[发明专利]一种工艺余热分级利用系统及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种工艺余热分级利用的方法和设备及将该设备用于联产电和高品位热的方法，特别是涉及一种余热分级利用与转化的系统。

背景技术

随着经济的持续发展，能源需求不断增长，世界各国的能源消耗急剧增加，而能源消耗的来源主要是依靠石油、煤炭等不可再生资源。同时，这些能源的消耗也带来了严重的生态破坏，加快了全球的温室效应。在过去几十年里，将工业余热回收发电受到了极大的关注。

热泵是一种利用高品位能使热量从低品位热源流向高品位热源的装置。虽然热泵消耗了一定的高位能，但它所供给的高品位热量却是所消耗的高品位能和吸取的低品位能之和。故采用热泵装置可以节约高品位的电能，实现在夏季供冷冬季供暖的功能。热泵可以充分利用环境中的低位能和工厂中的余热及废热，故其能很好地解决能源紧张问题。热泵装置的工作介质和部件性能对热泵系统的性能影响较大，所以目前有关热泵的研究主要集中在工作流体的选择和各部件单元的优化与改进。而有关热泵系统结构的优化，则相对研究较少。

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)发电是将低品位热源转化为高品位电能的装置，它被认为是一项针对低温热源有效利用的技术，特别是针对地热能、太阳能、生物质能、工业余热、发动机余热等。所谓有机朗肯循环，即在传统朗肯循环中采用有机工质(如R245fa、R134a等)代替水蒸汽推动膨胀机做功。这也是提高能源利用率、解决能源危机的一种形式。

尽管有关有机朗肯循环的研究已有很多，但到目前为止，系统整体尚未得到全面优化，仍存在许多不足之处。专利CN104080878A和CN104024367A公布了R245eb和Z-HFO-1336在高温热泵系统和冷却器中的应用；专利CN103906281A和CN104039916A公布了Z-HFO-1336在有机朗肯循环中的应用。这几篇专利虽然强调了系统中部件(蒸发器、压缩机、透平等)采用的种类，但是没有体现系统结构对热泵系统或者动力循环系统性能的影响。专利CN104807245A公布了一种低温余热利用系统及余热利用方法，该系统根据通过控制循环水量满足外界热负荷需求的大小，并且系统主要功能是实现热泵的性能，同样没有实施例验证系统的性能，也没有考虑回收热量的后期利用方式。科研工作者针对新型环保工质应用于有机朗肯循环开展了大量的研究，而有关循环系统的部件和结构开展优化工作的研究相对较少。

发明内容

本发明公开一种工艺余热分级利用系统及运用该系统联产电和高品位热的方法。该方法在利用余热时，将余热分级转化为电和高品位热输出系统，并且再将高品位热分级利用，实现系统的电能和高品位热能的分级联产，进而提高余热分级联产系统的能量利用率。本发明提供的工艺余热分级利用系统不仅可以高效利用外界系统的余热，而且还能实现能量的分级转换，多形式地向外界系统输出可利用的能量。

一方面，本发明提供一种工艺余热分级利用系统具体如图1所示，包括蒸发加热装置1、第一透平发电装置2、第二透平发电装置3、压缩机4、换热器5、冷凝器6、节流阀7和泵8，其特征在于，

蒸发加热装置1获取余热后，流体A经蒸发加热装置1汽化，汽化过程中流体A压力不变；流体A进入第一透平发电装置2，将其所携带的能量部分转化为电能输出后进入换热器5；

蒸发加热装置1获取余热后，流体B经蒸发加热装置1加热，流体B的压力升高；流体B进入第二透平发电装置3，将其所携带的能量部分转化为高品位的电能输出；经第二透平发电装置3出口的流体B进入冷凝器6，将其所携带的能量部分转化为热能输出，完成流体B的冷凝过程；冷凝后的流体B经节流阀7后进入换热器5；

流体A与流体B在换热器5中进行换热，完成流体A的冷凝液化过程和流体B的汽化过程；

之后流体A经泵8加压进入蒸发加热装置1，汽化后的流体B经压缩机4增压后进入蒸发加热装置1，流体A和流体B完成余热分级利用系统的循环从而获得电能和热能。

一些实施例中，蒸发加热装置1获取的余热选自工业生产中的各种废热，公用工程过程中损耗的热量，或各种燃料机车产生废弃热量。

一些实施例中，本发明提供的工艺余热分级利用系统还包括第一高品位热分级利用装置9或第二高品位热分级利用装置10。一些实施例中，第一高品位热分级利用装置9或第二高品位热分级利用装置10包括温度感应器11、电磁阀12和热传导装置13，具体如图4或5所示。