本发明公开了一种采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，主工艺热源：提供带有工业余热的气体或液体；用于热交换的烟气换热器；分级串联式的复合循环回路：包括第一发电机、带动第一发电机发电的第一透平、第一回热器、第二回热器、冷却器、压气机、第二发电机及带动第二发电机发电的第二透平，第二换热器二次侧出口经过第一透平、第一回热器高温侧、第二回热器高温侧、冷却器后与压气机连通，压气机的出口分别与第二换热器二次侧入口及第二回热器低温侧连通，第二回热器低温侧经过第一回热器低温侧、第二透平后与第二回热器的高温侧入口连通。本发明所述的工业余热利用系统可有效提高工业余热利用效率及降低投资成本。
1.采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，其特征在于，包括
烟气换热器：用于供主工艺热源产生的工业余热与复合循环回路内的超临界二氧化碳工质进行热交换；
分级串联式的复合循环回路：包括第一透平、第一发电机、第一回热器、第二回热器、冷却器、压气机、第二透平以及第二发电机；所述第一透平的入口与所述烟气换热器的二次侧出口相连通，所述第一透平的出口与所述第一回热器的高温侧入口相连通，所述第一透平的输出端与所述第一发电机的输入端相连，所述第一回热器的高温侧出口与所述第二回热器的高温侧入口相连通，所述第二回热器的高温侧出口与所述冷却器的入口相连通，所述冷却器的出口与所述压气机的入口相连通，所述压气机的出口分别与所述烟气换热器的二次侧入口及所述第二回热器的低温侧入口相连通，所述第二回热器的低温侧出口与所述第一回热器的低温侧入口相连通，所述第一回热器的低温侧出口与所述第二透平的入口相连通，所述第二透平的出口与所述第二回热器的高温侧入口相连通，所述第二透平的输出端与所述第二发电机的输入端相连，且该复合循环回路内的工质为超临界二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，其特征在于，所述主工艺热源为能够产生工业余热的各种工业设备。
3.根据权利要求1所述的采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，其特征在于，所述主工艺热源为火电站锅炉、柴油机、燃气轮机、转炉或焦炉。
4.根据权利要求1所述的采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，其特征在于，所述烟气换热器设置于所述主工艺热源内，所述主工艺热源产生的带有工业余热的气体或液体从所述烟气换热器的一次侧入口进入并于所述烟气换热器内进行热交换后从所述烟气换热器的一次侧出口排出。
5.根据权利要求1所述的采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，其特征在于，所述烟气换热器为耐高压的紧凑板式换热器。
6.根据权利要求1所述的采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，其特征在于，所述工业余热利用系统还包括脱硫装置，所述脱硫装置与所述烟气换热器的一次侧相连通。
7.根据权利要求1所述的采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，其特征在于，所述工业余热利用系统还包括脱硝装置，所述脱硝装置与所述烟气换热器的一次侧相连通。
8.根据权利要求1所述的采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，其特征在于，所述工业余热利用系统还包括蓄热器，所述蓄热器的入口与所述烟气换热器的二次侧出口相连通，所述蓄热器的出口与所述第一透平的入口相连通。
采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统
技术领域
[0001] 本发明涉及余热利用领域，具体地，涉及一种采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统。
背景技术
[0002] 余热是指能源利用系统或设备中未被有效利用的能源。据统计，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%-67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。电力、冶金、化工、纺织、水泥等行业存在大量的高温废气的排放，对高温废气中的余热加以回收利用是降低能耗、节能减排的重要措施。
[0003] 余热利用一般分为供热和发电两种，而目前余热发电一般采用余热锅炉，利用废气加热余热锅炉内的水产生蒸汽，通过朗肯循环实现由热能到电能的转换。工业热源大多排放的是高温废气，但朗肯循环在高温下效率并不理想，且系统复杂、设备多、体积大，投资成本较高，投资回收周期长，限制了企业投资余热利用设备的积极性。
发明内容
[0004] 本发明提供一种工业余热利用系统，解决目前工业余热利用效率低、投资成本高的技术问题。
[0005] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
[0006] 采用超临界二氧化碳工质的工业余热利用系统，包括
[0007] 主工艺热源：提供带有工业余热的气体或液体；
[0008] 烟气换热器：用于供主工艺热源产生的工业余热与复合循环回路内的超临界二氧化碳工质进行热交换；
[0009] 分级串联式的复合循环回路：包括第一透平、第一发电机、第一回热器、第二回热器、冷却器、压气机、第二透平以及第二发电机；所述第一透平的入口与所述烟气换热器的二次侧出口相连通，所述第一透平的出口与所述第一回热器的高温侧入口相连通，所述第一透平的输出端与所述第一发电机的输入端相连，所述第一回热器的高温侧出口与所述第二回热器的高温侧入口相连通，所述第二回热器的高温侧出口与所述冷却器的入口相连通，所述冷却器的出口与所述压气机的入口相连通，所述压气机的出口分别与所述烟气换热器的二次侧入口及所述第二回热器的低温侧入口相连通，所述第二回热器的低温侧出口与所述第一回热器的低温侧入口相连通，所述第一回热器的低温侧出口与所述第二透平的入口相连通，所述第二透平的出口与所述第二回热器的高温侧入口相连通，所述第二透平的输出端与所述第二发电机的输入端相连，且该复合循环回路内的工质为超临界二氧化碳。
