一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置及其使用方法

1.本发明属于锅炉烟气余热利用技术领域，具体涉及一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置及其使用方法。


背景技术：

2.锅炉的热效率是指有效热量占燃料送入热量的百分数，燃煤锅炉的热效率一般为70～85％，以废热形式排出的能量占燃烧总能量的15％～30％。为提高锅炉热效率需要增加有效利用热量，减少锅炉各项热损失，其中锅炉排烟热损失是锅炉各项热损失中占比最大的一项。
3.基于有机朗肯循环的锅炉尾部烟气余热回收发电方法可以实现锅炉尾部烟气的余热利用，不需要消耗其他外部能源，依靠烟气余热驱动有机朗肯循环，使烟气中携带的热量转化为高品位的电能。众所周知，由于锅炉受深度调峰低负荷和快速变负荷运行工况、有机工质物理性质和外界环境等因素的影响，在变工况运行条件下，锅炉尾部烟气中的热量不一定能够满足有机朗肯循环做功所需的条件。因此，提供一种能够将不符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气排出，将符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气进行有机朗肯循环，从而解决变工况问题的发电装置是很有必要的。
4.现有技术中，为了解决锅炉尾部烟气中的热量不一定能够满足有机朗肯循环做功所需条件的问题，通常只是简单地利用传感器获取锅炉尾部烟气的温度，然后将获取的温度与预设的温度进行比较，最后通过控制阀门的启闭将不符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气排出，将符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气进行有机朗肯循环。但是，排出的不符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气中仍然携带有大量的余热，现有技术只是简单粗暴地将获取的温度与预设的温度比较后，将不符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气排出，这样仍然会造成锅炉尾部烟气余热的损失，导致锅炉尾部烟气余热的利用率不高。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置及其使用方法，能够提高锅炉尾部烟道烟气余热的利用率。
6.为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
7.一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，包括第一排烟管道、第二排烟管道和第三排烟管道，所述第一排烟管道的一端用于连接锅炉尾部烟道的排烟端，所述第一排烟管道的另一端分别与所述第二排烟管道和所述第三排烟管道的一端连接，所述第二排烟管道的另一端连接有有机朗肯循环发电系统；所述第一排烟管道上设置有用于加热所述第一排烟管道内气体的可再生能源加热系统，所述第一排烟管道上靠近另一端的位置设置有温度传感器，所述第二排烟管道和所述第三排烟管道分别设置有第一控制阀门和第二控制阀门。
8.进一步地，所述可再生能源加热系统包括第一电极板、第二电极板、蓄电装置和太
阳能光伏发电板，所述太阳能光伏发电板与所述蓄电装置连接，所述蓄电装置的正负两极分别连接所述第一电极板和所述第二电极板，所述第一电极板接触套设在所述第一排烟管道上靠近一端的位置，所述第二电极板接触套设在所述第一排烟管道上靠近所述温度传感器的位置；所述第一排烟管道采用带电阻的管道。
9.进一步地，位于所述第一电极板和所述第二电极板之间的所述第一排烟管道的外表面上包覆有保温层。
10.进一步地，所述第一排烟管道上位于所述第一电极板和所述第二电极板的外侧分别设置有绝缘装置。
11.进一步地，所述有机朗肯循环发电系统包括蒸发器、透平膨胀机、发电机和冷凝器，所述第二排烟管道的另一端与所述蒸发器的热端入口连接，所述蒸发器的热端出口与所述透平膨胀机的入口连接，所述透平膨胀机的主轴与所述发电机连接，所述透平膨胀机的出口与所述冷凝器的热端入口连接，所述冷凝器的冷端出口与所述蒸发器的冷端入口连接。
