本发明专利技术提供一种套管式热管有机介质蒸发中低温烟气余热发电系统,属于能源与环境技术领域。包括热管换热系统、有机朗肯循环的工质循环回路、中低温烟气排烟管路、供热热水回路和冷却水回路,采用热管替代锅炉的上升管及下降管,热管换热系统包括热管、烟气换热器和锅筒,烟气换热器和锅筒为立式一体化套管结构,管式烟气换热器外套于锅筒上,热管倾斜设置于烟气换热器和锅筒中,其下部置于烟气换热器中、上部置于锅筒中,使用甲苯、三氟二氯乙烷、丙烷、五氟丙烷等作循环工质,热管工作液采用20%热管体积的软化脱盐水。具有蒸汽发生器所占空间小、有效工作热管短、热量损失小、换热效率高等优点,可根据供热负荷需求调节有机朗肯循环的排气回热量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种套管式热管有机介质蒸发中低温烟气余热发电系统,属于能源与环境
技术介绍
目前,中低温烟气余热发电系统采用锅炉的上升管和下降管进行换热,其在使用一定时间后,会因与烟气的长时间接触而发生腐蚀和破裂,使有机工质泄露到烟道中,导致有机工质的浪费和换热效率的下降,而锅炉的上升管和下降管的更换非常困难,不利于系统的正常运行和成本控制。热管是热管换热器的最基本元件,从其外观来看,通常是一根有翅片或无翅片的普通圆管,其主要结构特点表现在管内。热管由管壳、毛细多孔材料(管芯)和蒸汽腔(蒸汽通道)所组成。从传热状况看,热管沿轴向可分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分。工作时, 蒸发段因受热而使其毛细材料中的工作液体蒸发,蒸汽流向冷凝段,在这里由于受到冷却使蒸汽凝结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细力作用流回蒸发段。如此循环不已,热量由热管的一端传至另一端。由于汽化潜热大,所以在极小的温差下就能把大量的热量从热管的蒸发段传至冷凝段。热管的管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构,通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式紧贴内壁以减少接触热阻,衬里也可由多孔陶瓷或烧结金属构成。性能优良的管芯应具有①足够大的毛细抽吸压头,1I1较小的液体流动阻力,既有较高的渗透率;③良好的传热特性,即有较小的径向热阻。因而,管芯的结构有很多种,大致可分为以下几类①紧贴管壁的单层及多层网芯; ②烧结粉末管芯,它是由一定目数的金属粉末或金属丝网烧结在管内壁面而成,G1轴向槽道式管芯,它是在管壳内壁开轴向细槽,以提供毛细压头及液体回流通道,槽的截面形状可有矩形,梯形等多种;④组合管芯。一般管芯往往不能同时兼顾毛细抽吸力及渗透率,组合管芯既能兼顾毛细力和渗透率,从而获得高的轴向传热能力,而且大多数管芯的径向热阻甚小。他基本上把管芯分成两部分,一部分起毛细抽吸作用,一部分起液体回流通道作用。热管的工作液要有较高的汽化潜热、导热系数,合适的饱和压力及沸点,较低的粘度及良好的稳定性。工作液体还应有较大的表面张力和润湿毛细结构的能力,使毛细结构能对工作液作用并产生必须的毛细力。工作液还不能对毛细结构和管壁产生溶解作用,否则被溶解的物质将积累在蒸发段破坏毛细结构。由于热管结构和工作液工作的优点,将其用于替代锅炉的上升管和下降管,不仅可以大大提高锅炉的工作效率,使蒸汽温度更高,而且能够避免烟道内有机工质管子因长期受烟气冲刷而腐蚀破裂、导致有机工质泄露和换热效率下降等问题
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种套管式热管有机介质蒸发中低温烟气余热发电系统,通过热管替代锅炉的上升管和下降管,采用锅筒和烟气换热器为一体的套管式热管换热系统,减小占地空间和热管与空气换热损失,避免因烟气腐蚀而导致的换热效率下降和工质泄漏等。