[0010] 进一步地，所述主工艺热源为能够产生工业余热的各种工业设备。
[0011] 进一步地，所述主工艺热源为火电站锅炉、柴油机、燃气轮机、转炉或焦炉。
[0012] 进一步地，所述烟气换热器设置于所述主工艺热源内，所述主工艺热源产生的带有工业余热的气体或液体从所述烟气换热器的一次侧入口进入并于所述烟气换热器内进行热交换后从所述烟气换热器的一次侧出口排出。
[0013] 进一步地，所述烟气换热器为耐高压的紧凑板式换热器。
[0014] 进一步地，所述工业余热利用系统还包括脱硫装置，所述脱硫装置与所述烟气换热器的一次侧相连通。
[0015] 进一步地，所述工业余热利用系统还包括脱硝装置，所述脱硝装置与所述烟气换热器的一次侧相连通。
[0016] 进一步地，所述工业余热利用系统还包括蓄热器，所述蓄热器的入口与所述烟气换热器的二次侧出口相连通，所述蓄热器的出口与所述第一透平的入口相连通。
[0017] 综上，本发明的有益效果是：本发明所述的工业余热利用系统根据工业余热的特点，设计所述分级串联式的复合循环回路，能够较好地匹配各类工业余热的温度参数范围，可比当前采用的余热锅炉蒸汽发电效率提高5%-10%，设备占地面积缩小20%-60%，投资成本降低25%-50%，投资回收周期缩短一半以上，经济竞争力大幅提升。
附图说明
[0018] 图1是本发明较佳实施例所示的工业余热利用系统的结构示意图；
[0019] 附图中标记及相应的零部件名称：工业余热利用系统100、主工艺热源10、烟气换热器20、第一透平30、第一发电机31、第一回热器40、第二回热器50、冷却器60、压气机70、第二透平80、第二发电机81。
具体实施方式
[0020] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0021] 实施例1
[0022] 请参阅图1，本发明较佳实施例所示的工业余热利用系统100，包括主工艺热源10、烟气换热器20、第一透平30、第一发电机31、第一回热器40、第二回热器50、冷却器60、压气机70、第二透平80以及第二发电机81。
[0023] 所述主工艺热源10为能够产生工业余热的各种工业设备，如可以是各种工业使用的加热炉或发热设备，更具体地可以为火电站锅炉、柴油机、燃气轮机、转炉、焦炉等。
[0024] 所述烟气换热器20设置于所述主工艺热源10内，所述主工艺热源10产生的带有工业余热的气体或液体从所述烟气换热器20的一次侧入口进入并于所述烟气换热器20内进行热交换后从所述烟气换热器20的一次侧出口排出。本实施例中，所述烟气换热器20优选耐高压的紧凑板式换热器。
[0025] 所述第一透平30的入口与所述烟气换热器20的二次侧出口相连通，所述第一透平30的出口与所述第一回热器40的高温侧入口相连通，所述第一透平30的输出端与所述第一发电机31的输入端相连。所述第一回热器40的高温侧出口与所述第二回热器50的高温侧入口相连通，所述第二回热器50的高温侧出口与所述冷却器60的入口相连通，所述冷却器60的出口与所述压气机70的入口相连通，所述压气机70的出口分别与所述烟气换热器20的二次侧入口及所述第二回热器50的低温侧入口相连通，所述第二回热器50的低温侧出口与所述第一回热器40的低温侧入口相连通，所述第一回热器40的低温侧出口与所述第二透平80的入口相连通，所述第二透平80的出口与所述第二回热器50的高温侧入口相连通，所述第二透平80的输出端与所述第二发电机81的输入端相连。如此，与所述烟气换热器20的二次侧相连通的各设备形成一分级串联式的复合循环回路。且该回路内的工质为超临界二氧化碳。本实施例中，所述冷却器60的冷却介质为水或空气。
[0026] 所述主工艺热源10产生带有工业余热的气体或液体，经过所述烟气换热器20将热量传递给所述烟气换热器20二次侧的超临界二氧化碳工质，吸收热量后的超临界二氧化碳进入所述第一透平30内，推动所述第一透平30转动，从而带动所述第一发电机31发电，为外界系统提供清洁的电力。做功后仍处于超临界状态的二氧化碳依次通过所述第一回热器40和第二回热器50的高温侧，进入冷却器60排放废热后，再经压气机70升压后分为两路，一路进入烟气换热器20，另一路分别流经第一回热器40和第二回热器50的低温侧，被第一回热器40和第二回热器50的高温侧介质加热后，进入第二透平80，推动第二透平80转动，带动第二发电机81进行发电，做功后的二氧化碳进入第二回热器50的高温侧再循环流通。
[0027] 可以理解，所述工业余热利用系统100还可以包括脱硫装置和/或脱硝装置（图未示），所述脱硫装置和/或脱硝装置与所述烟气换热器20的一次侧相连通，所述主工艺热源10产生的气体或液体先经脱硫和/或脱销后再换热排放，或者是先经换热再经脱硫和/或脱销后排放，以满足环保要求。
[0028] 可以理解，所述工业余热利用系统100还可以包括蓄热器（图未示），满足间歇式主工艺热源的高效余热利用的需求，所述蓄热器的入口与所述烟气换热器20的二次侧出口相连通，所述蓄热器的出口与所述第一透平30的入口相连通。
[0029] 综上，本发明所述的工业余热利用系统100，采用超临界二氧化碳工质以所示的分级串联式的复合循环回路进行能量的转换，可比当前采用的余热锅炉蒸汽发电效率提高5%-10%，设备占地面积可缩小20%-60%，投资成本可降低25%-50%，投资回收周期可缩短一半以上，经济竞争力大幅提升。
[0030] 如上所述，可较好的实现本发明。
[0031] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
