CN102878831B

CN102878831B - 氨气发电机组及专用换热器

Info

Publication number: CN102878831B
Application number: CN201210397637.XA
Authority: CN
Inventors: 杨学军
Original assignee: SICHUAN JINGDIAN ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Nantong Shuguang Electromechincal Engineering Co ltd
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: CN102878831A

Abstract

本发明公开了一种可有效利用热流的氨气发电机组及专用换热器。该系统包括由氨气驱动发电的汽轮发电机、接收该汽轮发电机所排氨气的氨气水冷回收装置，以及将氨气水冷回收装置输出的氨水加热气化为汽轮发电机驱动用氨气的换热器，其中，所述换热器包括第一换热单元和第二换热单元，所述第一换热单元包括具有进气口和排气口的氨气加热增压腔室以及用于对该氨气加热增压腔室进行加热的第一流路，所述第二换热单元包括具有进液口、排液口和排气口的氨水加热气化腔室以及用于对该氨水加热气化腔室进行加热的第二流路；第一流路的入口为热流的输入端，所述第二流路的出口为热流的输出端，且第一流路的出口与第二流路的入口连通。

Description

氨气发电机组及专用换热器

技术领域

本发明涉及氨气发电机组及专用换热器。

背景技术

在工业余热利用领域中，氨是一种理想的换热介质。专利文献CN202055878U（下称参考文献）公开了一种利用氨作换热介质的工业余热发电系统，主要包括由氨气驱动发电的汽轮发电机、接收该汽轮发电机所排氨气的氨气水冷回收装置，以及将氨气水冷回收装置输出的氨水加热气化为汽轮发电机驱动用氨气的换热器等部分。其中，所述的换热器包括位于在该换热器外壳内的一个换热单元，该换热单元具有一流路，热流（即含有热量的流体，可以是多种工业余热，比如传统火力发电系统中凝汽器输出的冷却水）从该流路的一端进入，另一端流出，加热位于该流路与换热器外壳之间的氨水，氨水分解产生的氨气从换热器上部排气口排出，最后进入汽轮发电机以驱动其发电。该参考文献中的换热器并不能对其产生的氨气进行增压，因此，参考文献中为了对氨气进行增压还要增设压缩机。

发明内容

本发明旨在提供一种可有效利用热流的氨气发电机组及专用换热器。

本申请的氨气发电机组包括由氨气驱动发电的汽轮发电机、接收该汽轮发电机所排氨气的氨气水冷回收装置，以及将氨气水冷回收装置输出的氨水加热气化为汽轮发电机驱动用氨气的换热器，其中，所述换热器包括第一换热单元和第二换热单元，所述第一换热单元包括具有进气口和排气口的氨气加热增压腔室以及用于对该氨气加热增压腔室进行加热的第一流路，所述第二换热单元包括具有进液口、排液口和排气口的氨水加热气化腔室以及用于对该氨水加热气化腔室进行加热的第二流路；所述第一流路的入口为热流的输入端，所述第二流路的出口为热流的输出端，且第一流路的出口与第二流路的入口连通；所述氨气加热增压腔室的进气口与氨水加热气化腔室的排气口导通，氨气加热增压腔室的排气口与汽轮发电机的氨气输入端相连，氨水加热气化腔室的进液口与氨气水冷回收装置的氨水输出端相连。

本系统中的换热器是这样工作的：温度较高的热流首先进入第一换热单元的第一流路，然后再从第一流路的出口进入第二换热单元的第二流路，最后从第二流路的出口流出换热器；当热流进入第二流路后，由于其已经在第一换热单元中进行过了一次换热（即与进入氨气加热增压腔室中的氨气进行换热），因此其温度已经显著下降，但是，由于氨的沸点较低，从进液口进入氨水加热气化腔室中的氨水仍然能够被加热而大量转化为氨气；此后，氨水加热气化腔室中产生的氨气进入氨气加热增压腔室，这时，这些氨气再与刚进入第一换热单元的第一流路中温度较高的热流发生热交换，使氨气进一步被加热和增压，提高后续汽轮发电机的发电效率，氨水加热气化腔室中经过换热的剩余液体从氨水加热气化腔室的排液口排出。可见，基于换热器结构的改进，本申请氨气发电机组中的换热器能够直接对氨气进行增压，实现对热流的更有效利用。

