一种适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统
技术领域
1.本发明属于工业余热回收和清洁能源技术领域，具体而言，涉及一种适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统。
背景技术：2.人类社会的可持续发展受限于能源短缺问题，进一步加强节能减排工作和开发可再生能源，是应对全球能源短缺的迫切需要。有机朗肯循环(organic rankine cycle，orc)是基于低沸点有机工质替代传统朗肯循环工质—水的一种热力循环，特别适用于中低温工业余热，以及太阳能、生物质能、地热能等中低品位可再生能源的开发利用。有机朗肯循环发电技术不仅具有巨大经济价值，而且有利于节能减排和保护环境。
3.有机朗肯循环(organic rankine cycle，简称orc)是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由蒸发器、透平、发电机、冷凝器和工质泵等部件组成。有机工质在蒸发器中吸收低温热源（80-300℃）的热量，生成具有一定压力和温度的蒸气，蒸气进入透平，推动透平做功，从而带动发电机产生高品位的电能。从透平排出的蒸气在冷凝器中向外部冷源放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到蒸发器，完成整个循环过程。
4.伴随着新能源行业的不断发展，二甲醚的市场需求越来越大，在世界范围内，二甲醚的建设已经成为热点，一些大型二甲醚装置已在筹建之中。目前甲醇气相催化脱水法是国内外使用最广泛的二甲醚工业生产方法。甲醇气相催化脱水制二甲醚过程中产生大量反应热量，未能完全利用，导致能源浪费。将该部分热量用于有机朗肯循环（orc）余热发电，在节能减排的同时，还可以提升经济收益。
5.这些反应热，以热水和蒸汽的形式出现，由于温度和压力差异较大，无法直将热水和低压蒸汽混合后进入orc系统进行换热。目前常规方法是不同热源配置不同的orc机组发电，这就导致机组较多，成本上升且占地面积较大。
技术实现要素：6.为了解决现有现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，实现醇醚生产过程中产生的不同热源共用发电系统，减少不同热源的orc机组的配置，从而降低orc机组设备的占地面积。
7.为达到上述技术目的及效果，本发明通过以下技术方案实现：一种适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，包括二甲醚精馏塔、设置在所述二甲醚精馏塔塔顶的二甲醚精馏塔冷却器、与所述二甲醚精馏塔的塔釜进液口连接的二甲醚塔釜再沸器、甲醇精馏塔、设置在所述甲醇精馏塔塔顶的甲醇精馏塔冷却器、与所述甲醇精馏塔的塔釜进液口连接的甲醇塔釜再沸器、蒸发器、透平、发电机、冷凝器和工质泵，所述二甲醚精馏塔的塔底出液口与所述甲醇精馏塔的进液口连接，所述蒸发器、所述透平、所述冷凝器和所述工质泵顺序连接形成一个回路；所述蒸发器内设置有第一管程和第二管程，所述二甲醚塔釜再沸器和所述甲醇塔釜再沸器通过第一介质管道与所述第一管程的入
口连接，所述二甲醚精馏塔冷却器和所述甲醇精馏塔冷却器通过第二介质管道与所述第二管程的入口连接，所述第一管程和所述第二管程的出口至少与一条循环管道连接，实现系统中介质的循环利用。
8.进一步的，还包括一个预热器，所述预热器的壳程串联在所述蒸发器和所述工质泵之间，同时，所述预热器的管程串联在所述第一管程和所述第二管程的出口与所述循环管道之间。
9.进一步的，所述预热器和所述蒸发器内置在一个筒体内。
10.进一步的，所述第一管程和所述第二管程分别拥有一个出口；或者，所述第一管程和所述第二管程拥有一个共用出口。
11.进一步的，所述二甲醚塔釜再沸器和所述甲醇塔釜再沸器采用蒸汽介质加热；所述二甲醚精馏塔冷却器和所述甲醇精馏塔冷却器中采用水介质冷却。
12.进一步的，所述二甲醚塔釜再沸器和所述甲醇塔釜再沸器通过第一介质管道并联接入所述第一管程的入口；所述二甲醚精馏塔冷却器和所述甲醇精馏塔冷却器通过第二介质管道并联接入所述第二管程的入口。
