高效保温绝热的低温工质存储的压力容器；所存储的工质为标准大气压下，沸点温度低于零摄氏度的低温液体发电工质；/n所述低温液体泵为提升低温液体发电工质压力的驱动设备；所述低温液体泵设置在低温液体储罐与乏汽回热器低温管道之间；/n所述主换热器是与热源进行换热的主要设备，设置在所述乏汽回热器低温管道出口...
【技术特征摘要】
1.一种超低温余热发电系统和超低温余热发电设备，其特征在于，包括依次连通的低温液体储罐、低温液体泵、乏汽回热器低温管道、主换热器、低温工质超临界气轮机、乏汽回热器高温管道以及节流阀构成；所述节流阀出口连接低温液体储罐入口形成循环；
所述低温液体储罐设置有限压阀安全阀保护设备，并具有高效保温绝热的低温工质存储的压力容器；所存储的工质为标准大气压下，沸点温度低于零摄氏度的低温液体发电工质；
所述低温液体泵为提升低温液体发电工质压力的驱动设备；所述低温液体泵设置在低温液体储罐与乏汽回热器低温管道之间；
所述主换热器是与热源进行换热的主要设备，设置在所述乏汽回热器低温管道出口与低温工质超临界气轮机之间；
所述主换热器又分为低温主换热器和/或高温主换热器；所述低温主换热器包括但不仅限于热水换热器、冷凝器、冷却器、风道换热器、空气换热器、设备冷却器、低温余热换热器、超低温余热换热器，的任意一种或多种组合；所述高温主换热器包括但不仅限于中高温余热换热器、锅炉、余热锅炉的任意一种或者多种组合；
所述低温工质超临界气轮机的入口连接主换热器出口，所述低温工质超临界气轮机排气管道出口连接乏汽回热器高温管道入口；
所述低温工质超临界气轮机主蒸汽管输入的高压气体，温度必须明显高于低温发电工质的临界温度；所述低温工质超临界气轮机排出的乏汽温度，达到或者略高于所述低温发电工质的临界温度；
所述低温工质超临界气轮机主蒸汽管输入的高压气体压力，必须明显高于低温发电工质的临界压力；所述低温工质超临界气轮机排出的乏汽压力，达到或者接近所述低温发电工质的临界压力；
所述乏汽回热器高温管道与乏汽回热器低温管道充分的换热，共同构成高效换热的乏汽回热器；所述乏汽回热器单独设置或者与所述低温工质超临界气轮机组合到一起；
所述节流阀为一种节流降压装置，所述节流降压装置包括但不仅限于节流阀、截止阀、膨胀阀；
储存在所述低温液体储罐中的低温发电工质，通过低温液体泵提升压力；流经乏汽回热器低温管道，输送至所述主换热器中吸收外界热能，体积迅速膨胀，形成高温高压气体后，输送并驱动所述低温工质超临界气轮机高速旋转输出机械能或者带动发电机输出电能；所述低温工质超临界气轮机排出的乏汽，温度达到低温发电工质的临界温度，令低温液体泵输出的极其低温液体冷凝临界温度的高温乏汽；
所述低温工质超临界气轮机属于一种将高温高压气体能量转换成为机械功的旋转动力机械，又称气体透平，所述气体透平包括但不仅限于气轮机、气动机、气体螺杆膨胀机、气体透平膨胀机；
所述低温工质超临界气轮机设备的构造，需要满足低温发电工质的密度、成分、温度、以及压力的物理特性；
所述低温工质超临界气轮机的低温零部件需要采用耐低温材料，包括但不仅限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢。
2.根据权利要求1所述的超低温余热发电系统和超低温余热发电设备，其特征在于，还包括有膨胀机或叶轮机，所述膨胀机或叶轮机设置在乏汽回热器高温管道出口与低温液体储罐入口之间；所述膨胀机或叶轮机为一种节流降压装置，包括但不仅限于透平膨胀机、螺杆膨胀机，所述膨胀机或叶轮机的入口为高压，出口为低压，所述膨胀机或叶轮机高速旋转输出机械能或带动发电机输出电能；
所述膨胀机或叶轮机在实现节流降压同时，消耗高压流体内能对外做功，膨胀机或叶轮机在对外做功同时，实现对流经膨胀机或叶轮机的高压流体更深制冷，并将更低温的低温工质液体，返回到低温液体储罐中储存备用；
所述膨胀机单独设置或者关闭节流阀，所有高压流体进入所述膨胀机做功，高压流体经所述膨胀机实现节流降压，同时消耗所述高压气体的内能对外做功和实现深冷，令乏汽的液体返回低温液体储罐中储存备用；同时输出机械能或者带动发电机旋转输出电能；
优选的，所述膨胀机与所述节流阀同时设置；所述膨胀机与所述节流阀为并联关系，共同设置在所述乏汽回热器高温管道出口与所述低温液体储罐入口之间；
进一步的，当所述乏汽回热器高温管道出口所输出的高压乏汽流体为气液混合状态时，优选的，高压液体通过所述节流阀节流降压后返回低温液体储罐中储存；高压气体经所述膨胀机节流降压，同时消耗所述高压气体的内能做功和深冷，令乏汽的液体返回低温液体储罐中储存；同时输出机械能或者带动发电机旋转输出电能；
进一步的，所述节流阀入口与所述膨胀机入口之间还设置有气液分离器，所述气液分离器输出的液体连通所述节流阀入口；所述气液分离器输出的高压气体，输入并驱动所述膨胀机高速旋转输出机械能或者带动发电机输出电能；在做功的同时消耗所述高压流体的内能，令低温低压液体返回所述低温液体储罐中储存备用。