作为对上述技术方案的进一步改进，该系统运行时，所述第二流路的入口温度≥70℃且＜100℃。将第二流路的入口温度控制在上述区间范围内时，位于氨水加热气化腔室中的氨水在分解产生氨气的同时基本上不产生水蒸气，这样就能够确保进入第二汽轮发电机的几乎全是氨气，从而避免当进入第二汽轮发电机的是氨气和水蒸气的混合气体所产生的问题。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述第一换热单元与第二换热单元上下叠置为一整体，氨气加热增压腔室与氨水加热气化腔室上下贯通。将换热器设计成第一换热单元与第二换热单元上下叠置为一整体，并使氨气加热增压腔室与氨水加热气化腔室上下贯通的形式后，不仅能够提高设备的整体性和紧凑性，更重要的是还能够缩短换热介质在第一换热单元与第二换热单元之间的流动距离，减少热量损失，并且还可以降低氨气在第一换热单元与第二换热单元之间的流动阻力。

上述氨气发电机组的专用换热器，其具体包括第一换热单元和第二换热单元，所述第一换热单元包括具有进气口和排气口的氨气加热增压腔室以及用于对该氨气加热增压腔室进行加热的第一流路，所述第二换热单元包括具有进液口、排液口和排气口的氨水加热气化腔室以及用于对该氨水加热气化腔室进行加热的第二流路；所述第一流路的入口为热流的输入端，所述第二流路的出口为热流的输出端，且第一流路的出口与第二流路的入口连通；所述氨气加热增压腔室的进气口与氨水加热气化腔室的排气口导通，氨气加热增压腔室的排气口为氨气输出通道，氨水加热气化腔室的进液口为氨水输入通道。

作为第一换热单元的一种优选结构，所述氨气加热增压腔室是由多根竖直设置在第一换热单元中并沿水平方向间隔布置的换热管的管腔构成，这些换热管的两端分别安装在孔板上，换热管的下端为氨气加热增压腔室的进气口，上端为氨气加热增压腔室的排气口，第一换热单元中所述换热管的外侧构成第一流路。

作为第二换热单元的一种具体结构，所述第二流路是由在第二换热单元中延伸的换热管构成，第二换热单元中所述换热管的外侧构成氨水加热气化腔室。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

图1为本申请氨气发电机组实施例1的结构示意图。

图2为本申请氨气发电机组实施例2的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，氨气发电机组包括了由氨气驱动发电的汽轮发电机1、接收该汽轮发电机1所排氨气的氨气水冷回收装置2，以及将氨气水冷回收装置2输出的氨水加热气化为汽轮发电机1驱动用氨气的换热器3。其中，如图1、2所示，换热器3包括第一换热单元310和第二换热单元320，第一换热单元310包括具有进气口、排气口的氨气加热增压腔室312以及用于对该氨气加热增压腔室312进行加热的第一流路311；第二换热单元320包括具有进液口、排液口和排气口的氨水加热气化腔室322以及用于对该氨水加热气化腔室322进行加热的第二流路321；第一换热单元310与第二换热单元320上下叠置为一整体，氨气加热增压腔室312与氨水加热气化腔室322上下贯通。如图1、2所示，第一流路311的入口为热流的输入端，它与火电机组的汽轮发电机4的排气管相连；第二流路321的出口为热流的输出端，它与火电机组的蒸汽锅炉6的输入端相连；第一流路311的出口与第二流路321的入口连通。如图1、2所示，氨气加热增压腔室312的进气口与氨水加热气化腔室322的排气口导通，氨气加热增压腔室312的排气口通过管道与汽轮发电机1的氨气输入端相连，氨水加热气化腔室322的进液口通过管道与氨气水冷回收装置2的氨水输出端相连；氨水加热气化腔室322的排液口经过管道与氨气水冷回收装置2中的喷射泵210的输入端口相连。如图1、2所示，氨气水冷回收装置2包括氨水储罐220和设置在该氨水储罐220上方的喷射泵210；其中，氨水储罐220通过管道与氨水加热气化腔室322的进液口连通，该管道上设有泵7；喷射泵210输入端口通过管道与氨水加热气化腔室322的排液口连通，该管道上设有泵8；汽轮发电机1的排气管通过管道与喷射泵210的氨气输入接口相连。