13.进一步的，所述甲醇精馏塔的塔底出液口通过废水回收管道与废水处理装置连接。
14.本发明的有益效果如下：1、本发明的orc发电系统的蒸发器内的管程采用分程设计，使不同类型、不同温度的热源同时进入蒸发器内，提高系统换热效率，减小热损失；并且在管程末端的管程出口可使热源共用一个管程出口，也可使热源通过各自的管程出口进入下一阶段，实现热源合理配置，实现二甲醚生产过程中对orc机组的减少，降低设备占地面积和成本；2、本发明的orc发电系统的蒸发器和预热器内置在一个筒体内，一体化设计，提高了系统的换热效率，进一步减小占地面积和降低成本。
15.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明双热源orc发电系统整体结构示意图；图2为本发明预热器第一种连接示意图；图3为本发明预热器第二种连接示意图；图4为本发明预热器第三种连接示意图。
17.图中标号说明：1、二甲醚精馏塔；2、二甲醚精馏塔冷却器；3、二甲醚塔釜再沸器；4、甲醇精馏塔；5、甲醇精馏塔冷却器；6、甲醇塔釜再沸器；7、蒸发器；8、透平；9、发电机；10、冷凝器；11、工质泵；12、预热器；13、筒体；14、第一介质管道；15、第二介质管道；16、循环管道。
具体实施方式
18.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
19.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
20.参见图1所示，一种适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，其特征在于：包括二甲醚精馏塔1、设置在所述二甲醚精馏塔1塔顶的二甲醚精馏塔冷却器2、与所述二甲醚精馏塔1的塔釜进液口连接的二甲醚塔釜再沸器3、甲醇精馏塔4、设置在所述甲醇精馏塔4塔顶的甲醇精馏塔冷却器5、与所述甲醇精馏塔4的塔釜进液口连接的甲醇塔釜再沸器6、蒸发器7、透平8、发电机9、冷凝器10和工质泵11，所述二甲醚精馏塔1的塔底出液口与所述甲醇精馏塔4的进液口连接，所述蒸发器7、所述透平8、所述冷凝器10和所述工质泵11顺序连接形成一个回路；所述蒸发器7内设置有第一管程和第二管程，所述第一管程和所述第二管程的入口和出口均贯穿所述蒸发器7的壳程并与外界连通，所述二甲醚塔釜再沸器3和所述甲醇塔釜再沸器6通过第一介质管道14与所述第一管程的入口连接，实现所述二甲醚塔釜再沸器3和所述甲醇塔釜再沸器6中的加热介质通过所述第一介质管道14输送进所述第一管程中，所述二甲醚精馏塔冷却器2和所述甲醇精馏塔冷却器5通过第二介质管道15与所述第二管程的入口连接，实现所述二甲醚精馏塔冷却器2和所述甲醇精馏塔冷却器5中的冷却介质通过所述第二介质管道15输送进所述第二管程中，所述第一管程和所述第二管程的出口至少与一条循环管道16连接，实现系统中介质的循环利用。
21.进一步的，参见图2-4所示，还包括一个预热器12，所述预热器12上设置有工质输入口、工质输出口、热源介质输入口和热源介质输出口，所述工质输入口和所述工质输出口设置在所述预热器12的壳程上，所述热源介质输入口和所述热源介质输出口之间通过所述预热器12的管程连通，所述预热器12通过所述工质输入口与所述工质泵11的输出口连接，所述预热器12通过所述工质输出口与所述蒸发器7的输入口连接，即，所述预热器12的壳程串联在所述蒸发器7和所述工质泵11之间，同时，所述热源介质输入口与所述第一管程和所述第二管程的出口连接，所述热源介质输出口与所述循环管道16连接，即，所述预热器12的管程串联在所述第一管程和所述第二管程的出口与所述循环管道16之间。
22.进一步的，继续参见参见图2-4所示，所述预热器12和所述蒸发器7内置在一个筒体13内，实现一体化设计，提高了系统的换热效率，减小占地面积和降低成本。