12.进一步地，所述蒸发器的冷端出口连接有烟气处理装置。
13.进一步地，所述冷凝器的冷端出口与所述蒸发器的冷端入口之间还设置有加压泵。
14.进一步地，还包括控制器，所述温度传感器、所述第一控制阀门和所述第二控制阀门均与所述控制器连接，所述控制器用于将所述温度传感器采集的温度与预设温度比较，根据比较结果控制所述第一控制阀门和所述第二控制阀门的开闭。
15.进一步地，所述第三排烟管道的另一端连接有烟气处理装置。
16.一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置的使用方法，包括：
17.将所述第一排烟管道的一端与锅炉尾部烟道的排烟端连接，所述锅炉尾部烟道的烟气进入所述第一排烟管道内，利用所述可再生能源加热系统对所述第一排烟管道内的烟气进行加热，利用所述温度传感器采集所述第一排烟管道内被加热后的烟气温度，当所述烟气温度大于预设温度时，所述第二排烟管道上的第一控制阀门打开，烟气进入所述有机朗肯循环发电系统做功；当所述烟气温度不大于预设温度时，所述第三排烟管道上的第二控制阀门打开，将烟气排出。
18.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
19.本发明提供的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，因为电厂通常具有面积较大且开阔平坦的屋面，蕴含丰富的可再生能源，本发明利用了可再生能源加热系统对锅炉尾部烟道产生的烟气在第一排烟管道进行加热，提高了烟气的温度，与传统技术相比，可以使得原先不符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气温度得到提高，进而变为符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气。这样使得原先被排出不利用烟气可以进一步加以利用，也就是说，原先被浪费掉的烟气余热在本发明中能够被利用，大大提高了锅炉尾部烟道烟气余热的利用率。
20.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置的结构示意图；
23.图2为本发明实施例中可再生能源加热系统的局部示意图。
24.图中：1-锅炉尾部烟道；2-第一排烟管道；3-第二排烟管道；4-第三排烟管道；5-可再生能源加热系统；501-第一电极板；502-第二电极板；503-蓄电装置；504-太阳能光伏发电板；505-螺栓；506-电缆；6-有机朗肯循环发电系统；601-蒸发器；602-透平膨胀机；603-发电机；604-冷凝器；7-温度传感器；8-第一控制阀门；9-第二控制阀门；10-保温层；11-绝缘装置；12-烟气处理装置；13-加压泵；14-冷却液处理装置；15-控制器；16-三通连接件。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.作为本发明的某一具体实施方式，如图1所示，本发明提供了一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，包括第一排烟管道2、第二排烟管道3和第三排烟管道4，第一排烟管道2的一端用于连接锅炉尾部烟道1的排烟端，第一排烟管道2的另一端分别与第二排烟管道3和第三排烟管道4的一端连接，在第二排烟管道3的另一端连接有有机朗肯循环发电系统6。在第一排烟管道2上安装有用于加热第一排烟管道2内气体的可再生能源加热系统5，在第一排烟管道2上靠近另一端的位置设置有温度传感器7，在第二排烟管道3和第三排烟管道4分别设置有第一控制阀门8和第二控制阀门9。示例的，利用三通连接件16将第一排烟管道2、第二排烟管道3和第三排烟管道4进行连接，其中，第一排烟管道2的另一端与三通连接件16的第一端连接，第二排烟管道3和第三排烟管道4的一端分别与三通连接件16的第二端和第三端连接。