3.根据权利要求1-2所述的超低温余热发电系统和超低温余热发电设备，其特征在于，所述低温液体储罐还设置有降温装置，所述降温装置包括依次连接的所述低温液体储罐、压缩机、冷凝器，第二节流阀或者第二膨胀机或叶轮机构成；所述压缩机单独设置或者同轴连接膨胀机；或者在同轴连接的膨胀机和压缩机转轴上，再同轴连接一套电动发电一体机；
所述压缩机启动或者压缩机动力不够时，所述电动发电一体机为电动机，消耗电能输出动力驱动所述压缩机；当所述膨胀机输出的机械能大于所述压缩机的动力需求时，所述电动发电一体机则为发电机，将所述膨胀机高速旋转产生的多余机械能转为电能输出；
优选的，所述压缩机与所述膨胀机为同轴连接的一体设备；所述膨胀机高速旋转驱动同轴连接的压缩机高速旋转；所述压缩机吸收从低温液体储罐中蒸发出来的低温气体并进行压缩，通过设置在乏汽回热器高温管道出口与膨胀机之间的冷凝器，将所述压缩机压缩气体所产生出来的热能，释放到膨胀机入口前端的低温工质流体中；
所述膨胀机单独设置时，所述冷凝器设置在所述乏汽回热器高温管道出口与所述膨胀机入口之间；当系统中设置有所述节流阀时，所述冷凝器设置在气液分离器高压气体出口与所述膨胀机之间；
令所述冷凝器高温端与所述膨胀机入口端的高压流体换热，令所述冷凝器的低温端与乏汽回热器高温管道出口的高压流体换热；所述冷凝器连接所述压缩机出口的一端为冷凝器高温端；
所述低温液体储罐中的低温液体所蒸发出的气体，携带着大量的气化潜热，经低温液体储罐顶部收集以及管道输送至所述压缩机后，被压缩机压缩并通过所述冷凝器，令高压气体冷凝成液体，再经第二节流阀或第二膨胀机节流降压制冷后，返回低温液体储罐中；
优选的，当用第二膨胀机实现节流降压做功和实现更加深冷时，所述第二膨胀机入口为高压流体，出口为低压流体，驱动所述第二膨胀机或叶轮机高速旋转做功输出机械能，并对所流经的高压流体更深制冷，令更低温液体返回所述低温液体储罐中储存备用；进一步的，第二膨胀机同轴连接第二压缩机，所述第二压缩机为增压机，设在所述压缩机与所述冷凝器之间；提升冷凝器中流体工质的压力。
4.根据权利要求1-3所述的超低温余热发电系统和超低温余热发电设备，其特征在于，所述降温装置或者所述压缩冷凝系统还有提高低温液体储罐中气体密度的技术方案，所述技术方案通过提高低温工质超临界气轮机排气管道排出乏汽的压力，进而提高膨胀机的输出压力，提高低温液体储罐中的气体密度；
令所述压缩机不断的将低温液体储罐中的高密度气体压缩，经冷凝器释放能量后还原成为液体；经第二节流阀或者第二膨胀机或者叶轮机节流降压后，返回低温液体储罐中。
5.根据权利要求1-4所述的超低温余热发电系统和超低温余热发电设备，其特征在于，所述主换热器设置有低温主换热器，所述低温主换热器与低温余热资源、超低温余热资源充分的换热；
所述低温余热资源、超低温余热资源，包括但不仅限于各种热水资源、冷凝器、冷却器、地热资源、低温烟道换热器、设备散热器、空气换热器、太阳能光热换热器的任意一种或多种组合；
优选的，所述主换热器还设置有高温主换热器，所述高温主换热器与高温余热资源换热；所述高温余热资源包括但不仅限于焚烧炉、内燃机尾气、高温烟气余热、高温炉渣余热、水泥窑余热、浮法玻璃余热、石化高温余热、冶炼行业高温渣余热的任意一种或多种组合；
所述低温主换热器管道和/或高温主换热器管道中的极其低温发电工质，吸收所述超低温余热、低温余热、中温、高温余热资源或者太阳能光热资源所产生的高温热能后，所述低温发电工质吸热形成高温高压气体，输入并驱动所述低温工质超临界气轮机高速旋转对外输出机械能或者带动发电机旋转对外输出电能；
进一步的，还包括有燃烧系统；由依次连通的燃料存储器、控制器和锅炉构成；所述锅炉由燃烧器和所述高温主换热器管道构成；
所述燃料存储器中的燃料，经过控制器的调节与控制后，被输送至所述锅炉的燃烧器中燃烧，产生的高温热能量加热所述高温主换热器管道；所述高温主换热器管道中的低温发电工质，受到高温加热后形成高温高压气体，输入并驱动所述低温工质超临界气轮机高速旋转对外输出机械能，或者带动发电机高速旋转对外输出电能；
所述燃料包括但不仅限于工业可燃废固体、可燃废气体、生活垃圾、树叶秸秆、废轮胎、沼气的任意一种或者多种组合；
进一步的，高温主换热器和/或锅炉烟道外，还设置有低温主换热器，所述低温主换热器充分吸收锅炉中可燃气体燃烧所产生出来的热能，充分利用可燃气体燃烧所产生出的热能量进行做功和发电；
进一步的，所述低温主换热器还与其他发热设备进行换热，充分的吸收其他发热设备的热...
【专利技术属性】
技术研发人员：翁志远，
申请(专利权)人：北京宏远佰思德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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