蒸汽凝液余热发电装置
阅读说明：本技术 蒸汽凝液余热发电装置 (Steam condensate waste heat power generation device ) 是由 丁文瑶 赖达辉 温润娟 王伟 金政伟 张安贵 井云环 庄壮 张智敏 徐金华 颜蜀 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及余热回收,公开了一种蒸汽凝液余热发电装置,其中,所述蒸汽凝液余热发电装置包括中压闪蒸器(1)、连接于中压闪蒸器(1)的第一凝液输出管(20)、低压闪蒸器(6)、连接于所述低压闪蒸器(6)的第二凝液输出管(15)以及分别与所述第一凝液输出管(20)和所述第二凝液输出管(15)热耦合的有机朗肯循环发电组件。通过上述技术方案,有机朗肯循环发电组件的换热件通过有机换热剂可以与第一凝液输出管中的凝液和第二凝液输出管中的凝液进行热交换,以吸收凝液中的热能,并将热能用于发电,可以充分地利用闪蒸后排出的凝液中的热量,提高了能量利用率,实现节能减排。(The invention relates to waste heat recovery and discloses a steam condensate waste heat power generation device, wherein the steam condensate waste heat power generation device comprises a medium-pressure flash evaporator (1), a first condensate output pipe (20) connected with the medium-pressure flash evaporator (1), a low-pressure flash evaporator (6), a second condensate output pipe (15) connected with the low-pressure flash evaporator (6) and an organic Rankine cycle power generation assembly thermally coupled with the first condensate output pipe (20) and the second condensate output pipe (15) respectively. Through the technical scheme, the heat exchange piece of the organic Rankine cycle power generation assembly can exchange heat with the condensate in the first condensate output pipe and the condensate in the second condensate output pipe through the organic heat exchange agent to absorb heat energy in the condensate and use the heat energy for power generation, so that heat in the condensate discharged after flash evaporation can be fully utilized, the energy utilization rate is improved, and energy conservation and emission reduction are realized.)
技术领域
本发明涉及余热回收领域，具体地涉及一种蒸汽凝液余热发电装置。
背景技术
煤化工行业是低温余热(温度低于200℃的热源)排放量较大的行业之一。煤化工装置低温余热主要来源有两方面：一是煤化工生产中自身热量利用后温度较低的余热；二是高中温热源被有效利用后仍有热量的余热。虽然这一类的余热资源较高温热源的品位低，但数量庞大、分布范围广。过去化工领域只注重较高品位热源的回收利用，加之低品位余热回收技术基础薄弱的限制，低温余热资源的回收利用没有得到足够的重视。