27.具体地说，在使用时，将第一排烟管道2的一端与锅炉尾部烟道1的排烟端连接，锅炉尾部烟道1的排烟进入第一排烟管道2内，同时利用可再生能源加热系统5对第一排烟管道2内的烟气进行加热，利用温度传感器7采集第一排烟管道2内被加热后的烟气温度，当烟气温度大于预设温度时，第二排烟管道3上的第一控制阀门8打开，烟气进入有机朗肯循环发电系统6做功；当烟气温度不大于预设温度时，第三排烟管道4上的第二控制阀门9打开，将烟气排出。本发明利用了可再生能源加热系统5对锅炉尾部烟道1产生的烟气在第一排烟管道2进行加热，提高了烟气的温度，可以使得原先不符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气温度得到提高，进而变为符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气。这样使得原先被排出不利用的烟气可以进一步加以利用，也就是说，原先被浪费掉的烟气余热在本发明中能够被利用，大大提高了锅炉尾部烟道烟气余热的利用率。
28.优选的，如图1所示，将温度传感器7、第一控制阀门8和第二控制阀门9均与控制器
15连接，示例的，第一控制阀门8和第二控制阀门9采用电磁阀。控制器15获取温度传感器7采集的温度，并将温度传感器7采集的温度与预设温度比较，根据比较结果控制第一控制阀门8和第二控制阀门9的开闭，具体地说，当烟气温度大于预设温度时，第二排烟管道3上的第一控制阀门8打开，烟气进入有机朗肯循环发电系统6做功；当烟气温度不大于预设温度时，第三排烟管道4上的第二控制阀门9打开，将烟气排出。
29.优选的，在第三排烟管道4的另一端连接有烟气处理装置12，不符合的烟气先通过烟气处理装置12进行净化处理后再排放掉，避免未净化的烟气对空气造成的污染，起到保护环境的作用。
30.在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，结合图1和图2所示，可再生能源加热系统5包括第一电极板501、第二电极板502、蓄电装置503和太阳能光伏发电板504，太阳能光伏发电板504与蓄电装置503连接，蓄电装置503的正负两极分别连接第一电极板501和第二电极板502，第一电极板501接触套设在第一排烟管道2上靠近一端的位置，第二电极板502接触套设在第一排烟管道2上靠近温度传感器7的位置。其中，第一排烟管道2采用带电阻的管道。示例的，第一电极板501和第二电极板502采用铜极板，铜极板上采用螺栓505将电缆506进行连接固定，确保电缆506连接的牢固性，电缆506与蓄电装置503连接。
31.具体地说，利用太阳能光伏发电板504将太阳能转换为电能储存在蓄电装置503中，将安装在第一排烟管道2上的第一电极板501和第二电极板502分别与蓄电装置503的正负极连接，接通蓄电装置503、第一电极板501和第二电极板502之间的电路，进行导电，由于第一排烟管道2为金属，其有一定的电阻，在导通的电路中，第一排烟管道2将电能转化为热能，对其内部的烟气进行加热。电厂通常具有面积较大且开阔平坦的屋面，尤其在日照充足的西部地区电厂，太阳能资源可利用率高，适合安装太阳能光伏阵列，该加热系统结构简单、使用成本低且便于安装。当然，可再生能源加热系统5还可以采用风能等可再生能源。
32.优选的，如图2所示，在位于第一电极板501和第二电极板502之间的第一排烟管道2的外表面上包覆有保温层10。采用保温层10减少第一排烟管道2的热量散失，提高热能的利用率。
33.优选的，如图1所示，在第一排烟管道2上位于第一电极板501和第二电极板502的外侧分别设置有绝缘装置11。示例的，绝缘装置11采用绝缘法兰。
34.由于可再生能源加热系统加热方式为电加热，第一排烟管道2是带电的，为避免整个装置的其他部分也带电，在第一电极板501和第二电极板502的侧边各加一个绝缘法兰，将带电的区域限制在两个绝缘法兰之间。
35.在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，结合图1所示，有机朗肯循环发电系统6包括蒸发器601、透平膨胀机602、发电机603和冷凝器604，第二排烟管道3的另一端与蒸发器601的热端入口连接，蒸发器601的热端出口与透平膨胀机602的入口连接，透平膨胀机602的主轴与发电机603连接，透平膨胀机602的出口与冷凝器604的热端入口连接，冷凝器604的冷端出口与蒸发器601的冷端入口连接。
