阅读说明：本技术 一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统 (High-efficiency low-temperature waste heat power generation system integrating high-efficiency evaporation and condensation technology ) 是由 张丹山 钟伟 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统,热源储罐与蒸发器通过热源输送管道构成热源循环回路；蒸发器、透平、冷凝器、抽水泵通过工质液输送管道构成工质液循环回路；透平与发电机机械传动连接；蒸发器包括蒸发器壳体、工质液换热管和热源换热管,过滤器和吸污装置；冷凝器包括冷凝器壳体、冷凝管、布液板、收液板、进液管和回液管；冷凝管外部具有加速液化体,内部具有阻流片。本发明提供的一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统,不仅能够在换热过程中过滤掉热源所含的固体杂质,避免对蒸发器的内部构件造成损害,而且能够将气态工质液彻底、快速的冷却为液态工质液,从而使发电后的流体呈液态饱和态,冷凝效果好、效率高,大大提高发电效率。(The invention discloses a high-efficiency low-temperature waste heat power generation system integrating high-efficiency evaporation and condensation technologies, wherein a heat source storage tank and an evaporator form a heat source circulation loop through a heat source conveying pipeline; the evaporator, the turbine, the condenser and the water pump form a working medium liquid circulation loop through a working medium liquid conveying pipeline; the turbine is in mechanical transmission connection with the generator; the evaporator comprises an evaporator shell, a working medium liquid heat exchange tube, a heat source heat exchange tube, a filter and a sewage suction device; the condenser comprises a condenser shell, a condensing pipe, a liquid distribution plate, a liquid collection plate, a liquid inlet pipe and a liquid return pipe; the condensing pipe is provided with an accelerating liquefaction body outside and a flow blocking sheet inside. The high-efficiency low-temperature waste heat power generation system integrating the high-efficiency evaporation and condensation technology provided by the invention can filter out solid impurities contained in a heat source in the heat exchange process, avoids damage to internal components of an evaporator, and can thoroughly and quickly cool gaseous working medium liquid into liquid working medium liquid, so that the generated fluid is in a liquid saturated state, the condensation effect is good, the efficiency is high, and the power generation efficiency is greatly improved.)

一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统

技术领域

本发明属于低温余热发电技术领域，尤其涉及一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统。

背景技术

余热按照热值来分可以分为高品质热源和低品质热源，其中，低品质热源种类较多，占余热总量的60％以上，包括工业生产中产生的热水、高温化工液体、钢铁高炉炉渣水、燃气轮机的缸套冷却水等等，这些热源由于热值较低，不能用于直接发电和工业生产，绝大部分被废弃，带来极大的资源浪费。所以如何将这些低品质热源转化为可利用的能源，成为各国研发机构和各大企业研究的重点。

在低温余热发电系统中，需要应用蒸发器进行换热作业，由于热源含有固体杂质，如果不对其进行处理，则这些杂质进入低温余热发电系统中则会造成蒸发器内部结构损坏，影响换热效率。

在低温余热发电系统中，需要应用冷凝器对气态工质液(也称为流体)进行冷却液化，而现有的冷凝器由于结构设计的缺陷，气态工质液在冷凝管中导流速度过快，很容易在未被完全液化状态下从冷凝管喷出，给余热发电系统带来麻烦。

基于上述理由，本发明设计了一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统，不仅能够在换热过程中过滤掉热源所含的固体杂质，避免对蒸发器的内部构件造成损害，而且能够将气态工质液彻底、快速的冷却为液态工质液，从而使发电后的流体呈液态饱和态，冷凝效果好、效率高，大大提高发电效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统，不仅能够在换热过程中过滤掉热源所含的固体杂质，避免对蒸发器的内部构件造成损害，而且能够将气态工质液彻底、快速的冷却为液态工质液，从而使发电后的流体呈液态饱和态，冷凝效果好、效率高，大大提高发电效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统，包括热源储罐、蒸发器、冷凝器、抽水泵、透平、发电机、热源输送管道和工质液输送管道；所述热源储罐与蒸发器通过热源输送管道构成热源循环回路；所述蒸发器、透平、冷凝器、抽水泵通过工质液输送管道构成工质液循环回路；所述透平与发电机机械传动连接；