该氨气发电机组的工作过程为：汽轮发电机4的排汽首先进入第一换热单元310的第一流路311，然后再从第一流路311的出口进入第二换热单元320的第二流路321，最后从第二流路321的出口流出换热器3，此后通过泵5的作用返回蒸汽锅炉6，再经蒸汽锅炉6重新加热并循环使用。当热流（即汽轮发电机4的排汽）进入第二流路321后，由于热流已经在第一换热单元310中进行过了一次换热（即与进入氨气加热增压腔室312中的氨气进行换热），其温度已经显著下降，此时，由于氨的沸点较低，从进液口进入氨水加热气化腔室322中的氨水仍然能够大量转化为氨气。此后，氨水加热气化腔室322中产生的氨气进入氨气加热增压腔室312，这时，这些氨气再与进入第一换热单元310的第一流路311中温度较高的热流发生热交换，使氨气进一步被加热和增压，然后再从氨气加热增压腔室312的排气口直接到汽轮发电机1以驱动其发电。氨水加热气化腔室322中经过换热的剩余液体（稀氨水）从氨水加热气化腔室322的排液口排出，通过泵8的作用而到喷射泵210，喷射泵210使用稀氨水来喷淋冷却来自于汽轮发电机1所排放的氨气，从而将氨气水冷回收至氨水储罐220中，然后再通过泵7的作用将氨水储罐220中的浓氨水打入氨水加热气化腔室322中。为使氨水加热气化腔室322中基本不产生水蒸气，应控制所述第二流路321的入口温度≥70℃且＜100℃。当第二流路321的入口温度≥70℃且＜100℃时，则进入第二流路321的热流的温度既能够远高于氨的沸点，同时又小于水的沸点，既令氨大量挥发且避免水被加热为水蒸气。

实施例1

如图1所示，第一换热单元310的具体结构为：氨气加热增压腔室312是由多根竖直设置在第一换热单元310中并沿水平方向间隔布置的换热管312a的管腔构成，这些换热管312a的两端分别安装在孔板302上，换热管312a的下端为氨气加热增压腔室312的进气口，上端为氨气加热增压腔室312的排气口，第一换热单元310中所述换热管312a的外侧构成第一流路311。第二换热单元的具体结构为：第二流路321是由在第二换热单元320中延伸的换热管构成，第二换热单元320中所述换热管的外侧构成氨水加热气化腔室322。第一换热单元310中所采用的换热管312a能够对其中被加热的氨气起到很好的压缩作用。

实施例2

如图1所示，第一换热单元310的具体结构为：第一流路311是由在第一换热单元310中曲折延伸的换热管构成，第一换热单元310中所述换热管的外侧构成氨气加热增压腔室312。第二换热单元320的具体结构与实施例1相同。

