工業(yè)低品位余熱能源供應系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種工業(yè)低品位余熱能源供應系統(tǒng)，包括余熱采集子系統(tǒng)、能源站子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應子系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過余熱采集子系統(tǒng)對工業(yè)企業(yè)生產過程中的低品位余熱資源進行綜合回收，使余熱在能源站子系統(tǒng)中集中蓄積并優(yōu)化分配到供熱子系統(tǒng)、有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應子系統(tǒng)中，滿足城鎮(zhèn)居民和工業(yè)企業(yè)的采暖、用電和生活熱水等多種用能需求，形成能源供應系統(tǒng)，在全年里實現低品位余熱高效化和規(guī)?；木C合回收利用。
【專利說明】
工業(yè)低品位余熱能源供應系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型屬于節(jié)能環(huán)保技術領域，特別涉及一種工業(yè)低品位余熱能源供應系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]工業(yè)生產過程中需要消耗大量的能源，并在生產工藝流程中產生大量的余熱。隨著我國工業(yè)節(jié)能工作的不斷推進，中高品味的工業(yè)余熱目前已經得到了較為有效的利用，但諸如100 °C以下的液體、400 °C以下的煙氣等工業(yè)低品位余熱，仍廣泛且大量存在于鋼鐵、有色金屬、建材、石化、化工和電力等高能耗行業(yè)中。這部分余熱因其能源品位低，傳統(tǒng)的利用方式無法滿足要求，通常未被充分利用，造成了大量的能源浪費，且加劇了環(huán)境污染。
[0003]城鎮(zhèn)居民生活和工業(yè)生產過程中存在著大量的采暖、用電和生活用水等用能需求。這些生產和生活用能主要來自化石能源，造成了嚴重的大氣污染。尤其是煤炭的大量使用，是北方地區(qū)采暖期霧霾天氣的主要成因之一。因此，在能源消費量較大的地區(qū)，若采取有效的方式，將城鎮(zhèn)周邊的工業(yè)企業(yè)所產生的低品位余熱回收利用起來，替代化石能源，滿足城鎮(zhèn)居民及工業(yè)企業(yè)的生產生活的用能需求，必將有力推動我國節(jié)能減排和大氣污染防治工作。
[0004]近幾年來，隨著節(jié)能技術的不斷進步，一些低品位余熱回收利用方法和裝置開始出現。其中:利用低品位余熱供暖開始有了一些小范圍的工程應用嘗試;采用有機朗肯循環(huán)的低品位余熱發(fā)電系統(tǒng)初步進入商業(yè)化應用階段;通過熱栗提升余熱品味再加以利用的系統(tǒng)也被提出。然而，這些方法和裝置的應用存在諸多限制，比如:若僅用來供暖，會導致余熱在非采暖期內無法使用;若僅用于發(fā)電，能源利用效率不高;而通過新增熱栗來提升余熱品味，不僅需要消耗一部分高品位的電能，而且還提高了系統(tǒng)的投資建設成本。
[0005]可見，目前尚缺少一種能對工業(yè)低品位余熱在全年里都能實現高效化和規(guī)?；厥绽玫姆椒把b置系統(tǒng)，滿足城鎮(zhèn)居民和工業(yè)企業(yè)的采暖、用電和生活熱水等多種用能需求。

【發(fā)明內容】

[0006]為了克服上述現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種工業(yè)低品位余熱能源供應系統(tǒng)，在余熱利用端輸出熱、電和生活熱水，滿足城鎮(zhèn)居民和工業(yè)企業(yè)的采暖、用電和生活熱水等多種用能需求，在全年里實現余熱的高效化和規(guī)模化綜合利用。
[0007]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0008]工業(yè)低品位余熱能源供應系統(tǒng)，包括余熱采集子系統(tǒng)、能源站子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應子系統(tǒng)；
[0009]所述的余熱采集子系統(tǒng)由余熱采集循環(huán)栗、余熱換熱器及連接管路和控制閥依次連接而成；
[0010]所述的能源站子系統(tǒng)由蓄熱器、供能循環(huán)栗、回水箱及連接管路和控制閥組成；