所述蒸发器包括蒸发器壳体、工质液换热管和热源换热管，所述工质液换热管和热源换热管均贯穿蒸发器壳体设置；所述工质液换热管上沿其热源导流方向依次设置有多个用于过滤出热源中的固体杂质的过滤器，且每个所述过滤器均配套设置有将其内过滤出的固体杂质吸出的吸污装置；

所述冷凝器包括冷凝器壳体，所述冷凝器壳体具有上、下分布的冷凝室和冷却液室；所述冷凝器还包括冷凝管、布液板、收液板、进液管和回液管；所述冷凝管的管身位于冷凝室内，其管身外部具有加速液化体，其管身内部具有阻流片；所述冷凝管的两管端均位于冷凝室外，所述冷凝管的气态工质液进口以及液态工质液出口均设置有对接头；所述布液板位于冷凝室内顶部，其底部安装有若干喷淋头，且布液板通过进液管与冷却液室连通；所述收液板位于冷凝室内底部，其上表面密布进液孔，且收液板通过回液管与冷却液室连通；

所述发电机的转轴两端分别安装有涡轮，构成双边涡轮发电机结构；所述涡轮具有涡轮仓，所述涡轮位于涡轮仓内，所述涡轮仓与发电机的转轴轴封；所述涡轮仓具有气态工质液喷口，从所述气态工质液喷口喷出的气态工质液推动所述涡轮轴向旋转，且两个气态工质液喷口分别位于各自对应的涡轮的同一侧。

进一步地，所述工质液换热管位于蒸发器壳体内部的部分呈水平直通状，所述热源换热管位于蒸发器壳体内的部分呈折线状或螺旋状；所述冷凝管位于冷凝室内的部分呈S形状分布。

进一步地，所述过滤器由壳体表面密布第一滤孔构成，且在沿热源导流方向的多个过滤器中，所述第一滤孔的孔径逐渐减小；

所述过滤器的内部设置有表面密布第二滤孔的滤板，所述滤板罩设在过滤器与工质液换热管导通的输出端，且在同一过滤器中，所述第一滤孔的孔径与第二滤孔的孔径相同。

进一步地，所述加速液化体为包裹冷凝管的筒状块，所述筒状块与冷凝管一体成型。

进一步地，所述加速液化体为连接呈S形状分布的所述冷凝管的上、下管身的板块，所述板块与冷凝管一体成型，且板块从两侧向中部呈逐渐凸起状结构。

进一步地，所述阻流片分布于冷凝管的前半部分。

进一步地，至少两块所述阻流片在冷凝管的同一横截面上构成呈圆周阵列布置的一组，属于不同组的所述阻流片在前、后方位呈错位分布。

进一步地，所述吸污装置包括通过吸污管对接的吸污泵和吸污头；所述吸污管上安装有电动阀，所述吸污泵位于蒸发器壳体外部，所述吸污头位于过滤器内部；

所述吸污头包括与吸污管导通的吸污主管以及导通设置有吸污主管底部的吸污支管；

所述过滤器位于工质液换热管上方，所述蒸发器壳体内底部设置有推水机构，所述推水机构的推水方向竖直朝上；

进一步地，所述吸污主管面向过滤器输入端的端面呈锥体状结构。

进一步地，所述工质液换热管的输入端安装有第一进水阀，所述工质液换热管的输出端安装有第一出水阀；所述热源换热管的输入端安装有第二进水阀，所述热源换热管的输出端安装有第二出水阀。

进一步地，还包括气态工质液暂存容器、气态工质液增压容器、输送主管路和增压泵；液态工质液通过蒸发器换热形成的气态工质液注入气态工质液暂存容器内，所述气态工质液暂存容器通过输送主管路与气态工质液增压容器连通，所述气态工质液增压容器上设置有压力表；所述增压泵安装于输送主管路上，用于对输送至气态工质液增压容器内的气态工质液增压；还包括输送支管路和电动阀；所述气态工质液增压容器通过两条输送支管路分别与两个涡轮仓的所述气态工质液喷口连通，两个所述电动阀分别对应安装于两条输送支管路上；还包括气态工质液收集容器和回流支管路；两个所述涡轮仓分别通过回流支管路与气态工质液收集容器连通，回流至气态工质液收集容器内的气态工质液送至冷凝器进行降温冷却。