目前回收低温余热的常用方法主要包括中间介质法及闪蒸法。闪蒸法主要是对低温水或汽水混合物进行动力回收。当热源温度不高，宜采用中间介质法，主要是通过间接转化能量的方式进行余热回收。近年来工业生产中采用余热回收的技术包括吸附制冷技术、溴化锂吸收式制冷技术、热管技术、热泵技术以及有机朗肯循环技术等。
在煤化工工艺中会产生不同温度等级的蒸汽凝液或汽水混合物，高、中温度的蒸汽凝液或汽水混合物则通过闪蒸法进一步回收部分热量，剩下温度低的凝液(通常温度为80～160℃、压力为0.3～0.6MPa)则通过空冷器或冷却水换热器降温到一定温度(通常温度为40～80℃)，经过处理后作为动力装置锅炉用水。此种方法不仅未充分利用装置能源，而且还需要消耗额外的电或循环水。且由于蒸汽系统调整不及时，以及高温天气空冷器或循环水换热器换热效果差等原因，导致系统压力高而不得不放空的现象，造成大量干净的凝液浪费，亦带来不良的环境效应。
在50万吨/年甲醇制丙烯(MTP)工艺中，中压凝液、低压凝液分别在中压凝液闪蒸罐和低压凝液闪蒸罐中经过闪蒸，回收部分热量后，得到150℃、0.45MPa、420t/h的凝液，为使凝液达到水处理中心的接收要求，需将凝液经过常压闪蒸罐再次闪蒸，闪蒸出的蒸汽被空冷器冷却，底部出口的102℃凝液则通过大量冷却水降温至70℃，至水处理中心处理为脱盐水。此种凝液回收的方法不仅没有充分利用150℃、0.45MPa、420t/h的凝液热量，还消耗了大量的电及冷却水。在冬季蒸汽系统调整不及时时，系统压力高，需通过低低压饱和蒸汽放空线，进行放空，以降低系统压力。夏季高温天气，由于冷却水换热器或空冷器换热效果差，导致系统压力高，需通过常压闪蒸罐顶部空冷器放空线进行放空，以降低系统压力，造成大量的干净凝液以蒸汽的形式被排放到大气中。
发明内容
本发明的目的是提供一种蒸汽凝液余热发电装置，以解决不能充分回收蒸汽凝液余热的问题
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种蒸汽凝液余热发电装置，其特征在于，所述蒸汽凝液余热发电装置包括中压闪蒸器、连接于中压闪蒸器的第一凝液输出管、低压闪蒸器、连接于所述低压闪蒸器的第二凝液输出管以及分别与所述第一凝液输出管和所述第二凝液输出管热耦合的有机朗肯循环发电组件。
可选择的，所述中压闪蒸器连接有中压凝液输入管，所述第一凝液输出管连接于所述低压闪蒸器，所述第一凝液输出管旁接有低压凝液输入管。
可选择的，所述有机朗肯循环发电组件包括热耦合于位于所述低压凝液输入管下游的所述第一凝液输出管的蒸发器、热耦合于所述第二凝液输出管的预热器、第一膨胀机、第一冷却器和第一压力泵，所述蒸发器、所述第一膨胀机、所述第一冷却器、所述第一压力泵和所述预热器通过管路依次连接形成闭环循环。
可选择的，所述有机朗肯循环发电组件包括热耦合于位于所述低压凝液输入管下游的所述第一凝液输出管的蒸发器、第一膨胀机、第一冷却器和第一压力泵，所述蒸发器、所述第一膨胀机、所述第一冷却器和所述第一压力泵通过管路依次连接形成闭环循环；所述有机朗肯循环发电组件包括热耦合于所述第二凝液输出管的预热器、第二膨胀机、第二冷却器和第二压力泵，所述预热器、所述第二膨胀机、所述第二冷却器和所述第二压力泵通过管路依次连接形成闭环循环。
可选择的，所述中压闪蒸器连接有中压凝液输入管，所述第二凝液输出管上设置有混合器，所述第一凝液输出管连接于所述混合器。
可选择的，所述有机朗肯循环发电组件包括热耦合于所述第一凝液输出管的蒸发器、热耦合于位于所述混合器下游的所述第二凝液输出管的预热器、第一膨胀机、第一冷却器和第一压力泵，所述蒸发器、所述第一膨胀机、所述第一冷却器、所述第一压力泵、所述预热器通过管路依次连接形成闭环循环。
可选择的，位于所述蒸发器上游的所述第一凝液输出管旁接有低压凝液输入管，位于所述低压凝液输入管和所述蒸发器之间的所述第一凝液输出管通过旁接管路连接于所述低压闪蒸器。
可选择的，所述低压闪蒸器连接有低压凝液输入管。