23.进一步的，参见图2-3所示，所述第一管程和所述第二管程分别拥有一个出口；或者，参见图4所示，所述第一管程和所述第二管程拥有一个共用出口；继续参见图2所示，当所述第一管程和所述第二管程分别拥有一个出口时，此时，所述预热器12上可设置两组所述热源介质输入口和两组所述热源介质输出口，其中每组所述热源介质输入口和对应的所述热源介质输出口之间均通过对应的所述预热器12的管程连接，所述第一管程的出口和所述第二管程的出口分别与对应的所述热源介质输入口连接，并且通过所述热源介质输出口与对应的所述循环管道16连通；继续参见图3所示，所述预热器12上也可以设置一组所述热源介质输入口和一所述热源介质输出口，所述所述第一管程的出口和所述第二管程的出口同时接入所述热源介质输入口，并通过所述热源介质输出口与所述循环管道16连通；继续参见图4所示，当所述第一管程和所述第二管程拥有一个共用出口，所述预热器12上设置一
组所述热源介质输入口和一所述热源介质输出口，所述第一管程和所述第二管程通过共用出口与所述热源介质输入口连接，并通过所述热源介质输出口与所述循环管道16连通；此外需要说明的是，当系统中没有接入所述预热器12时，当所述第一管程和所述第二管程分别拥有一个出口，分别与对应的所述循环管道16连通，当所述第一管程和所述第二管程拥有一个共用出口，直接与一条所述循环管道16连通接，使用时，根据实际需要合理选择配置。
24.进一步的，所述二甲醚塔釜再沸器3和所述甲醇塔釜再沸器6采用蒸汽介质加热；所述二甲醚精馏塔冷却器2和所述甲醇精馏塔冷却器5中采用水介质冷却。
25.进一步的，继续参见图1所示，所述二甲醚塔釜再沸器3和所述甲醇塔釜再沸器6通过第一介质管道14并联接入所述第一管程的入口，即，所述第一介质管道14的一端与所述第一管程的入口连接，所述第一介质管道14的另一端分叉出两个接口，分别与所述二甲醚塔釜再沸器3和所述甲醇塔釜再沸器6上的蒸汽介质输出口连接；所述二甲醚精馏塔冷却器2和所述甲醇精馏塔冷却器5通过第二介质管道15并联接入所述第二管程的入口，即，所述第二介质管道15的一端与所述第二管程的入口连接，所述第二介质管道15的另一端分叉出两个接口，分别与所述二甲醚精馏塔冷却器2和所述甲醇精馏塔冷却器5上的水介质输出口连接。
26.进一步的，继续参见图1所示，所述甲醇精馏塔4的塔底出液口通过废水回收管道与废水处理装置连接，减少对环境的污染和提升对资源的再利用。
27.本发明的工作原理如下：二甲醚精馏塔冷却器2设置在二甲醚精馏塔1的塔顶出口处，工作时，通过控制二甲醚精馏塔冷却器2的制冷量控制二甲醚蒸汽的纯度，二甲醚精馏塔冷却器2的冷源为不断在其内循环通过的水介质，通过吸收热量而起到冷却作用，而二甲醚精馏塔冷却器2内的水介质因吸收热量而变热，变热的水介质通过与二甲醚精馏塔冷却器2的水介质输出口连接的第二介质管道15输送进第二管程中。二甲醚塔釜再沸器3内通过本身的蒸气输入口不断导入蒸汽介质为二甲醚精馏塔1精馏提纯提供热量，而过剩或多于的低压蒸汽介质顺着与二甲醚塔釜再沸器3的蒸气介质输出口连接的第一介质管道14输送进第一管程中。
28.同理，甲醇精馏塔冷却器5设置在甲醇精馏塔4的塔顶的出口处，工作时，通过甲醇精馏塔冷却器5的冷凝处理控制塔顶出口的甲醇蒸汽的纯度，甲醇精馏塔冷却器5的冷源为不断在其内循环通过的水介质，通过吸收热量而起到冷却作用，而甲醇精馏塔冷却器5内的水介质因吸收热量而变热，变热的水介质通过与甲醇精馏塔冷却器5的水介质输出口连接的第二介质管道15输送进第二管程中。甲醇塔釜再沸器6内通过本身的蒸汽输入口不断导入的蒸汽介质为甲醇精馏塔4精馏提纯提供热量，而过剩或多于的低压蒸汽介质通过与甲醇塔釜再沸器6的蒸汽介质输出口连接的第一介质管道14输送进第一管程中。
29.而进入到第一管程的低压蒸汽介质和进入到第二管程中的水介质，通过与蒸发器7的壳程内的有机工质进行换热。蒸发器7内的有机工质吸收热量后，转化为较高压力的气体，并从蒸发器7上的工质输出口输出，并通过管道输送进透平8内，并在透平8内膨胀做工，带动发电机9发电，实现低品位热能转化为高品位电能；在透平8内做完功后的有机工质进入冷凝器10中进行冷凝液化，最后在工质泵11的作用下，通过预热器12的壳程，重新进入蒸发器7的壳程中，继续与第一管程内的低压蒸汽介质和第二管程中内的水介质进行换热，实
现不间断发电。
