余热循环利用系统

技术领域

本发明涉及蒸汽机技术领域，具体涉及一种蒸汽机的热力循环系统。

背景技术

目前，热机的最高效率只有45％左右，这就使得宝贵资源被浪费了近50％。随着全球环境日益恶化，我们不得不继续寻找和探索更高效的热机。一般的热力循环系统从高温热源吸收热量做功后，总是将部分热量释放到低温环境当中，使热能利用效率无法得到提高。经研究发现，热机向低温环境释放的余热是可以被回收利用的，只要充分利用热机的余热，就能提高热机的热工转化效率。发明一种不需要冷却系统的蒸汽机，让热力循环系统充分吸收余热给系统自身加热，并从高温热源吸收热量做功，就能极大的提高热能利用效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种余热循环利用系统，让蒸汽机将热能最大限度的转化成机械能，减少不必要的能量损失。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：构建一个热力循环系统，让热力循环系统的冷凝工质先充分吸收乏汽的余热，再经过高温热源二次加热后驱动汽轮机做功，做功后的余热乏汽则被系统自身的冷凝工质冷却。

热力循环系统主要由汽轮机、水泵、等温逆流换热器及水箱组成，在汽轮机的末端安装等温逆流换热器，汽轮机排出的乏汽进入等温逆流换热器后被循环系统自身的冷凝工质冷却，冷却后的冷凝工质进入水箱，水箱通过散热保持水箱内的工质为常温状态，水箱内的工质被水泵输送到等温逆流换热器中吸热，然后经过高温热源二次加热形成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽通过汽轮机做功后，从汽轮机排出的乏汽再次进入等温逆流换热器冷却形成循环。

所述等温逆流换热器是让高温工质和低温工质在换热器中逆向流动，高温工质在流动过程中逐渐冷却，低温工质在流动过程中逐渐吸热。增加逆流换热器的换热面积，就能使每个微小换热面的两侧温度趋于相同，使高温工质流出的温度趋近于低温工质流入的温度，低温工质流出的温度趋近于高温工质流入的温度。

水箱上设置有水位观测仪和压力表，当热力循环系统的工质不足时，可在水箱中添加工质。

本发明提供的热气机具有以下优点：

整个系统只需要对水箱进行降温，不需要庞大的冷却系统，能将热能最大限度的转化成机械能，从而提高了热能利用效率。正常情况下，热能利用率能达到80％以上；

由于不需要庞大的冷却系统，对于电厂来说，节省了建造冷却塔及循环冷却水的费用，可节省水资源，减少热排放，特别适用于干旱地区的热力发电厂，由于不需要冷却系统，避免了散热对环境产生不利影响。

适用范围广，对于燃煤、核能、化工厂余热、地热能、太阳能、内燃机余热等具有开采价值的热源都可以采用余热循环利用系统提高热能利用效率。

容易对现有的热力发电厂进行改造，对原有设备利用程度高，改造费用少。

热力循环系统简洁高效，设备制造简单，成本较低。

附图说明

图1是余热循环利用系统的示意图，其中实心箭头所指方向为工质的流动方向；

图2是管式等温逆流换热器的示意图；

图3是图2中A-A截面图；

图4是图2中B-B截面图；

图5是管式等温逆流换热器的弯折布置图；

图6是箱式等温逆流换热器的示意图；

图7是图6中C-C截面图；

其中：(1)是汽轮机，(2)是水泵、(3)是水箱、(4)是等温逆流换热器、(5)是高温热源、(11)是乏汽进口、(12)是冷凝水出口、(13)是内管进口、(14)是内管出口、(15)是内管、(16)是外管、(17)是保温层、(18)是固定支架、(20)是箱式等温逆流换热器的内管、(21)是箱体、(22)是隔板、(23)是保温层。

具体实施方式

如图1所示：余热循环利用系统主要由汽轮机(1)、水泵(2)、等温逆流换热器(4)及水箱(3)组成，让汽轮机(1)排出的余热乏汽进入等温逆流换热器(4)冷却，冷却后的冷凝工质进入水箱(3)，水箱(3)通过散热保持水箱(3)内的工质为常温状态，水箱(3)内的工质被水泵(2)输送到等温逆流换热器(4)中吸热，然后经过高温热源(5)二次加热形成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽通过汽轮机(1)做功后，从汽轮机(1)排出的乏汽再次进入等温逆流换热器(4)冷却形成循环。

等温逆流换热器(4)是让高温工质和低温工质在换热器中逆向流动，高温工质在流动过程中逐渐冷却，低温工质在流动过程中逐渐吸热，使高温工质流出的温度接近低温工质流入的温度，低温工质流出的温度接近高温工质流入的温度。等温逆流换热器(4)可做成多种形式，下面举例介绍管式等温逆流换热器和箱式等温逆流换热器，其它类型的等温逆流换热器不再一一列举，所列举的实例并不限制本专利的保护范围。

如图2、图3、图4所示：管式等温逆流换热器(4)是由内管(15)、外管(16)、保温层(17)、固定支架(18)组成的。内管(15)是由多根带翅片的金属圆管组成。内管(15)在外管(16)内按三角形排列方式均匀排列。外管(16)是一根圆形变截面管道，因为从汽轮机(1)排出的乏汽随着温度逐渐降低，流速和体积逐渐减小，所以外管(16)从连接汽轮机的乏汽进口(11)到连接水箱的冷凝水出口(12)截面逐渐变小。

管式等温逆流换热器的乏汽进口(11)连接汽轮机(1)，冷凝水出口(12)连接水箱(3)，内管进口(13)连接水泵(2)，内管出口(14)连接高温热源(5)内的锅炉管。内管(15)中的工质在流动过程中逐渐吸热，外管(16)中的工质在流动过程中逐渐冷却。

如图5所示：由于等温逆流换热器(3)的长度较长，可以进行弯折布置，当高温工质需要在等温逆流换热器中冷凝成液体时，就必须保证等温逆流换热器从乏汽进口(11)到冷凝水出口(12)的高度逐渐降低，防止管内冷凝工质逆流。

管式等温逆流换热器的优点是内管和外管都是圆形管道，可以承受较高的压力，布置灵活；缺点是管式等温逆流换热器占用空间比较大，要求空间落差比较大。

如图6、图7所示：箱式等温逆流换热器是由内管(20)、箱体(21)、隔板(22)及保温层(23)组成的，在箱体(21)表面做保温层(23)进行保温，隔板(22)采用隔热效果良好的材料制作。内管(20)是带翅片的等截面圆形管道，箱体(21)通过隔板(22)交错隔离形成换热通道，多根内管(20)顺箱体(21)内的换热通道排列布置。余热乏汽从乏汽进口(11)进入，逐渐冷却后从冷凝水出口(12)排出，冷凝工质从内管进口(13)进入，从内管出口(14)排出。

箱式等温逆流换热器的优点是占用空间比较小，保温效果好。缺点是箱体不能承受较高的压力。

所述水箱(3)设置在水泵(2)的进口处，当热力循环系统的工质不足时，可在水箱(3)中添加工质，水箱(3)内工质的温度要尽量保持在常温状态，所以要根据水箱的温度适当采取降温措施。

高温热源(5)内的锅炉管总是从热源的低温端逐渐流向热源的高温端，工质从低温端开始逐渐吸热，可充分利用热源的热量。例如燃煤发电厂的锅炉管可从排烟口进入，从燃烧室穿出，工质从排烟口流向燃烧室逐渐吸热。