[0011]所述的供熱子系統(tǒng)主要由供熱首站換熱器、供熱循環(huán)栗及供熱管路和控制閥組成，連接至城鎮(zhèn)集中供熱管網，實現集中供熱；
[0012]所述的有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)由有機工質循環(huán)栗、預熱器、蒸發(fā)器、螺桿膨脹機、冷凝器、儲液罐及管路和控制閥依次連接形成循環(huán)回路，并由所述螺桿膨脹機驅動發(fā)電機產生電能，實現并網供電；
[0013]所述的生活熱水供應子系統(tǒng)主要由生活熱水供水栗經相應的管路和控制閥輸送至用戶，實現生活熱水供應；
[0014]所述的余熱采集子系統(tǒng)中，余熱換熱器的前端通過余熱采集循環(huán)栗和控制閥分別與所述能源站子系統(tǒng)中的回水箱和所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的預熱器連接，其后端通過連接管道與所述能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器連接；
[0015]所述的供熱子系統(tǒng)中，控制閥、供熱循環(huán)栗和供熱首站換熱器通過連接管路依次連接，最終連接至城鎮(zhèn)集中供熱管網；
[0016]所述的有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中，有機工質循環(huán)栗、預熱器、蒸發(fā)器、螺桿膨脹機、冷凝器、儲液罐和控制閥通過連接管路依次連接，同時，冷凝器外接冷卻水;蒸發(fā)器和預熱器通過連接管路和控制閥連接所述能源站子系統(tǒng)中的供能循環(huán)栗，并通過連接管路和控制閥連接所述余熱采集子系統(tǒng)中的余熱采集循環(huán)栗;螺桿膨脹機連接發(fā)電機，所發(fā)電力并入電網；
[0017]所述的生活熱水供應子系統(tǒng)中，生活熱水供水栗通過連接管路和控制閥與所述能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器相連接。
[0018]所述的低品位余熱是指工業(yè)余熱，具體是指60?100°C的液體和200?400°C的煙氣。
[0019]所述的余熱采集子系統(tǒng)，能源站子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)和生活熱水供應子系統(tǒng)的換熱工質為水，所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的工質為低沸點的有機工質。
[0020]所述的控制閥均為電磁式的，并裝有射頻控制裝置。
[0021]所述的余熱采集循環(huán)栗、供能循環(huán)栗、供熱循環(huán)栗、有機工質循環(huán)栗和生活熱水供水栗均設有變頻設施，并裝有射頻控制裝置。
[0022]所述的余熱采集子系統(tǒng)中:余熱換熱器外接低品位余熱，根據熱源形式的不同，換熱器類型相應的是水-水換熱器或氣-水換熱器中的一種;通過變頻控制余熱采集循環(huán)栗，使子系統(tǒng)末端出水進入所述的能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器中時達到所需的溫度和流量。
[0023]所述的能源站子系統(tǒng)中:蓄熱器將所述余熱采集子系統(tǒng)所采集的熱能蓄集起來，并通過供能循環(huán)栗實現平滑輸出；通過控制相關閥門，蓄熱器中所蓄積的熱水能根據需求通過供能循環(huán)栗部分或全部栗送至所述的供熱子系統(tǒng)的供熱首站換熱器中，或至所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的蒸發(fā)器和預熱器中進行換熱，同時，還能進一步地通過生活熱水供水栗栗送至所述的生活熱水供應子系統(tǒng)中；從蓄熱器出來的熱水經供能循環(huán)栗輸送，完成換熱后，部分通過回水箱，其余部分直接通過逆止閥，經由所述余熱采集子系統(tǒng)中的余熱采集循環(huán)栗，最終全部回到所述的余熱采集子系統(tǒng)中；回水箱具有補水和蓄水供能，以維持取換熱循環(huán)的質量平衡;蓄熱器和回水箱中均設有傳感系統(tǒng)，包括溫度、壓力和水位傳感器。
[0024]所述的有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中:預熱器和蒸發(fā)器均為管殼式有機工質-水換熱器，有機工質在其中與熱水換熱后，變成高壓的氣體工質，驅動螺桿膨脹機做功，從而推動發(fā)電機發(fā)電；經過膨脹之后的氣體工質，在冷凝器中經外接冷卻水冷凝成液態(tài)進入到儲液罐，再通過工質栗回到預熱器和蒸發(fā)器中，完成整個有機朗肯循環(huán)并發(fā)電并網，實現供電。
