一种基于卡琳娜循环的环保型余热综合发电系统

1.本发明涉及一种发电系统，特别涉及一种基于卡琳娜循环的环保型余热综合发电系统，属于新能源发电技术领域。


背景技术：

2.卡琳娜循环是一种利用氨和水混合物作为工作介质的新颖、高效的动力循环系统；由于工质相变的非等温过程和循环过程中工质浓度的改变，使得循环在整体上与热源和冷源有较好的换热匹配关系。因为氨-水溶液临界温度较低，使得卡琳娜循环可以应用于低温热源，如地热能、工业废热、作为直燃式汽油发电机组和压燃式柴油发电机组底部循环；也可应用于电冷联产的循环系统中。
3.随着全球环境的不断恶化，化石资源的不断枯竭，寻找新型能源利用方式、减少能源消耗、降低污染物排放迫在眉睫，同时为了响应国家实行的"双碳"政策，节能减排势在必行。为了缓解能源消耗和全球环境问题，许多国家都在不断尝试提高清洁能源的发电比重，可在生能源，如太阳能、风能等受天气影响较大，具有不稳定性，不能长期提供稳定电力，作为单一发电装置运行不稳定，通常作为辅助系统提供电力。而大型工业废热烟气的排放一方面存在环境污染的问题，氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳等气体对环境破坏十分严重，另一方面废热烟气中的剩余热量不能被回收利用导致能源浪费。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提出一种利用废热烟气发电的同时可以吸收废热烟气污染物的基于卡琳娜循环的环保型余热综合发电系统；将锅炉废热与太阳热能联合利用通过卡琳娜循环进行发电，增置回热器对系统余热进行利用，实现了能量的多级利用和梯级利用，提高了系统储能效率。光伏电板为脱硝装置的电机提供能量，循环工质氨水为脱硝装置提供原料，石灰水反应器对烟气中的so2 与co2进行吸收，实现了储能和减排的双结合。
5.技术方案：一种基于卡琳娜循环的环保型余热综合发电系统，包括废热烟气热能收集总成、光伏热电收集总成、汽轮发电机和废气处理总成，所述废热烟气热能收集总成和光伏热电收集总成分别以氨水混合液作为循环工质产生氨气与水的混合蒸汽驱动汽轮发电机发电；所述废热烟气热能收集总成的废热烟气经过废气处理总成排出。
6.本发明基于卡琳娜循环发电、脱硫脱硝的联合系统，将工业废热和光伏热能联合利用进行发电，实现了能量的多级利用，提高了整个系统的热电转换效率；由于循环工质采用氨水混合物，故可直接对废热烟气中的氮氧化物进行脱硝处理，实现了储能和减排的双结合。
7.优选项，为了实现对废热烟气热能的回收并且基于卡琳娜循环发电，所述废热烟气热能收集总成包括锅炉、换热器、第一分离器、第一冷凝器和第一氨水泵；所述换热器、第一分离器、第一冷凝器和第一氨水泵通过管道依次连接形成循环的第一氨水混合液循环系
统，所述锅炉排出的废热烟气通过换热器对第一氨水混合液循环系统内的氨水混合液加热，形成气态的氨气与水的混合蒸汽和加热后的液态氨水混合液经过第一分离器分离，气态的氨气与水的混合蒸汽驱动汽轮发电机发电，加热后的液态的氨水混合液返回至第一氨水混合液循环系统内继续循环。
8.优选项，为了实现第一氨水混合液循环系统内加热后的液态的氨水混合液余热的二次回收，所述第一氨水混合液循环系统设有第一回热器，所述第一回热器设有热液进口、热液出口、冷液进口和冷液出口，热液进口和热液出口之间管路中的热液对冷液进口和冷液出口之间管路中的冷液加热；所述第一分离器氨水混合液的出液口与第一回热器的热液进口连通，所述第一回热器的热液出口与第一冷凝器的热液进口连通，所述第一氨水泵的出口与第一回热器的冷液进口连通，所述第一回热器的冷液出口与换热器进液口连通。
9.优选项，为了提高第一氨水混合液循环系统中氨气的浓度，所述第一氨水混合液循环系统中第一冷凝器入口的前端设有第一氨气补充阀。通过第一氨气补充阀不断向第一氨水混合液循环系统中注入氨气，并且通过第一冷凝器的降温作用提高氨水溶液中氨气的浓度。