可选择的，所述中压闪蒸器连接有第一蒸汽输出管，所述低压闪蒸器连接有第二蒸汽输出管。
可选择的，所述蒸汽凝液余热发电装置用于煤化工蒸汽凝液。
通过上述技术方案，有机朗肯循环发电组件的换热件通过有机换热剂可以与第一凝液输出管中的凝液和第二凝液输出管中的凝液进行热交换，以吸收凝液中的热能，并将热能用于发电，可以充分地利用闪蒸后排出的凝液中的热量，提高了能量利用率，实现节能减排。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的蒸汽凝液余热发电装置的原理图；
图2是本发明第二实施方式的蒸汽凝液余热发电装置的原理图；
图3是本发明第三实施方式的蒸汽凝液余热发电装置的原理图；
图4是本发明第四实施方式的蒸汽凝液余热发电装置的原理图；
附图标记说明
1-中压闪蒸器，2-蒸发器，3-第一膨胀机，4-第一冷却器，5-第一压力泵，6-中压闪蒸器，7-预热器，8-第二膨胀机，9-第二冷却器，10-第二压力泵，11-中压凝液输入管，12-第一蒸汽输出管，13-低压凝液输入管，14-第二蒸汽输出管，15-第二凝液输出管，16-第一阀门，17-第二阀门，18-第三阀门，19-第四阀门，22-第五阀门，23-旁接管路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明公开了一种蒸汽凝液余热发电装置，其中，所述蒸汽凝液余热发电装置包括中压闪蒸器1、连接于中压闪蒸器1的第一凝液输出管20、低压闪蒸器6、连接于所述低压闪蒸器6的第二凝液输出管15以及分别与所述第一凝液输出管20和所述第二凝液输出管15热耦合的有机朗肯循环发电组件。
中压闪蒸器1可以对中压凝液进行闪蒸处理，并分离得到低压蒸汽和低压凝液；类似的，低压闪蒸器6可以对低压蒸汽凝液进行闪蒸处理，并分离得到低低压蒸汽和低低压凝液；其中，中压凝液的压力可以大约为3.5MPa，低压凝液的压力可以大约为0.5MPa，当然，在其他实施方式中，中压凝液和低压凝液也可以为其他存在一定压力差的两种凝液。
本方案中，有机朗肯循环发电组件包括换热件以及能够利用蒸汽热量的发电设备，换热件通过有机换热剂可以与第一凝液输出管20中的凝液和第二凝液输出管15中的凝液进行热交换，以吸收凝液中的热能，并将热能用于发电，可以充分地利用闪蒸后排出的凝液中的热量，提高了能量利用率，实现节能减排。
其中，所述中压闪蒸器1连接有中压凝液输入管11，所述第一凝液输出管20连接于所述低压闪蒸器6，所述第一凝液输出管20旁接有低压凝液输入管13。参考图1和图2所示，中压闪蒸器1连接有中压凝液输入管11，通过中压凝液输入管11可以向中压闪蒸器1中输入中压凝液，中压闪蒸器1的底部连接有第一凝液输出管20，第一凝液输出管20连接于低压闪蒸器6，并且还旁接有低压凝液输入管13，通过低压凝液输入管13可以向第一凝液输出管20中输入低压凝液，第一凝液输出管20可以将低压凝液输入到低压闪蒸器6中，其上设置有第二阀门17，以控制第一凝液输出管20。在此实施方式中，中压闪蒸器1与低压闪蒸器6串联作业，中压闪蒸器1产出的低压凝液与外部输入的低压凝液被一起输送到低压闪蒸器6。
根据本发明的第一种实施方式，参考图1所示，所述有机朗肯循环发电组件包括热耦合于位于所述低压凝液输入管13下游的所述第一凝液输出管20的蒸发器2、热耦合于所述第二凝液输出管15的预热器7、第一膨胀机3、第一冷却器4和第一压力泵5，所述蒸发器2、所述第一膨胀机3、所述第一冷却器4、所述第一压力泵5和所述预热器7通过管路依次连接形成闭环循环。在图1所示的实施方式中，只设置了一个闭环的循环，形成有机朗肯循环发电组件，其包括两个换热设备，即蒸发器2和预热器7，蒸发器2在低压凝液输入管13的下游热耦合于第一凝液输出管20，以吸收低压凝液中的热能，使得有机换热剂蒸发形成蒸汽，有机换热剂蒸汽在第一膨胀机3中膨胀降压以向外输出机械能，从而带动发电机发电；有机换热剂蒸汽被膨胀降压后进一步地到达第一冷却器4被冷却为液体，第一压力泵对液体加压以提供循环动力，然后在预热器7中吸收第二凝液输出管15中的凝液的热能，随后进入到蒸发器2中继续吸收第一凝液输出管20中凝液的热能，形成稳定的循环。