有益效果：本发明的一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统，有益效果如下：

1)能够在换热过程中过滤掉热源所含的固体杂质，避免对蒸发器的内部构件造成损害，提高换热效率；

2)通过吸污装置能够吸出过滤器内的固体杂质，避免过滤器堵塞；

3)能够将气态工质液彻底、快速的冷却为液态工质液，从而使发电后的流体呈液态饱和态，冷凝效果好、效率高；

4)通过在冷凝管外设置加速液化体，能够加速气态工质液的冷却液化，提高冷凝效率；

5)通过在冷凝管内设置阻流片，能够迫使气态工质液慢速导流，避免其导流速度过快无法被完全液化而冲出冷凝管，保证气态工质液被液化的彻底性；

6)通过双边涡轮加装模式，实现发电机的转轴的轴向力的相向抵消，能够增加机械功的利用率，提高发电效率。

附图说明

附图1为本发明的整体结构示意图；

附图2为蒸发器的结构示意图；

附图3为蒸发器的部分结构的示意图；

附图4为冷凝器的结构示意图；

附图5为第一种结构的加速液化体的冷凝管的实施例；

附图6为第二种结构的加速液化体的冷凝管的实施例；

附图7为具有双边涡轮结构的发电机及其附属结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所示，一种集高效蒸发与冷凝技术的高效率低温余热发电系统，包括热源储罐a、蒸发器b、冷凝器c、抽水泵d、透平e、发电机f、热源输送管道g和工质液输送管道h；所述热源储罐a与蒸发器b通过热源输送管道g构成热源循环回路；所述蒸发器b、透平e、冷凝器c、抽水泵d通过工质液输送管道h构成工质液循环回路；所述透平e与发电机f机械传动连接。

如附图2所示，所述蒸发器b包括蒸发器壳体1、工质液换热管2和热源换热管3，所述工质液换热管2和热源换热管3均贯穿蒸发器壳体1设置；所述工质液换热管2上沿其热源导流方向依次设置有多个用于过滤出热源中的固体杂质的过滤器4，且每个所述过滤器4均配套设置有将其内过滤出的固体杂质吸出的吸污装置5。能够在换热过程中过滤掉热源所含的固体杂质，避免对蒸发器的内部构件造成损害，提高换热效率；此外，通过吸污装置5能够吸出过滤器4内的固体杂质，避免过滤器4堵塞。

如附图4和附图5所示，所述冷凝器c包括冷凝器壳体30，所述冷凝器壳体30具有上、下分布的冷凝室30a和冷却液室30b；所述冷凝器c还包括冷凝管31、布液板32、收液板33、进液管34和回液管36；所述冷凝管31的管身位于冷凝室30a内，其管身外部具有加速液化体311，其管身内部具有阻流片312；所述冷凝管31的两管端均位于冷凝室30a外，所述冷凝管31的气态工质液进口以及液态工质液出口均设置有对接头310；所述布液板32位于冷凝室30a内顶部，其底部安装有若干喷淋头320，且布液板32通过进液管34与冷却液室30b连通；所述收液板33位于冷凝室30a内底部，其上表面密布进液孔330，且收液板33通过回液管36与冷却液室30b连通。能够将气态工质液彻底、快速的冷却为液态工质液，从而使发电后的流体呈液态饱和态，冷凝效果好、效率高；更进一步，通过在冷凝管31外设置加速液化体311，能够加速气态工质液的冷却液化，提高冷凝效率；再进一步，通过在冷凝管31内设置阻流片312，能够迫使气态工质液慢速导流，避免其导流速度过快无法被完全液化而冲出冷凝管31，保证气态工质液被液化的彻底性。

如附图7所示，所述发电机f的转轴10两端分别安装有涡轮13，构成双边涡轮发电机结构。通过双边涡轮加装模式，实现发电机f的转轴10的轴向力的相向抵消，不仅能够保证发电机f运行的安全性，而且能够增加机械功的利用率，提高发电效率。

所述涡轮13具有涡轮仓131，所述涡轮13位于涡轮仓131内，所述涡轮仓131与发电机f的转轴10轴封；所述涡轮仓131具有气态工质液喷口130，从所述气态工质液喷口130喷出的气态工质液推动所述涡轮13轴向旋转，且两个气态工质液喷口130分别位于各自对应的涡轮13的同一侧,从而能够保证两个涡轮13带动转轴10轴向旋转的方向相同。