本专利技术的技术方案是套管式热管有机介质蒸发中低温烟气余热发电系统,包括热管换热系统,有机工质朗肯循环回路,中低温烟气排烟管路,供热热水回路和冷却水回路;热管换热系统包括热管2、烟气换热器3和锅筒1,烟气换热器3和锅筒1为立式一体化套管结构,管式烟气换热器3外套于锅筒1上;热管2倾斜设置于烟气换热器3和锅筒1 中,其下段置于烟气换热器3中、上段置于锅筒1中;有机工质朗肯循环回路由储液罐17、 加压泵13、排气回热加热器8、有机工质循环泵4、锅筒1、透平5、三通调节阀7、热水加热器 9、凝结器11、以及将它们连接的管道构成,加压泵13经管道连接于储液罐17出口与排气回热加热器8内换热管入口之间,循环泵4经管道连接于排气回热加热器8内换热管出口与锅筒1入口之间,锅筒1上部经管道与透平5进口连接,透平5出口经三通调节阀7分别与排气回热加热器8进气口和热水加热器9进气口连接,凝结器11的进气口和出气口经管道分别与热水加热器9出气口和储液罐17入口连接;中低温烟气排烟管路由烟气换热器3、 热水预热器14、排烟风机16、以及将它们连接的管道构成,烟气换热器3入口接中低温烟气管道、出口经管道接热水预热器14进气口,热水预热器14出气口经排烟风机16和管道与烟囱连接;供热热水回路由热水预热器14内换热管、回水泵15、热用户、热水加热器9内换热管、以及将它们依次连接的管道构成;冷却水回路由冷却塔10、冷却水循环泵12、凝结器 11、以及将它们连接的管道构成,冷却水循环泵12经管道连于凝结器11内换热管入口和冷却塔10底部出口之间,凝结器11内换热管出口与冷却塔10上端布水管连接。所述有机朗肯循环工质为甲苯、三氟二氯乙烷(R123)、丙烷(似90)、五氟丙烷 (R245fa)、戊烷(R601)、异戊烷(R601a)、正戊烷(C5H12)、正己烷(C6H14)、丁烷(R600)、异丁烷(R600a)、四氟乙烷(R13^)中的一种或几种的任意混合物,根据实际需要具体选择。所述热管2为蒸发段和冷凝段上设有强化传热的翅片的热虹吸管,其垂直倾斜角为30 60°(热虹吸管与垂直方向之间的夹角)。热虹吸管的倾斜角度、长度和翅片的数量, 均根据实际需要具体确定。所述热管2内工作液的数量为热管内腔体积的15 30%,具体根据实际需要确定, 工作液为软化脱盐水。本专利技术依据有机朗肯循环系统选定的工质种类,按需要的发电容量及供热负荷配备并安装锅筒、热管、烟气换热器、有机工质循环泵、工质加压泵、排气回热加热器、透平、励磁发电机、供热水加热器、凝结器、热水预热器、排烟风机、冷却塔等设备及其管路与配件; 根据有机朗肯循环的管路容积计算循环工质的充注量,将循环工质计量充入循环管路中。本专利技术的工作原理是热管2的下段(蒸发段)置于烟气换热器3中,使得从锅炉引过来的中低温烟气的热量传给热管的蒸发段,热管2中的工作液被加热蒸发,流向热管2的上段(冷凝段),在热管2冷凝段将其热量传给锅筒1中的循环有机工质,之后热管2中的工作液被冷却又流回蒸发段;从储液罐17出来的液体工质经工质加压泵13加压至蒸发压力, 进入排气回热加热器8中预热,预热后的低温有机工质,经有机工质循环泵4加压进入锅筒 1与热管2冷凝段进行热交换,使低温有机工质被加热蒸发,有机工质在锅筒1中进行汽水分离,有机工质蒸汽就从锅筒1的上部流出,送入透平(膨胀机)5做功输出轴功,驱动励磁发电机6发电,乏汽则经分流三通调节阀7分两路一路进排气回热加热器8预热从储液罐 17出来经工质加压泵13加压至蒸发压力来的液态工质、另外一路直接与从排气回热加热器8出来的工质蒸气混合进入供热水加热器9加热循环热水,之后进入凝结器11冷凝,流入工质储液罐17,完成一次循环;把锅炉中低温烟气引入热管2的下段(蒸发段)进行热交换,之后进入热水预热器14对回水预热,最后经排烟风机16加压排至烟@ ;从热用户来的回水经回水泵15输送至热水预热器14预热,之后进入热水加热器9完成热水的加热过程; 从冷却塔10来的冷却水经冷却水循环泵12输送至有机朗肯循环的凝结器11,完成对循环工质乏汽的凝结,之后返回冷却塔10布水管,经冷却后集于塔底集水盘,完成一个循环。通过透平乏汽管路上设置的分流三通调节阀7,可根据用户对供热负荷的需求调节有机朗肯循环的排气回热量。本系统采用热管替代锅炉的上升管和下降管,配合锅筒与烟气换热器为一体的套管式换热系统和有机工质朗肯循环回路,形成中低温烟气余本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:王辉涛,陈蓉,王华,张竹明,葛众,
申请(专利权)人:昆明理工大学,
类型:发明
国别省市:
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