36.具体地说，当烟气温度满足有机朗肯循环做功条件时，烟气通过第二排烟管道3进入蒸发器601中加热有机工质，使有机工质吸热转变为饱和蒸汽或过热蒸汽，饱和蒸汽或过热蒸汽在透平膨胀机602中膨胀做功，从而带动发电机603使热能转化为电能，做功后的乏
汽在冷凝器604中被冷凝后再次进入蒸发器601进行循环利用。
37.优选的，如图1所示，在蒸发器601的冷端出口还连接有烟气处理装置12，经过换热后的烟气先通过烟气处理装置12进行净化处理后再排放掉，避免未净化的烟气对空气造成的污染，起到保护环境的作用。
38.优选的，如图1所示，在冷凝器604的冷端出口与蒸发器601的冷端入口之间还设置有加压泵13，做功后的乏汽在冷凝器604中被冷凝后由加压泵13压入蒸发器601进行循环利用。
39.优选的，如图1所示，在冷凝器604的冷却液入口还连接有冷却液处理装置14，冷却水直接采用锅炉用水，锅炉用水经冷却水处理装置14进入冷凝器604，冷凝器604换热后的冷却水供至电厂厂房的采暖系统后排至锅炉的冷却水系统。通过对冷凝器604换热后的冷却水的热量进行进一步利用，最终排出锅炉的冷却水的温度进一步降低，减少了对大气环境的热污染。
40.优选的，温度传感器7、控制器15、第一控制阀门8、第二控制阀门9、冷却液处理装置14和加压泵13均与发电机603电连接，发电机603作为备用电源。也就是说，温度传感器7、控制器15、第一控制阀门8、第二控制阀门9、冷却液处理装置14和加压泵13可以取发电机603所发电作为用电来源，实现余热利用的目的。
41.本发明提供的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置的使用方法，具体如下：
42.利用可再生能源加热系统5对第一排烟管道2内的锅炉尾部烟道烟气进行再加热，安装在第一排烟管道2上的温度传感器7将实时采集到的高温烟气的温度信号传送至控制器15，控制器15根据所采集的信号实时控制安装在第二排烟管道3上的第一控制阀门8和安装在第三排烟管道4上的第二控制阀门9的启闭。当温度条件不满足有机朗肯循环做功所需的条件时，控制器15通过传输电信号控制第一控制阀门8关闭、第二控制阀门9开启，使不合格的烟气由第三排烟管道4经烟气处理装置12后排至环境。当温度条件满足有机朗肯循环做功所需的条件时，控制器15通过传输电信号控制第一控制阀门8开启、第二控制阀门9关闭，使合格的烟气由第二排烟管道3进入蒸发器601内进行热交换，然后经烟气处理装置12后排至环境。
43.本发明既实现了通过选择温度合格的烟气进行有机朗肯循环，温度不合格的烟气直接排出，解决了变工况的问题，实现最大的经济利益，同时还利用可再生能源加热系统对锅炉尾部烟道产生的烟气在第一排烟管道进行加热，提高烟气的温度，使得原先不符合有机朗肯循环做功所需条件的烟气温度得到提高，进而提高锅炉尾部烟道烟气余热的利用率。通过有机朗肯循环做功所产生的电能可以为锅炉辅机设备和各种用电器材在保证安全的前提下提供稳定的电能，从而达到余热利用的目的。
44.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，其特征在于，包括第一排烟管道(2)、第二排烟管道(3)和第三排烟管道(4)，所述第一排烟管道(2)的一端用于连接锅炉尾部烟道(1)的排烟端，所述第一排烟管道(2)的另一端分别与所述第二排烟管道(3)和所述第三排烟管道(4)的一端连接，所述第二排烟管道(3)的另一端连接有有机朗肯循环发电系统(6)；所述第一排烟管道(2)上设置有用于加热所述第一排烟管道(2)内气体的可再生能源加热系统(5)，所述第一排烟管道(2)上靠近另一端的位置设置有温度传感器(7)，所述第二排烟管道(3)和所述第三排烟管道(4)分别设置有第一控制阀门(8)和第二控制阀门(9)。2.根据权利要求1所述的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，其特征在于，所述可再生能源加热系统(5)包括第一电极板(501)、第二电极板(502)、蓄电装置(503)和太阳能光伏发电板(504)，所述太阳能光伏发电板(504)与所述蓄电装置(503)连接，所述蓄电装置(503)的正负两极分别连接所述第一电极板(501)和所述第二电极板(502)，所述第一电极板(501)接触套设在所述第一排烟管道(2)上靠近一端的位置，所述第二电极板(502)接触套设在所述第一排烟管道(2)上靠近所述温度传感器(7)的位置；所述第一排烟管道(2)采用带电阻的管道。