更为具体的，所述工质液换热管2位于蒸发器壳体1内部的部分呈水平直通状，所述热源换热管3位于蒸发器壳体1内的部分呈折线状或螺旋状，进一步提高换热效率。

更为具体的，所述冷凝管31位于冷凝室30a内的部分呈S形状分布，提高气态工质液导流行程，保证液化彻底性。

如附图3所示，所述过滤器4由壳体表面密布第一滤孔40构成，且在沿热源导流方向的多个过滤器4中，所述第一滤孔40的孔径逐渐减小；所述过滤器4的内部设置有表面密布第二滤孔60的滤板6，所述滤板6罩设在过滤器4与工质液换热管2导通的输出端，且在同一过滤器4中，所述第一滤孔40的孔径与第二滤孔60的孔径相同。过滤器4能够根据固体杂质的大小实现从大到小的多级过滤，过滤更加彻底、高效。

在本发明中，加速液化体311具有两种结构的实施例，具体如下：

第一种结构，如附图5所示，所述加速液化体311为包裹冷凝管31的筒状块，所述筒状块与冷凝管31一体成型。

第一种结构，如附图6所示，所述加速液化体311为连接呈S形状分布的所述冷凝管31的上、下管身的板块，所述板块与冷凝管31一体成型，且板块从两侧向中部呈逐渐凸起状结构。

住的注意的是，所述阻流片312分布于冷凝管31的前半部分，这样阻流片312仅会对气态工质液进行流速的限制，而不会对液态工质液的流出造成任何影响，保证气态工质液液化的彻底性以及保证液态工质液流出的顺畅性。

如附图5或附图6所示，至少两块所述阻流片312在冷凝管31的同一横截面上构成呈圆周阵列布置的一组，属于不同组的所述阻流片312在前、后方位呈错位分布，这样阻流片312就能够对气态工质液形成较好的阻流效果。

更为具体的，两个对接头310均为阀门，其中，安装于冷凝管31的液态工质液出口的阀门为防回流阀门，避免液态工质液回流。

冷却液室30b内的冷却液为冷水，能够降低成本。

进液管34上安装有用于提供进液动力的动力泵35。

如附图3所示，所述吸污装置5包括通过吸污管52对接的吸污泵51和吸污头53；所述吸污管52上安装有电动阀54，所述吸污泵51位于蒸发器壳体1外部，所述吸污头53位于过滤器4内部。所述吸污头53包括与吸污管52导通的吸污主管531以及导通设置有吸污主管531底部的吸污支管532。吸污装置5结构简单，使用方便。

所述过滤器4位于工质液换热管2上方，所述蒸发器壳体1内底部设置有推水机构6，所述推水机构6的推水方向竖直朝上，提高热源的流动性，能够进一步提高换热效率。作为一种优选，推水机构6为通过防水电机驱动的桨叶构成。

值得注意的是，所述吸污主管531面向过滤器4输入端的端面呈锥体状结构，降低热源输送进入的阻力。

所述工质液换热管2的输入端安装有第一进水阀2a，所述工质液换热管2的输出端安装有第一出水阀2b；所述热源换热管3的输入端安装有第二进水阀3a，所述热源换热管3的输出端安装有第二出水阀3b。其中，第一进水阀2a和第二进水阀3a均为防回流的单向阀，避免热源以及工质液回流。

如附图7所示，还包括气态工质液暂存容器16、气态工质液增压容器15、输送主管路17和增压泵9；液态工质液通过蒸发器b换热形成的气态工质液注入气态工质液暂存容器16内，所述气态工质液暂存容器16通过输送主管路17与气态工质液增压容器15连通，所述增压泵9安装于输送主管路17上，用于对输送至气态工质液增压容器15内的气态工质液增压；还包括输送支管路7和电动阀11；所述气态工质液增压容器15通过两条输送支管路7分别与两个涡轮仓131的所述气态工质液喷口130连通，两个所述电动阀11分别对应安装于两条输送支管路7上。气态工质液被增压后，能够大大增强其喷出时的爆发力，动力强劲，提高转轴10转速，进而提高发电效率。

还包括气态工质液收集容器14和回流支管路8；两个所述涡轮仓131分别通过回流支管路8与气态工质液收集容器14连通，回流至气态工质液收集容器14内的气态工质液送至冷凝器c进行降温冷却。

所述气态工质液增压容器15上设置有压力表12，便于随时观察气态工质液增压容器15内的压力情况，判断增压操作的进行与否。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。