[发明专利]一种基于降膜蒸发器的有机朗肯循环余热发电系统

说明书

本发明涉及一种基于降膜蒸发器的有机朗肯循环余热发电系统，包括降膜蒸发器、气液分离器、螺杆膨胀机、发电机、回热器、预热器、凝汽器、冷却塔、冷却水泵、凝结泵、储液罐、工质加压泵、工质循环泵、第一风机、第二风机、除尘器、烟囱、闪蒸器组成的换热装置、冷却装置、发电装置和除尘装置。该系统的降膜蒸发器内有机工质换热效率高，充分利用余热能源，预热器内对余热能源再利用，提高了系统的余热回收利用率；回热器内有机工质充分利用螺杆膨胀机排气的余热加热，提高系统循环效率；二者结合，使系统具有余热回收率高、热电转换效率高、结构简化和安装方便等优点。

技术领域

本发明属于余热利用技术领域，特别是涉及一种基于降膜蒸发器的有机朗肯循环余热发电系统。

背景技术

我国可利用余热资源丰富，特别是在冶金、建材、化工、机械、轻工等行业存在着大量余热资源，约占其燃料消耗总量的17%~67%，其中余热资源的可回收率达60%。如工业窑炉生产过程中大量燃料被消耗，热效率只有30%左右，高温烟气、炉渣等带走的废弃热量高达40%~60%，在炼焦行业，副产品焦炉煤气带出的热量占焦炉显热支出的36%左右。余热能源分为高温、中温、低温三类，其中温度高于650℃为高温，温度在230℃～650℃为中温，温度在230℃以下为低温。对于钢铁、水泥等高耗能企业中的高温、中温余热蒸汽可以直接驱动蒸汽轮机或燃气轮机带动发电机组发电加以利用，而对低于230℃的低品质余热有待进一步深度利用。利用有机工质朗肯循环回收低温余热进行发电或输出动力装置，是有效利用低品质余热的途径，具有广阔的技术前景。

现有技术中的有机工质朗肯循环系统如图1所示，包括换热器1、输出装置透平膨胀机2、冷凝器3、工质泵4和发电机5。低温热流在换热器中对有机工质进行换热，有机工质产生蒸汽，通过透平膨胀机做功，带动发电机发电；从透平膨胀机排出的乏气在冷凝器凝结成液体，然后通过工质泵重新回换热器，进行下一个循环。现有的这种发电系统存在以下不足：一是系统效率低，无回热装置，不能充分利用热源，能源利用率低；二是余热回收率低，普通的换热器，换热效率不高，导致系统整体余热回收率低，热能利用率低。

现有技术中的垂直管降膜蒸发器利用泵使液体从蒸发器下端出口循环到管壳式换热器上端进口，进入上端进口后，有机工质液体被分配到一个或多个垂直降膜蒸发管的内表面，然后沿着降膜蒸发管的内壁向下流，为了使有机工质液体均匀地分布到每根降膜蒸发管中，并沿降膜蒸发管内壁在重力和自蒸发的二次蒸汽的作用下形成均匀液膜自上而下流动，必须设置液体布膜器装置。液体布膜器装置结构是否合理，相应液体分布是否均匀，将直接影响降膜蒸发器的传热效率及操作的稳定性，从而影响生产能力、产品质量及设备寿命。降膜蒸发器具有传热效率高、连续进料、连续出料、蒸发速率快、物料加热时间短、低传热端差、节约能源、不易结垢、不但适合非热敏性物料的蒸发，而且尤其适合处理热敏性物料的蒸发等优点，而被广泛应用于化工以及冶金、海水淡化、医药、轻工、食品加工、污水处理等工业部门，并且适用于对于换热要求较高的低品质余热回收过程。

传统的降膜蒸发器的传热效果受降膜蒸发管中液体流速及液膜厚度的影响，液体沿着管内壁向下流动时，被引入降膜蒸发管外表面的热能加热，一旦液体达到沸点，部分液体被蒸发成水蒸汽，水蒸汽和液体一起沿着降膜蒸发管内表面流下。为了确保有机工质液体被均匀地分配到所有垂直降膜蒸发管内，在蒸发器的顶部安装分布板，起缓冲有机工质液体、预先分布有机工质液体的作用，在分布板下面有分配盘以确保有机工质液体均匀分配到所有垂直降膜蒸发管中。有机工质液体进入蒸发器顶部后，因为重力作用，穿过分配盘上的小孔流下，分配盘上小孔的数目、孔径和排列方向决定了进入每根垂直降膜蒸发管的有机工质液体分配情况。然而这种方式容易产生湍流而产生气泡，影响液膜厚度的均匀性，降膜蒸发管的热交换效率低，运行成本高。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于降膜蒸发器的有机朗肯循环余热发电系统，能够形成均匀性工质液体膜，解决了降膜蒸发管的热交换效率低，提高系统循环效率，余热利用率高，发电效率高，节能环保和安装方便。