3.根据权利要求2所述的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，其特征在于，位于所述第一电极板(501)和所述第二电极板(502)之间的所述第一排烟管道(2)的外表面上包覆有保温层(10)。4.根据权利要求2所述的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，其特征在于，所述第一排烟管道(2)上位于所述第一电极板(501)和所述第二电极板(502)的外侧分别设置有绝缘装置(11)。5.根据权利要求1所述的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，其特征在于，所述有机朗肯循环发电系统(6)包括蒸发器(601)、透平膨胀机(602)、发电机(603)和冷凝器(604)，所述第二排烟管道(3)的另一端与所述蒸发器(601)的热端入口连接，所述蒸发器(601)的热端出口与所述透平膨胀机(602)的入口连接，所述透平膨胀机(602)的主轴与所述发电机(603)连接，所述透平膨胀机(602)的出口与所述冷凝器(604)的热端入口连接，所述冷凝器(604)的冷端出口与所述蒸发器(601)的冷端入口连接。6.根据权利要求5所述的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，其特征在于，所述蒸发器(601)的冷端出口连接有烟气处理装置(12)。7.根据权利要求5所述的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，其特征在于，所述冷凝器(604)的冷端出口与所述蒸发器(601)的冷端入口之间还设置有加压泵(13)。8.根据权利要求1所述的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，其特征在于，还包括控制器(15)，所述温度传感器(7)、所述第一控制阀门(8)和所述第二控制阀门(9)均与所述控制器(15)连接，所述控制器(15)用于将所述温度传感器(7)采集的温度与预设温度比较，根据比较结果控制所述第一控制阀门(8)和所述第二控制阀门(9)的开闭。9.根据权利要求1所述的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置，其特征在于，所述第三排烟管道(4)的另一端连接有烟气处理装置(12)。10.根据权利要求1至9任一项所述的一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置的使用方法，其特征在于，包括：将所述第一排烟管道(2)的一端与锅炉尾部烟道(1)的排烟端连接，所述锅炉尾部烟道
(1)的烟气进入所述第一排烟管道(2)内，利用所述可再生能源加热系统(5)对所述第一排烟管道(2)内的烟气进行加热，利用所述温度传感器(7)采集所述第一排烟管道(2)内被加热后的烟气温度，当所述烟气温度大于预设温度时，所述第二排烟管道(3)上的第一控制阀门(8)打开，烟气进入所述有机朗肯循环发电系统(6)做功；当所述烟气温度不大于预设温度时，所述第三排烟管道(4)上的第二控制阀门(9)打开，将烟气排出。

技术总结
本发明属于锅炉烟气余热利用技术领域，公开了一种锅炉尾部烟道烟气余热回收发电装置及其使用方法，包括第一排烟管道、第二排烟管道和第三排烟管道，所述第一排烟管道的一端用于连接锅炉尾部烟道的排烟端，所述第一排烟管道的另一端分别与所述第二排烟管道和所述第三排烟管道的一端连接，所述第二排烟管道的另一端连接有有机朗肯循环发电系统；所述第一排烟管道上设置有用于加热所述第一排烟管道内气体的可再生能源加热系统，所述第一排烟管道上靠近另一端的位置设置有温度传感器，所述第二排烟管道和所述第三排烟管道分别设置有第一控制阀门和第二控制阀门。本发明能够提高锅炉尾部烟道烟气余热的利用率。炉尾部烟道烟气余热的利用率。炉尾部烟道烟气余热的利用率。


技术研发人员：杨浩昱 张西容 李维腾 陈婷钰 陈经荣 杨冬
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/6/27