10.优选项，为了实现对太阳能的回收并且基于卡琳娜循环发电，所述光伏热电收集总成包括热电收集装置、蓄电池、第二分离器、第二冷凝器和第二氨水泵；所述热电收集装置、第二分离器、第二冷凝器和第二氨水泵通过管道依次连接形成循环的第二氨水混合液循环系统，所述热电收集装置通过吸收太阳能对第二氨水混合液循环系统内的氨水混合液加热，形成气态的氨气与水的混合蒸汽和加热后的液态氨水混合液经过第二分离器分离，气态的氨气与水的混合蒸汽驱动汽轮发电机发电，加热后的液态的氨水混合液返回至第二氨水混合液循环系统内继续循环；所述热电收集装置的发电端与蓄电池通过导线连接。
11.优选项，为了实现第二氨水混合液循环系统内加热后的液态的氨水混合液余热的二次回收，所述第二氨水混合液循环系统设有第二回热器，所述第二回热器设有热液进口、热液出口、冷液进口和冷液出口，热液进口和热液出口之间管路中的热液对冷液进口和冷液出口之间管路中的冷液加热；所述第二分离器氨水混合液的出液口与第二回热器的热液进口连通，所述第二回热器的热液出口与第二冷凝器的热液进口连通，所述第二氨水泵的出口与第二回热器的冷液进口连通，所述第二回热器的冷液出口与热电收集装置进液口连通。
12.优选项，为了提高第二氨水混合液循环系统中氨气的浓度，所述第二氨水混合液循环系统中第二冷凝器入口的前端设有第二氨气补充阀。通过第二氨气补充阀不断向第二氨水混合液循环系统中注入氨气，并且通过第二冷凝器的降温作用提高氨水溶液中氨气的浓度。
13.优选项，为了实现对汽轮发电机中的乏汽余热和氨水的回收，所述汽轮发电机包括发电机本体和叶轮组件，所述叶轮组件带动发电机本体的转子旋转；所述废热烟气热能收集总成和光伏热电收集总成产生的氨气与水的混合蒸汽作用于叶轮组件的叶片驱动其旋转；所述叶轮组件分别与废热烟气热能收集总成和光伏热电收集总成的氨水混合液循环系统连通。
14.优选项，为了降低了污染物的排放，所述废气处理总成包括脱硝装置和石灰水反应器，所述废热烟气热能收集总成的废热烟气依次经过脱硝装置和石灰水反应器排出；所
述脱硝装置内设有喷雾器，所述废热烟气热能收集总成的氨水混合液循环系统通过喷雾器向脱硝装置内喷洒氨水溶液。
15.优选项，为了进一步提高脱硝的效果，所述脱硝装置包括搅拌驱动装置，所述搅拌驱动装置与蓄电池导线连接。
16.有益效果：本发明基于卡琳娜循环发电、脱硫脱硝的联合系统，将工业废热和光伏热能联合利用进行发电，实现了能量的多级利用，提高了整个系统的热电转换效率；由于循环工质采用氨水混合物，故可直接对废热烟气中的氮氧化物进行脱硝处理，实现了储能和减排的双结合；通过回热器吸收了分离器中稀氨水的热量与汽轮发电机中的乏汽，充分利用了系统剩余的热量，实现了能量的梯级利用，同时提高了系统的储能效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
18.图1为本发明的构成原理图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
20.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
22.如图1所示，一种基于卡琳娜循环的环保型余热综合发电系统，包括废热烟气热能收集总成1、光伏热电收集总成2、汽轮发电机3和废气处理总成4，所述废热烟气热能收集总成1和光伏热电收集总成2分别以氨水混合液作为循环工质产生氨气与水的混合蒸汽驱动汽轮发电机3发电；所述废热烟气热能收集总成1的废热烟气经过废气处理总成4排出。
23.发明基于卡琳娜循环发电、脱硫脱硝的联合系统，将工业废热和光伏热能联合利用进行发电，实现了能量的多级利用，提高了整个系统的热电转换效率；由于循环工质采用氨水混合物，故可直接对废热烟气中的氮氧化物进行脱硝处理，实现了储能和减排的双结
