一种泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，采用ORC机组和特殊设计的泥浆换热器，同时实现泥浆冷却和余热发电。在满足要求的泥浆温降的前提下回收其余热，利用余热通过ORC机组进行发电，且发出的电量能满足整个系统自身用电量，如有多出的电量还可以供场区其他用电设备。该技术根据泥浆温度选择不同方案：第一种是当泥浆温度不到90℃时，回收高温段有用余热进行发电，同时满足温降需求不需额外降温；第二种是当泥浆温度90℃以上时，只回收部分余热发电，以提高效率，此时为满足温降要求，需对工业泥浆采用串联冷却器再降温。该技术既能满足泥浆冷却要求，又能回收余热发电，提高能源利用率，减少碳排放，提高企业生产效率，增加效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于余热回收领域，特别涉及一种利用需要对泥浆进行冷却并同时将泥浆余热发电的设备。本系统采用低温有机朗肯循环(orc)机组和特殊设计的泥浆换热器，将泥浆降温冷却需求和余热发电进行耦合，实现一机两用，既提高能源利用率，又降低碳排放。
技术介绍
1、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，或是燃料在完成某一工艺过程后所剩下的热量。我国工业用能领域排放大量余热，其中有一半是低品位的中低温热源，即200℃以下的烟气和100℃以下的液体、乏汽等。由于品位低，可利用温差小，回收利用较为困难。受低温余热回收的技术经济性制约，这部分余热目前很少被回收利用，大多被直接排放到环境中，进而造成能量浪费和环境污染。
2、当前不少化工工业生产场景中会产生出大量的热量，需要依靠水携带和散出，而这些余热载体有的呈现泥浆状态，但和普通泥浆不同，这些工业产生的泥浆会包含水、油、固相物以及各种必要的处理剂。为了保证系统安全稳定、长期可靠运行，需要将泥浆进行冷却，避免温度过高，进而继续吸收生产过程多余的热量，此时泥浆需要循环使用。根据冯壕辛等人的《高温钻井液高效冷却系统设计与模拟研究》可知，目前在国内类似场景往往利用泥浆冷却器或电制冷设备，通过消耗大量电能将热量直接散入外界环境中，没有考虑将泥浆中的余热回收利用，造成了明显的能源消耗和资源浪费，不利于节能减排和生产成本的控制。在考虑节能减排的同时也要考虑工业企业本身的实际需求，有必要结合冷却过程对泥浆余热进行回收利用，实现泥浆降温的同时发电，做到净零能耗降温和低碳生产。
>3、本专利技术为泥浆设计特制换热器在降低生产过程泥浆温度的同时，提取其中的热量供orc机组发电，由于泥浆降温属于硬性指标，因此当orc机组中余热回收换热器降温程度不足时采用串联冷却器进一步降温。本专利技术考虑到设备需要在企业不同厂区和位置的应用，因此设备采用集装箱撬装式模块化设计。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种化工等工业行业泥浆余热回收发电及降温一体化撬装设备，同时实现泥浆冷却和余热发电，最大限度利用泥浆中携带的热量。泥浆粘性大、杂质多、密度大、腐蚀性高、易堵塞和易磨损的特性，还含有必要添加剂及油水混合物，因此需要先通过特殊设计的换热器提取热量，然后orc机组利用该部分热量发电，发电量供系统自用的同时，如有富余，还可为井场其他设备提供能源，如泥浆泵和冷却水泵等，进而提高了能源利用率。
2、当泥浆温度较高时，不能全部回收或全部回收余热时设备尺寸较大而经济性较低时，本专利技术只回收部分高温段余热，剩余部分通过串联冷却器降温从而实现大幅温降，同时尽量减少外部电耗。因此本专利技术分为两种方案，一种方案是当泥浆温度不到90℃时，可利用高温段余热进行发电，此时经过发电后的泥浆温度可降低20℃，已经可以达到降温要求，第二种方案是当泥浆温度90℃以上时，只回收部分余热发电，发电后的泥浆温度仍较高，此时为满足温降要求，需对泥浆采用串联冷却器进一步降温，串联冷却器会消耗一定的orc发电量或orc发电量不足时也会消耗一定外部电量。
3、本专利技术的技术方案：
4、一种泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，当工业泥浆温度不到90℃时，可回收高温段有用余热进行发电，并满足温降需求；该泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统包括热管换热器1、蒸发器2、预热换热器3、膨胀机4、发电机5、发电及并网控制柜6、冷却塔7、冷却水循环泵8、工质泵9、热水循环泵10、清水水箱11、蓄电池控制器12、蓄电池组13、清水泵14和污水水箱15；
5、具体实现过程如下：