[0025]所述的供熱子系統(tǒng)中:供熱首站換熱器為液-液式換熱器，供熱回水在其中換熱后，由供熱循環(huán)栗經一次管網輸送至城鎮(zhèn)集中供熱管網，實現供熱。
[0026]所述的生活熱水供應子系統(tǒng)中:生活熱水經由生活熱水供水栗從所述能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器輸送至用戶，實現生活熱水供應。
[0027]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0028]1.能對工業(yè)低品位余熱在全年里都能實現高效化和規(guī)?；厥绽?，替代化石能源，促進節(jié)能減排和大氣污染防治；
[0029]2.滿足城鎮(zhèn)居民和工業(yè)企業(yè)的采暖、用電和生活熱水等多種用能需求。
【附圖說明】
[0030]圖1為本實用新型的系統(tǒng)原理不意圖。
[0031 ]其中:余熱采集循環(huán)栗I;余熱換熱器2;蓄熱器3;供能循環(huán)栗4;供熱首站換熱器5;回水箱6;蒸發(fā)器7;預熱器8;供熱循環(huán)栗9;有機工質循環(huán)栗10;螺桿膨脹機11;發(fā)電機12;冷凝器13;儲液罐14;蓄熱器傳感系統(tǒng)(包括溫度、壓力、水位)15;回水箱傳感系統(tǒng)(包括溫度、壓力、水位)16;生活熱水供水栗17;控制閥1801?1814。
【具體實施方式】
[0032]下面結合圖1對本實用新型進行進一步地說明。
[0033]實施例1:如圖1所示，工業(yè)低品位余熱能源供應系統(tǒng)，包括余熱采集子系統(tǒng)、能源站子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應子系統(tǒng)。
[0034]余熱采集子系統(tǒng)由余熱采集循環(huán)栗1、余熱換熱器2、及連接管路和控制閥1801、1810、1814組成;能源站子系統(tǒng)由蓄熱器3、供能循環(huán)栗4、回水箱6及連接管路和控制閥1802?1809組成;供熱子系統(tǒng)由供熱首站換熱器5、供熱循環(huán)栗9及供熱管路和控制閥1811組成；有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)由有機工質循環(huán)栗10、預熱器8、蒸發(fā)器7、螺桿膨脹機11、冷凝器13、儲液罐14、發(fā)電機12及連接管路和控制閥1813組成;生活熱水供應子系統(tǒng)由生活熱水供水栗17及連接管路和控制閥1812組成。
[00；35]余熱米集子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應子系統(tǒng)的末端均分別與能源站子系統(tǒng)的蓄熱器3和回水箱6相連，以維持系統(tǒng)的質量和能量平衡；生活熱水供應子系統(tǒng)與能源站子系統(tǒng)的蓄熱器3相接。
[0036]在余熱采集子系統(tǒng)中，低溫換熱器2外接85°C左右的熱水余熱，控制余熱采集循環(huán)栗I的循環(huán)水流量，使進入能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器3的熱水達到70°C左右。
[0037]能源站子系統(tǒng)起到對整個系統(tǒng)的能源蓄積、調度和平衡控制作用。蓄熱器3將所述余熱采集子系統(tǒng)所采集的熱能蓄集起來，并通過供能循環(huán)栗4實現平滑輸出。在冬季供暖期工況下:控制閥1805全開，蓄熱器3中熱水優(yōu)先進入供熱子系統(tǒng)中，滿足供熱需求，若低品位余熱資源充足，控制閥1806與此同時部分打開，富余的熱水進入有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)，用于發(fā)電;若低品位余熱資源不充足，則完全關閉控制閥1806，停止運行有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)。在非供暖期工況下:控制閥1805全閉，供熱子系統(tǒng)停止運行;控制閥1806全開，蓄熱器3中熱水進入有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中，用于發(fā)電。在供暖期和非供暖期工況下，蓄熱器3中熱水同時還能通過生活熱水供水栗17輸送至生活熱水供應子系統(tǒng)中，實現生活熱水供應。從蓄熱器3出來的熱水經換熱后，部分通過回水箱6，其余部分直接通過逆止閥1814，經由余熱采集循環(huán)栗I，最終全部回到余熱采集子系統(tǒng)中；回水箱6具有補水和蓄水供能，以維持取換熱循環(huán)的質量平衡；蓄熱器3和回水箱6中均設有傳感系統(tǒng)15、16，包括溫度、壓力和水位傳感器，控制系統(tǒng)通過這些參數來控制其他相關子系統(tǒng)的運行，滿足用戶的用能需求，并維持整個系統(tǒng)的能量平衡。