合。
24.为了实现对废热烟气热能的回收并且基于卡琳娜循环发电，所述废热烟气热能收集总成1包括锅炉11、换热器12、第一分离器13、第一冷凝器14和第一氨水泵15；所述换热器12、第一分离器13、第一冷凝器14和第一氨水泵15通过管道依次连接形成循环的第一氨水混合液循环系统，所述锅炉11排出的废热烟气通过换热器12对第一氨水混合液循环系统内的氨水混合液加热，形成气态的氨气与水的混合蒸汽和加热后的液态氨水混合液经过第一分离器13分离，气态的氨气与水的混合蒸汽驱动汽轮发电机3发电，加热后的液态的氨水混合液返回至第一氨水混合液循环系统内继续循环。
25.为了实现第一氨水混合液循环系统内加热后的液态的氨水混合液余热的二次回收，所述第一氨水混合液循环系统设有第一回热器16，所述第一回热器16设有热液进口、热液出口、冷液进口和冷液出口，热液进口和热液出口之间管路中的热液对冷液进口和冷液出口之间管路中的冷液加热；所述第一分离器13氨水混合液的出液口与第一回热器16的热液进口连通，所述第一回热器16的热液出口与第一冷凝器14的热液进口连通，所述第一氨水泵15的出口与第一回热器16的冷液进口连通，所述第一回热器16的冷液出口与换热器12进液口连通。
26.为了提高第一氨水混合液循环系统中氨气的浓度，所述第一氨水混合液循环系统中第一冷凝器14入口的前端设有第一氨气补充阀17。通过第一氨气补充阀17不断向第一氨水混合液循环系统中注入氨气，并且通过第一冷凝器14的降温作用提高氨水溶液中氨气的浓度。
27.为了实现对太阳能的回收并且基于卡琳娜循环发电，所述光伏热电收集总成2包括热电收集装置21、蓄电池22、第二分离器23、第二冷凝器24和第二氨水泵25；所述热电收集装置21、第二分离器23、第二冷凝器24和第二氨水泵25通过管道依次连接形成循环的第二氨水混合液循环系统，所述热电收集装置21通过吸收太阳能对第二氨水混合液循环系统内的氨水混合液加热，形成气态的氨气与水的混合蒸汽和加热后的液态氨水混合液经过第二分离器23分离，气态的氨气与水的混合蒸汽驱动汽轮发电机3发电，加热后的液态的氨水混合液返回至第二氨水混合液循环系统内继续循环；所述热电收集装置21的发电端与蓄电池22通过导线连接。
28.为了实现第二氨水混合液循环系统内加热后的液态的氨水混合液余热的二次回收，所述第二氨水混合液循环系统设有第二回热器26，所述第二回热器26设有热液进口、热液出口、冷液进口和冷液出口，热液进口和热液出口之间管路中的热液对冷液进口和冷液出口之间管路中的冷液加热；所述第二分离器23氨水混合液的出液口与第二回热器26的热液进口连通，所述第二回热器26的热液出口与第二冷凝器24的热液进口连通，所述第二氨水泵25的出口与第二回热器26的冷液进口连通，所述第二回热器26的冷液出口与热电收集装置21进液口连通。
29.与第二回热器26冷液进口和冷液出口两端可以通过管路并联，系统启动时第二氨水泵25直接给热电收集装置21提供氨水溶液，避免氨水溶液经过第二回热器26，降低系统启动时压力过大无法启动；同理也可以在第一回热器16两端通过管路并联，第一氨水泵15直接给换热器12提供氨水溶液。
30.为了提高第二氨水混合液循环系统中氨气的浓度，所述第二氨水混合液循环系统
中第二冷凝器24入口的前端设有第二氨气补充阀27。通过第二氨气补充阀27不断向第二氨水混合液循环系统中注入氨气，并且通过第二冷凝器24的降温作用提高氨水溶液中氨气的浓度。
31.为了实现对汽轮发电机3中的乏汽余热和氨水的回收，所述汽轮发电机3包括发电机本体31和叶轮组件32，所述叶轮组件32带动发电机本体31的转子旋转；所述废热烟气热能收集总成1和光伏热电收集总成2产生的氨气与水的混合蒸汽作用于叶轮组件32的叶片驱动其旋转；所述叶轮组件32分别与废热烟气热能收集总成1和光伏热电收集总成2的氨水混合液循环系统连通。