30.其中与蒸发器7的壳程内的有机工质进行换过热的水介质和蒸汽介质通过预热器12的管程被输送进循环管道16内，从预热器12的管程中通过的水介质和蒸汽介质利用余热对从预热器12的壳程中通过的有机工质进行预热，使进入到蒸发器7中的有机工质提前开始吸收热量，提高整个系统的换热效率；而被输送进循环管道16内的水介质和蒸汽介质被重新输送进系统中，循环利用。
31.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，其特征在于：包括二甲醚精馏塔（1）、设置在所述二甲醚精馏塔（1）塔顶的二甲醚精馏塔冷却器（2）、与所述二甲醚精馏塔（1）的塔釜进液口连接的二甲醚塔釜再沸器（3）、甲醇精馏塔（4）、设置在所述甲醇精馏塔（4）塔顶的甲醇精馏塔冷却器（5）、与所述甲醇精馏塔（4）的塔釜进液口连接的甲醇塔釜再沸器（6）、蒸发器（7）、透平（8）、发电机（9）、冷凝器（10）和工质泵（11），所述二甲醚精馏塔（1）的塔底出液口与所述甲醇精馏塔（4）的进液口连接，所述蒸发器（7）、所述透平（8）、所述冷凝器（10）和所述工质泵（11）顺序连接形成一个回路；所述蒸发器（7）内设置有第一管程和第二管程，所述二甲醚塔釜再沸器（3）和所述甲醇塔釜再沸器（6）通过第一介质管道（14）与所述第一管程的入口连接，所述二甲醚精馏塔冷却器（2）和所述甲醇精馏塔冷却器（5）通过第二介质管道（15）与所述第二管程的入口连接，所述第一管程和所述第二管程的出口至少与一条循环管道（16）连接，实现系统中介质的循环利用。2.根据权利要求1所述的适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，其特征在于：还包括一个预热器（12），所述预热器（12）的壳程串联在所述蒸发器（7）和所述工质泵（11）之间，同时，所述预热器（12）的管程串联在所述第一管程和所述第二管程的出口与所述循环管道（16）之间。3.根据权利要求2所述的适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，其特征在于：所述预热器（12）和所述蒸发器（7）内置在一个筒体（13）内。4.根据权利要求2所述的适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，其特征在于：所述第一管程和所述第二管程分别拥有一个出口；或者，所述第一管程和所述第二管程拥有一个共用出口。5.根据权利要求1所述的适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，其特征在于：所述二甲醚塔釜再沸器（3）和所述甲醇塔釜再沸器（6）采用蒸汽介质加热；所述二甲醚精馏塔冷却器（2）和所述甲醇精馏塔冷却器（5）中采用水介质冷却。6.根据权利要求1所述的适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，其特征在于：所述二甲醚塔釜再沸器（3）和所述甲醇塔釜再沸器（6）通过第一介质管道（14）并联接入所述第一管程的入口；所述二甲醚精馏塔冷却器（2）和所述甲醇精馏塔冷却器（5）通过第二介质管道（15）并联接入所述第二管程的入口。7.根据权利要求1所述的适用于二甲醚生产余热的双热源orc发电系统，其特征在于：所述甲醇精馏塔（4）的塔底出液口通过废水回收管道与废水处理装置连接。
技术总结本发明公开了一种适用于二甲醚生产余热的双热源ORC发电系统，包括二甲醚精馏塔、二甲醚精馏塔冷却器、二甲醚塔釜再沸器、甲醇精馏塔、甲醇精馏塔冷却器、甲醇塔釜再沸器以及顺序连接形成一个回路的蒸发器、透平、冷凝器和工质泵，二甲醚精馏塔塔底出液口与甲醇精馏塔进液口连接；蒸发器内设有第一管程和第二管程，二甲醚塔釜再沸器和甲醇塔釜再沸器通过第一介质管道与第一管程入口连接，二甲醚精馏塔冷却器和甲醇精馏塔冷却器通过第二介质管道与第二管程入口连接，第一管程和第二管程出口至少与一条循环管道连接。本发明可高效利用二甲醚生产系统不同温度和压力区间的双热源，整体撬装式和蒸发器预热器一体化设计，降低设备占地面积和成本。占地面积和成本。占地面积和成本。
技术研发人员：李健 梁龙辉
受保护的技术使用者：烁丰科技（苏州）有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