[0038]在供暖期，蓄熱器3中熱水進入供熱子系統(tǒng)中，優(yōu)先滿足供熱需求，供熱回水在供熱首站換熱器5中與之換熱后，由供熱循環(huán)栗9經一次管網輸送至城鎮(zhèn)集中供熱管網，實現供熱。
[0039]在非供暖期或供暖期且低品位余熱資源充足時，蓄熱器3中的熱水依次進入蒸發(fā)器7和預熱器8中與有機工質進行換熱；有機工質依次在預熱器8和蒸發(fā)器7中吸收熱能，變成高壓的氣體工質，驅動螺桿膨脹機11做功，從而推動發(fā)電機12發(fā)電;經過膨脹之后的氣體工質，在冷凝器13中經外接冷卻水冷凝成液態(tài)進入到儲液罐14，再通過工質栗14回到預熱器8和蒸發(fā)器7中，完成整個有機朗肯循環(huán)并發(fā)電并網，實現供電。
[0040]在供暖期和非供暖期工況下，蓄熱器3中熱水同時還可以經由生活熱水供水栗17輸送至用戶，實現生活熱水供應。
[0041]實施例2:如圖1所示，基于多種低品位余熱綜合回收利用的區(qū)域能源供應系統(tǒng)，本實施例與實施例1相同，其中余熱采集子系統(tǒng)中的余熱換熱器2外接300°C左右的煙氣余熱，控制余熱采集循環(huán)栗I的循環(huán)水流量，使進入能源站子系統(tǒng)的蓄熱器3的熱水達到90°C左右。
[0042]以上實施例結合附圖對本實用新型的具體實施作了詳細說明，但是由于在余熱回收端和利用端可以有多種組合方式，滿足不同的用能需求。熟悉本領域的技術人員可以很容易對這些實施例進行改進和修改，而不必進過創(chuàng)造性勞動。因此，本實用新型并不限于上述實施例，本領域的技術人員根據本實用新型的揭示，不脫離本實用新型的范疇所做出的改進和修改都應在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.工業(yè)低品位余熱能源供應系統(tǒng)，其特征是:包括余熱采集子系統(tǒng)、能源站子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和生活熱水供應子系統(tǒng)； 所述的余熱采集子系統(tǒng)包括余熱采集循環(huán)栗(I)、余熱換熱器(2)及連接管路和控制閥(1801、1810、1814); 所述的能源站子系統(tǒng)包括蓄熱器(3)、供能循環(huán)栗(4)、回水箱(6)及連接管路和控制閥(1802?1809);所述的供熱子系統(tǒng)包括供熱首站換熱器(5)、供熱循環(huán)栗(9)及供熱管路和控制閥(2011); 所述的有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括有機工質循環(huán)栗(10)、預熱器(8)、蒸發(fā)器(7)、螺桿膨脹機(11)、冷凝器(13)、儲液罐(14)、發(fā)電機(12)及連接管路和控制閥(1813); 所述的生活熱水供應子系統(tǒng)包括生活熱水供水栗(17)及連接管路和控制閥(1812); 所述的低品位余熱是指工業(yè)余熱，具體是指60?100 °C的液體和200?400 °C的煙氣； 所述的余熱采集子系統(tǒng)中，余熱換熱器(2)的前端通過余熱采集循環(huán)栗(I)和控制閥(1810、1814)分別與所述能源站子系統(tǒng)中的回水箱(6)和所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的預熱器(8)連接，其后端通過連接管道與所述能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器(3)連接； 所述的供熱子系統(tǒng)中，控制閥(1811)、供熱循環(huán)栗(9)和供熱首站換熱器(5)通過連接管路依次連接，最終連接至城鎮(zhèn)集中供熱管網； 所述的有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中，有機工質循環(huán)栗(10)、預熱器(8)、蒸發(fā)器(7)、螺桿膨脹機(11)、冷凝器(13)、儲液罐(I4)和控制閥(I813)通過連接管路依次連接，同時，冷凝器(13)外接冷卻水;蒸發(fā)器(7)和預熱器(8)通過連接管路和控制閥(1806)連接所述能源站子系統(tǒng)中的供能循環(huán)栗(4)，并通過連接管路和控制閥(1814、1810)連接所述余熱采集子系統(tǒng)中的余熱采集循環(huán)栗(I);螺桿膨脹機(11)連接發(fā)電機，所發(fā)電力并入電網； 所述的生活熱水供應子系統(tǒng)中，生活熱水供水栗(17)通過連接管路和控制閥(1812)與所述能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器(3)相連接。