32.为了降低了污染物的排放，所述废气处理总成4包括脱硝装置41和石灰水反应器42，所述废热烟气热能收集总成1的废热烟气依次经过脱硝装置41和石灰水反应器42排出；所述脱硝装置41内设有喷雾器43，所述废热烟气热能收集总成1的氨水混合液循环系统通过喷雾器43向脱硝装置41内喷洒氨水溶液。
33.为了进一步提高脱硝的效果，所述脱硝装置41包括搅拌驱动装置44，所述搅拌驱动装置44与蓄电池22导线连接。蓄电池22可以给搅拌驱动装置44供电，也可以给第一氨水泵15和第二氨水泵25供电，实现系统的自给自足。
34.本发明的工作原理：将锅炉废热与太阳热能联合利用，增置的第一回热器16、第二回热器26对系统余热进行利用，实现了能量的多级利用和梯级利用，提高了系统储能效率。光伏热电收集总成2为脱硝装置41的搅拌驱动装置44提供能量，循环工质氨水为脱硝装置41提供原料，石灰水反应器42对烟气中的so
2 与co2进行吸收，实现了储能和减排的双结合，优化了整个循环系统。
35.卡琳娜循环系统工作时，分为两部分且这两部分同时进行工作，第一部分由锅炉11产生的废热烟气进入换热器12中完成热量的转换，将氨水混合物加热至氨水蒸汽，换热器12出口端与第一分离器13相连，氨水蒸汽进入第一分离器13中完成气液相的分离，经分离后的氨水蒸汽进入汽轮发电机3中推动叶轮组件32进行发电，第一分离器13中的稀氨水进入第一回热器16中加热部分氨水混合物回收热量，第一回热器16中的稀氨水通过第一氨气补充阀17补充氨气后进入第一冷凝器14中，经过冷却水冷却凝结成为氨水，第一冷凝器14出口端与第一氨水泵15相连，再经过第一氨水泵15增压将氨水依次送到第一回热器16和换热器12，在第一回热器16和换热器12中分别吸收废热烟气和稀氨水的热量，完成循环。第二部分由热电收集装置21中的太阳能集热管对管内的氨水混合物进行加热，完成热量的转换，太阳能集热管出口端与第二分离器23相连，氨水蒸汽进入第二分离器23中完成气液相分离，氨水蒸汽推动叶轮组件32做功发电，第二分离器23中的稀氨水和汽轮发电机3中的乏汽进入第二回热器26中加热部分氨水混合物回收热量，完成热量的转换，通过第二氨气补充阀27补充氨气后进入第二冷凝器24中冷却凝结为氨水，第二冷凝器24出口端与第二氨水泵25相连，经过第二氨水泵25增压将氨水送入第二回热器26和太阳能集热管的冷端进口完成循环。
36.热电收集装置21的太阳能集热管进水端与第二氨水泵25相连，光伏发电板的电力输出端与蓄电池22相连，集热管出口端与第二分离器23相连。其具体运行原理为：热电收集装置21中的太阳能集热管和光伏发电板联合工作，光伏发电板将光能转换为电能，产生的电能储存在蓄电池22中，太阳能集热管进行热量的转换，集热管内充满氨水混合物，将液相
的氨水混合物转变为气相的氨水蒸汽，蒸汽通过太阳能集热管的出口端进入第二分离器23中。
37.脱硫脱硝系统在工作时，由锅炉11产生的废热烟气在换热器12中完成热量转换后，从换热器12的出口端排出，换热器12的出口端与脱硝装置41相连，废热烟气进入脱硝装置41后由第一氨水泵15提供氨水通过流量计控制氨水进量，通入的氨水经喷雾器43进行雾化，将氨水均匀的喷洒在脱硝装置41内部的反应床中与废热烟气充分混合，由蓄电池22向搅拌驱动装置44供电，搅拌驱动装置44带动脱硝装置41内部的反应床进行旋转使废热烟气与氨水雾化液滴充分接触完成脱硝，反应后的混合物通入石灰水反应器42进行脱硫脱碳，完成整个废热烟气的处理流程。
38.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
39.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本说明书中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。