6、工业泥浆进入到热管换热器1中进行换热，把热量传递给水，水和工业泥浆不直接接触；换完热后的工业泥浆温降到达20℃时，直接回到生产现场的泥浆罐中；由热管换热器1出来的热水直接进入到蒸发器2中，用于将由预热换热器3中出来的液态制冷剂加热至气态，同时压力升高；换完热的热水由蒸发器2出来后进入到预热换热器3，此时热水和制冷剂仍有较大的温差，热水将部分热量转递给刚由工质泵9送至预热换热器3中的制冷剂，做到最大限度的利用热量；由预热换热器3出来后的热水经热水循环泵10加压送至热管换热器1中，开始新的一轮热水循环；制冷剂在预热换热器3中先开始预热，然后进入到蒸发器2，经热水加热后发生相变，变为高温高压的气态，再进入到膨胀机4，进行绝热膨胀，对外做功，推动发电机5开始发电；发电及并网控制柜6控制发出的电量，供以下设备用电，包括冷却塔7中的风机、冷却水循环泵8、工质循环泵9、热水循环泵10、蓄电池控制器12和蓄电池组13；在膨胀机4中做完功的制冷剂压力变低，进入到冷却塔7进行冷却作业；冷却塔7采用风冷与水冷相结合的冷却方式，制冷剂在管道中，不与外界接触；冷却塔7顶部配备风机，开启后将低温的空气吹送到装有制冷剂的管道进行降温；冷却水循环泵8将冷却水由冷却塔7底部输送到冷却塔顶部，加压喷射到管道上，同风机一起降温；冷却完的制冷剂变为低温低压的液态，经工质泵9加压送至预热换热器3中，开始新一轮的制冷剂循环。
7、当工业泥浆温度90℃以上时，只回收部分余热发电，以提高效率，为满足温降要求，需对工业泥浆采用串联冷却器进一步降温；该泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统包括热管换热器1、蒸发器2、预热换热器3、膨胀机4、发电机5、发电及并网控制柜6、冷却塔7、冷却水循环泵8、工质泵9、热水循环泵10、清水水箱11、蓄电池控制器12、蓄电池组13、清水泵14、污水水箱15、泥浆冷却器16和泥浆冷却泵17；
8、具体实现过程如下：
9、工业泥浆进入到热管换热器1中进行换热，把热量传递给水，水和工业泥浆不直接接触；换完热的工业泥浆进入到泥浆冷却器16，泥浆冷却器16同时采用风冷与水冷两种方式对工业泥浆进行二次降温，泥浆冷却器16顶部配备风机，开启后将低温的空气吹送到管道表面上进行降温；泥浆冷却泵17将冷却水由泥浆冷却器16底部输送到泥浆冷却器16顶部，加压喷射到管道上，同风机一起降温；当工业泥浆达到温降要求时，由泥浆冷却器16出来后回到生产现场的泥浆罐中；由热管换热器1出来的热水直接进入到蒸发器2中，用于将由预热换热器3中出来的液态制冷剂加热至气态，同时压力升高；换完热的热水由蒸发器2出来后进入到预热换热器3，此时热水和制冷剂仍有较大的温差，热水将部分热量转递给刚由工质泵9送至预热换热器3中的制冷剂，做到最大限度的利用热量；由预热换热器3出来后的热水经热水循环泵10加压送至热管换热器1中，开始新的一轮热水循环；制冷剂在预热换热器3中先开始预热，然后进入到蒸发器2，经热水加热后发生相变，变为高温高压的气态，再进入到膨胀机4，进行绝热膨胀，对外做功，推动发电机5开始发电；发电及并网控制柜6控制发出的电量，供以下设备用电，包括冷却塔7中的风机、冷却水循环泵8、工质泵9、热水循环泵10、蓄电池控制器12和蓄电池组13、泥浆冷却器16中的风机和泥浆冷却泵17；在膨胀机4中做完功的制冷剂压力变低，进入到冷却塔7进行冷却作业；冷却塔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，其特征在于，
2.一种泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，其特征在于，
3.根据权利要求3所述的泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，其特征在于，热管换热器包括换热器箱体、中间孔板、热管和折流板；
4.根据权利要求1-3任一所述的泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，其特征在于，对热管换热器(1)进行清洗作业，清洗时，蓄电池控制器(12)控制蓄电池组(13)为清水泵(14)供电，清水泵(14)将清水水箱(11)中的水加压送至热管换热器(1)中，进行清洗作业；清洗完后，打开污水阀，污水流到污水水箱(15)，污水水箱(15)用于存储污水；若系统长时间不运行时，需要将热管换热器(1)充满清水，封闭污水阀，预防锈蚀；待再次运行时，需要先打开污水阀，将热管换热器(1)中的存水放空。
【技术特征摘要】
1.一种泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，其特征在于，
2.一种泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，其特征在于，
3.根据权利要求3所述的泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，其特征在于，热管换热器包括换热器箱体、中间孔板、热管和折流板；
4.根据权利要求1-3任一所述的泥浆低温余热发电及冷却降温一体化系统，其特征在于，对热管换热器(1)...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海超，杨鹏涛，李逸博，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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