2.根據權利要求1所述的能源供應系統(tǒng)，其特征是:所述的余熱采集子系統(tǒng)中，余熱換熱器(2)類型是水-水換熱器或氣-水換熱器的一種;通過變頻控制余熱采集循環(huán)栗(I)，使子系統(tǒng)末端出水進入所述的能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器(3)中時達到所需的溫度和流量。3.根據權利要求1或2所述的能源供應系統(tǒng)，其特征是:所述的能源站子系統(tǒng)中，蓄熱器(3)將所述余熱采集子系統(tǒng)所采集的熱能蓄集起來，并通過供能循環(huán)栗(4)實現平滑輸出；通過控制相關控制閥(1805?1806)，蓄熱器(3)中所蓄積的熱水能根據需求通過供能循環(huán)栗(4)部分或全部栗送至所述的供熱子系統(tǒng)的供熱首站換熱器(5)中，或至所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的蒸發(fā)器(7)和預熱器(8)中進行換熱，同時，還能進一步地通過生活熱水供水栗(17)栗送至所述的生活熱水供應子系統(tǒng)中；從蓄熱器(3)出來的熱水經供能循環(huán)栗(4)栗送換熱后，部分通過回水箱(6)，其余部分直接通過逆止閥(1814)，經由所述余熱采集子系統(tǒng)中的余熱采集循環(huán)栗(I)，最終全部回到所述的余熱采集子系統(tǒng)中；回水箱(6)具有補水和蓄水供能，以維持系統(tǒng)的質量平衡；蓄熱器(3)和回水箱(6)中均設有傳感系統(tǒng)(15，16)，包括溫度、壓力和水位傳感器。4.根據權利要求1或2所述的能源供應系統(tǒng)，其特征是:所述的有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中，預熱器(8)和蒸發(fā)器(7)均為管殼式有機工質-水換熱器，有機工質在其中與熱水換熱后，變成高壓的氣體工質，驅動螺桿膨脹機(11)做功，從而推動發(fā)電機(12)發(fā)電；經過膨脹之后的氣體工質，在冷凝器(13)中經外接冷卻水冷凝成液態(tài)進入到儲液罐(14)，再通過有機工質循環(huán)栗(10)回到預熱器(8)和蒸發(fā)器(7)中，完成整個有機朗肯循環(huán)后發(fā)電并網，實現供電。5.根據權利要求1或2所述的能源供應系統(tǒng)，其特征是:所述的供熱子系統(tǒng)中，供熱首站換熱器(5)為液-液式換熱器，供熱回水在其中換熱后，由供熱循環(huán)栗(9)輸送至城鎮(zhèn)集中供熱管網，實現供熱。6.根據權利要求1或2所述的能源供應系統(tǒng)，其特征是:所述的生活熱水供應子系統(tǒng)中，生活熱水經由生活熱水供水栗(17)從所述能源站子系統(tǒng)中的蓄熱器(3)輸送至用戶，實現生活熱水供應。7.根據權利要求1或2所述的能源供應系統(tǒng)，其特征是:所述的余熱采集子系統(tǒng)，能源站子系統(tǒng)、供熱子系統(tǒng)、和生活熱水供應子系統(tǒng)的換熱工質為水，所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的工質為低沸點的有機工質。8.根據權利要求1所述的能源供應系統(tǒng)，其特征是，所述的控制閥(1801?1813)均為電磁式的，并裝有射頻控制裝置。9.根據權利要求1所述的能源供應系統(tǒng)，其特征是，所述的余熱采集循環(huán)栗(I)、供能循環(huán)栗(4)、供熱循環(huán)栗(9)、有機工質循環(huán)栗(10)和生活熱水供水栗(17)均設有變頻設施，并裝有射頻控制裝置。
【文檔編號】F01K27/00GK205477791SQ201521092789
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月25日
【發(fā)明人】鄧畢力, 許明超
【申請人】力明（北京）節(jié)能科技有限公司