一種工藝余熱分級利用系統及其用圖
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種工藝余熱分級利用的方法和設備及將該設備用于聯產電和高品 位熱的方法，特別是涉及一種余熱分級利用與轉化的系統。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟的持續發展，能源需求不斷增長，世界各國的能源消耗急劇增加，而能源 消耗的來源主要是依靠石油、煤炭等不可再生資源。同時，這些能源的消耗也帶來了嚴重的 生態破壞，加快了全球的溫室效應。在過去幾十年里，將工業余熱回收發電受到了極大的關 注。
[0003] 熱栗是一種利用高品位能使熱量從低品位熱源流向高品位熱源的裝置。雖然熱栗 消耗了一定的高位能，但它所供給的高品位熱量卻是所消耗的高品位能和吸取的低品位能 之和。故采用熱栗裝置可以節約高品位的電能，實現在夏季供冷冬季供暖的功能。熱栗可以 充分利用環境中的低位能和工廠中的余熱及廢熱，故其能很好地解決能源緊張問題。熱栗 裝置的工作介質和部件性能對熱栗系統的性能影響較大，所以目前有關熱栗的研究主要集 中在工作流體的選擇和各部件單元的優化與改進。而有關熱栗系統結構的優化，則相對研 究較少。
[0004] 有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle，0RC)發電是將低品位熱源轉化為高品位 電能的裝置，它被認為是一項針對低溫熱源有效利用的技術，特別是針對地熱能、太陽能、 生物質能、工業余熱、發動機余熱等。所謂有機朗肯循環，即在傳統朗肯循環中采用有機工 質（如R245fa、R134a等)代替水蒸汽推動膨脹機做功。這也是提高能源利用率、解決能源危 機的一種形式。
[0005] 盡管有關有機朗肯循環的研究已有很多，但到目前為止，系統整體尚未得到全面 優化，仍存在許多不足之處。專利CN104080878A和CN104024367A公布了 R245eb和Z-HFO-1336在高溫熱栗系統和冷卻器中的應用；專利CN103906281A和CN104039916A公布了 Z-HFO-1336在有機朗肯循環中的應用。這幾篇專利雖然強調了系統中部件(蒸發器、壓縮機、透平 等)采用的種類，但是沒有體現系統結構對熱栗系統或者動力循環系統性能的影響。專利 CN104807245A公布了一種低溫余熱利用系統及余熱利用方法，該系統根據通過控制循環水 量滿足外界熱負荷需求的大小，并且系統主要功能是實現熱栗的性能，同樣沒有實施例驗 證系統的性能，也沒有考慮回收熱量的后期利用方式。科研工作者針對新型環保工質應用 于有機朗肯循環開展了大量的研究，而有關循環系統的部件和結構開展優化工作的研究相 對較少。
【發明內容】
[0006] 本發明公開一種工藝余熱分級利用系統及運用該系統聯產電和高品位熱的方法。 該方法在利用余熱時，將余熱分級轉化為電和高品位熱輸出系統，并且再將高品位熱分級 利用，實現系統的電能和高品位熱能的分級聯產，進而提高余熱分級聯產系統的能量利用 率。本發明提供的工藝余熱分級利用系統不僅可以高效利用外界系統的余熱，而且還能實 現能量的分級轉換，多形式地向外界系統輸出可利用的能量。
[0007] -方面，本發明提供一種工藝余熱分級利用系統具體如圖1所示，包括蒸發加熱裝 置1、透平發電裝置2和3、壓縮機4、換熱器5、冷凝器6、節流閥7和栗8,其特征在于，
[0008] 蒸發加熱裝置1獲取余熱后，流體A經蒸發加熱裝置1汽化，汽化過程中流體A壓力 不變;流體A進入透平發電裝置2,將其所攜帶的能量部分轉化為電能輸出后進入換熱器5;
[0009] 蒸發加熱裝置1獲取余熱后，流體B經蒸發加熱裝置1加熱，流體B的壓力略微升高； 流體B進入透平發電裝置3,將其所攜帶的能量部分轉化為高品位的電能輸出；經透平發電 裝置3出口的流體B進入冷凝器6,將其所攜帶的能量部分轉化為熱能輸出，完成物流B的冷 凝過程;冷凝后的流體B經節流閥7后進入換熱器5;