本方案中以上及以下所提到的膨胀机可以为透平膨胀机或螺杆膨胀机；冷却器为换热器或空冷器；蒸发器包括两个彼此热耦合的管路，其中一个管路用于凝液，另一个管路用于有机换热剂，可以实现凝液与换热剂的热交换。
根据本发明的第二种实施方式，所述有机朗肯循环发电组件包括热耦合于位于所述低压凝液输入管13下游的所述第一凝液输出管20的蒸发器2、第一膨胀机3、第一冷却器4和第一压力泵5，所述蒸发器2、所述第一膨胀机3、所述第一冷却器4和所述第一压力泵5通过管路依次连接形成闭环循环；所述有机朗肯循环发电组件包括热耦合于所述第二凝液输出管15的预热器7、第二膨胀机8、第二冷却器9和第二压力泵10，所述预热器7、所述第二膨胀机8、所述第二冷却器9和所述第二压力泵10通过管路依次连接形成闭环循环。如图2所示，在此实施方式中，所述有机朗肯循环发电组件包括两个彼此相对独立的闭环循环，两个闭环循环分别用于第一凝液输出管20和第二凝液输出管15；其中，在用于第一凝液输出管20的闭环循环中，蒸发器2中的有机换热剂可以吸收第一凝液输出管20中的凝液热能而蒸发形成蒸汽，蒸汽在第一膨胀机3中降压膨胀以对外输出机械功，降低后的蒸汽在第一冷却器4中被冷却为液体，第一压力泵5为液体的流动提供动力，有机换热剂液体继续返回蒸发器2中吸收凝液热能，形成稳定循环；用于第二凝液输出管15的闭环循环与用于第一凝液输出管20的闭环循环的原理相似，预热器7同样用于吸收第二凝液输出管15中凝液热量，只是其中的有机换热剂基本不蒸发，其他不再重复说明。
另外，参考图3和图4所示，所述中压闪蒸器1连接有中压凝液输入管11，所述第二凝液输出管15上设置有混合器21，所述第一凝液输出管20连接于所述混合器21。混合器21连接在第二凝液输出管15上，第一凝液输出管20也连接于混合器21，从而，来自中压闪蒸器1的凝液可以与来自低压闪蒸器6的凝液可以在混合器21中混合。
如图3和图4所示，所述有机朗肯循环发电组件包括热耦合于所述第一凝液输出管20的蒸发器2、热耦合于位于所述混合器21下游的所述第二凝液输出管15的预热器7、第一膨胀机3、第一冷却器4和第一压力泵5，所述蒸发器2、所述第一膨胀机3、所述第一冷却器4、所述第一压力泵5、所述预热器7通过管路依次连接形成闭环循环。参考图3和图4所示，其中仅设置了一个闭环循环，包括蒸发器2、第一膨胀机3、第一冷却器4、第一压力泵5和预热器7，蒸发器2热耦合于第一凝液输出管20以吸收其中的凝液热能，预热器7在混合器21的下游热耦合于第二凝液输出管15，以吸收混合凝液的热能，包括从中压闪蒸器1排出的凝液和从低压闪蒸器6排出的凝液。
根据本发明的第三种实施方式，位于所述蒸发器2上游的所述第一凝液输出管20旁接有低压凝液输入管13，位于所述低压凝液输入管13和所述蒸发器2之间的所述第一凝液输出管20通过旁接管路23连接于所述低压闪蒸器6。如图3所示，第一凝液输出管20旁接有低压凝液输入管13和旁接管路23，低压凝液输入管13可以向第一凝液输出管20中输入低压凝液；旁接管路23连接于低压闪蒸器6，以将第一凝液输出管20中的凝液输送到低压闪蒸器6，旁接管路23上设置有第五阀门22，以选择性地打开旁接管路23。
根据本发明的第四种实施方式，所述低压闪蒸器6连接有低压凝液输入管13。如图4所示，与图3所示实施方式不同的是，低压凝液输入管13直接连接于低压闪蒸器6，也就是说，中压闪蒸器1和低压闪蒸器6彼此相对独立。
另外，所述中压闪蒸器1连接有第一蒸汽输出管12，所述低压闪蒸器6连接有第二蒸汽输出管14。第一蒸汽输出管12可以输出生成的低压蒸汽，其上设置有第一阀门16，以控制第一蒸汽输出管12；第二蒸汽输出管14可以输出生成的低低压蒸汽，其上设置有第三阀门18，以控制第二蒸汽输出管14。
其中，所述蒸汽凝液余热发电装置用于煤化工蒸汽凝液。煤化工产生的低温余热凝液可以使用本方案的蒸汽凝液余热发电装置来处理，实现对低品位热源的余热回收。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
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