Claims

1.氨气发电机组，包括由氨气驱动发电的汽轮发电机（1）、接收该汽轮发电机（1）所排氨气的氨气水冷回收装置（2），以及将氨气水冷回收装置（2）输出的氨水加热气化为汽轮发电机（1）驱动用氨气的换热器（3），其特征在于：所述换热器（3）包括第一换热单元（310）和第二换热单元（320），所述第一换热单元（310）包括具有进气口和排气口的氨气加热增压腔室（312）以及用于对该氨气加热增压腔室（312）进行加热的第一流路（311），所述第二换热单元（320）包括具有进液口、排液口和排气口的氨水加热气化腔室（322）以及用于对该氨水加热气化腔室（322）进行加热的第二流路（321）；所述第一流路（311）的入口为热流的输入端，所述第二流路（321）的出口为热流的输出端，且第一流路（311）的出口与第二流路（321）的入口连通；所述氨气加热增压腔室（312）的进气口与氨水加热气化腔室（322）的排气口导通，氨气加热增压腔室（312）的排气口与汽轮发电机（1）的氨气输入端相连，氨水加热气化腔室（322）的进液口与氨气水冷回收装置（2）的氨水输出端相连；氨水加热气化腔室（322）中经过换热的剩余液体从氨水加热气化腔室的排液口排出。

2.如权利要求1所述的氨气发电机组，其特征在于：所述第二流路（321）的入口温度≥70℃且＜100℃。

3.如权利要求1所述的氨气发电机组，其特征在于：所述氨气加热增压腔室（312）是由多根竖直设置在第一换热单元（310）中并沿水平方向间隔布置的换热管（312a）的管腔构成，这些换热管（312a）的两端分别安装在孔板（302）上，换热管（312a）的下端为氨气加热增压腔室（312）的进气口，上端为氨气加热增压腔室（312）的排气口，第一换热单元（310）中所述换热管（312a）的外侧构成第一流路（311）。

4.如权利要求1所述的氨气发电机组，其特征在于：所述第二流路（321）是由在第二换热单元（320）中延伸的换热管构成，第二换热单元（320）中所述换热管的外侧构成氨水加热气化腔室（322）。

5.如权利要求1至4中任意一项权利要求所述的氨气发电机组，其特征在于：所述第一换热单元（310）与第二换热单元（320）上下叠置为一整体，氨气加热增压腔室（312）与氨水加热气化腔室（322）上下贯通。

6.权利要求1至5中任意一项权利要求所述的氨气发电机组的专用换热器，其特征在于：包括第一换热单元（310）和第二换热单元（320），所述第一换热单元（310）包括具有进气口和排气口的氨气加热增压腔室（312）以及用于对该氨气加热增压腔室（312）进行加热的第一流路（311），所述第二换热单元（320）包括具有进液口、排液口和排气口的氨水加热气化腔室（322）以及用于对该氨水加热气化腔室（322）进行加热的第二流路（321）；所述第一流路（311）的入口为热流的输入端，所述第二流路（321）的出口为热流的输出端，且第一流路（311）的出口与第二流路（321）的入口连通；所述氨气加热增压腔室（312）的进气口与氨水加热气化腔室（322）的排气口导通，氨气加热增压腔室（312）的排气口为氨气输出通道，氨水加热气化腔室（322）的进液口为氨水输入通道，氨水加热气化腔室（322）中经过换热的剩余液体从氨水加热气化腔室的排液口排出。

7.如权利要求6所述的换热器，其特征在于：所述氨气加热增压腔室（312）是由多根竖直设置在第一换热单元（310）中并沿水平方向间隔布置的换热管（312a）的管腔构成，这些换热管（312a）的两端分别安装在孔板（302）上，换热管（312a）的下端为氨气加热增压腔室（312）的进气口，上端为氨气加热增压腔室（312）的排气口，第一换热单元（310）中所述换热管（312a）的外侧构成第一流路（311）。

8.如权利要求6所述的换热器，其特征在于：所述第二流路（321）是由在第二换热单元（320）中延伸的换热管构成，第二换热单元（320）中所述换热管的外侧构成氨水加热气化腔室（322）。

9.如权利要求6至8中任意一项权利要求所述的换热器，其特征在于：所述第一换热单元（310）与第二换热单元（320）上下叠置为一整体，氨气加热增压腔室（312）与氨水加热气化腔室（322）上下贯通。