[0010] 流體A與流體B在換熱器5中進行換熱，完成流體A的冷凝液化過程和流體B的汽化 過程；
[0011] 之后流體A經栗8加壓進入蒸發加熱裝置1，汽化后的流體B經壓縮機4增壓后進入 蒸發加熱裝置1，流體A和流體B完成余熱分級利用系統的循環從而獲得電能和熱能。
[0012] -些實施例中，壓縮機4可以是引射器。一些實施例中，栗8可以是引射器。
[0013] -些實施例中，蒸發加熱裝置1獲取的余熱選自工業生產中的各種廢熱，公用工程 和物料排放過程中可能損耗的熱量，或各種燃料機車產生廢棄熱量。
[0014] -些實施例中，本發明提供的工藝余熱分級利用系統還包括高品位熱分級利用裝 置9或10。一些實施例中，高品位熱分級利用裝置9或10包括溫度感應器11、電磁閥12和熱傳 導裝置13,具體如圖4或5所示。
[0015] -些實施例中，流體A進入透平發電裝置2,將其所攜帶的能量部分轉化為電能輸 出后進入高品位熱分級利用裝置9輸出高品位熱，再進入換熱器5。
[0016] -些實施例中，流體B進入透平發電裝置3,將其所攜帶的能量部分轉化為電能輸 出后進入高品位熱分級利用裝置10輸出高品位熱，完成物流B的冷凝過程。
[0017] 一些實施例中，所述的高品位熱分級利用裝置9的工作原理為：當流體A的溫度低 于70°C時，溫度感應器11將信號傳遞給電磁閥12,閥門12打開，管路連通，直接進入換熱器 5;當流體A的溫度高于或等于70°C時，溫度感應器11將信號傳遞給電磁閥12,閥門12關閉， 流體C輸出高品位熱，待溫度低于70°C后，溫度感應器11將信號傳遞給電磁閥12，閥門12打 開，管路連通，流體A進入換熱器5，流體C輸出高品位熱。
[0018] 一些實施例中，所述的高品位熱分級利用裝置10的工作原理為：當流體B的溫度低 于70°C時，溫度感應器11將信號傳遞給電磁閥12,閥門12打開，管路連通直接進入冷凝器6; 當流體B的溫度高于或等于70°C時，溫度感應器11將信號傳遞給電磁閥12,閥門12關閉，流 體D輸出高品位熱，待溫度低于70°C后，溫度感應器11將信號傳遞給電磁閥12,閥門12打開， 管路連通，流體B進入冷凝器6，流體D輸出高品位熱。
[0019] -些實施例中，流體A和流體B各自獨立地為氟代經。
[0020] -些實施例中，流體C和流體D各自獨立地為氟代經、水、氣體或油。
[0021] 一些實施例中，流體A和流體B各自獨立地為HFC-32、HFC-125、HFC-134a、HFC-134、 HFC-143a、HFC-152a、HFC-161、HFC-227ca、HFC-245cb、HFC-236ea、HFC-227ea、HFC-245fa、 HF0-1234yf、E-HF0-1234ze、Z-HF0-1234ze、HF0-1234zf、Z-HF0-1336、E-HF0-1336,或者它 們的兩個或者三個組分的混合物。
[0022] 一些實施例中，流體C和流體D各自獨立地為HFC-32、HFC-125、HFC-134a、HFC-134、 HFC-143a、HFC-152a、HFC-161、HFC-227ca、HFC-245cb、HFC-236ea、HFC-227ea、HFC-245fa、 HF0-1234yf、E-HF0-1234ze、Z-HF0-1234ze、HF0-1234zf、Z-HF0-1336、E-HF0-1336、水、氣 體、油，或者它們的兩個或者三個組分的混合物。
[0023] -方面，本發明提供一種運用本發明所述的工藝余熱分級利用系統聯產電和高品 位熱的方法，具體為蒸發加熱裝置1獲取余熱后，流體A經蒸發加熱裝置1汽化，汽化過程中 流體A壓力不變;流體A進入透平發電裝置2,將其所攜帶的能量部分轉化為電能輸出后進入 換熱器5;
[0024] 蒸發加熱裝置1獲取余熱后，流體B經蒸發加熱裝置1加熱，流體B的壓力略微升高； 流體B進入透平發電裝置3,將其所攜帶的能量部分轉化為高品位的電能輸出；經透平發電 裝置3出口的流體B進入冷凝器6,將其所攜帶的能量