基于动态模型的环保烟气和余热回收实时系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106907932A(43)申请公布日2017.06.30(21)申请号201510981267.8(22)申请日2015.12.23(71)申请人江苏蓝创聚联数据与应用研究院有限公司地址224000江苏省盐城市盐城经济技术开发区希望大道南路5号(72)发明人刘苏苏徐建华(74)专利代理机构上海申新律师事务所31272代理人夏海天(51)Int.Cl.F27D17/00(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书8页说明书20页附图2页(54)发明名称基于动态模型的环保烟气和余热回收实时系统(57)摘要本发明提出基于动态模型的环保烟气和余热回收实时系统，该系统包括有动力回收单元、直接利用单元和供给热泵使用单元，作为工业炉的重要节能设备，它不仅可以提高工业炉的热效率，而且可以提高能量的有效能效率，因此，总希望它能带来最大的经济效益，这样，在设计余热回收系统时，就涉及到系统的优化设计问题。本章将最优化设计方法引入余热回收系统的优化设计中，构建余热回收的优化设计模型，并结合热力学和技术经济学相关理论，详细推导余热回收系统优化设计的数学模型，并对模型的结果进行预测，是一项很好的设计方案，很有市场推广前景。CN106907932ACN106907932A权利要求书1/8页1.基于动态模型的环保烟气和余热回收实时系统，其特征在于，该系统包括有动力回收单元、直接利用单元和供给热泵使用单元；动力回收单元将低品味余热能源转换为电能和机械能等高品质能源，再让其做功以实现利用价值，包括以水为工质的蒸汽透平发电技术和以低沸点溶液为工质的有机工质发电技术等；直接利用单元主要为热交换技术，这种技术采用换热设备将余热能量直接利用于某些工艺流程中，不改变能源形式，主要方式有间壁式换热、余热锅炉、热管等，供给热泵使用则是将余热资源作为热泵系统低温热源，通过热泵技术实现制冷或制热；供给热泵使用单元可以提升低温余热资源的品位，使其具备向高温热媒传热的能力，热泵技术常用于回收略高于环境温度的低温废热，常用的形式有压缩式热泵和吸收式热泵；系统回收余热的年净收益(NPQ)最大为目标函数：NPQ＝CQQτ-B-I式中QC为余热价格(元/J)；Q为余热回收量(W)；τ为系统年运行时间(s)；B为系统年运行费用(元/年)；I为系统投资的年分摊费用(元/年)；基于相对费用参数的系统优化方法：NCQ＝CQQgτ+B+I其目标函数表示为：其中gQ为系统烟气物理热；以单位余热回收量的年净收益η最大为优化目标：其中eC为(火用)价格，元/J；cΔE为空气吸收热量(火用)，kJ/h；crΔE、yrΔE分别为空气和烟气的流动(火用)损失，kJ/h；以最少的投资回收年限为目标函数；其中，I为项目在期初一次性支付的全部投资，元；B为年收入，元/年；C为年运行管理等支出，元/年；引入价值型技术经济评价指标——净现值(NPV)，并将其作为优化目标对余热回收系统的热力性能和经济性进行全面评价；式中，(CI-CO)t为第t年的净现金流量，其中CI为现金流入，CO为现金流出；T为系统服务年限；0i为规定基准收益率。2.根据权利要求1所述的基于动态模型的环保烟气和余热回收实时系统，其特征在于，该系统包含有高温余热的回收模块、中温余热的回收模块、低温余热的回收模块；高温余热的回收模块在温度在500～1000℃的高温余热可以直接用来加热物料，当设2CN106907932A权利要求书2/8页备每小时的排烟量大于5000m3时，可用余热锅炉进行回收用以发电或供热，高温余热液体可采用热交换器用来预热物料，对于颗粒较小的固体余热采用流态化过程，对于大块固体可使用气体热载体进行余热的利用；由热力学第二定律的学习可知，温度为y1T的烟气，在环境温度为0T的条件下，由状态1变化到状态2，其放出的热量火用表示为：由火用的定义可知，这个火用值也就是蒸汽可能做出的最大机械功Wmax，即Q＝Cp(Ty1-T0)而烟气余热理想回收热量为：可得余热利用循环效率η为：中温余热的回收模块的方式基本与高温余热相同，温度较高的中温余热可以直接预热空气，常用的设备有炼焦炉同流系统、蒸汽锅炉空气预热器、高炉同流系统、燃气轮机再热器等，温度较低的中温余热可利用省煤器将其用作预热锅炉给水或锅炉补水的热源；低温余热的回收单元的回收方法包括有：蒸汽的凝结热：相同温度下蒸汽和水所蕴含的热量相差很大，在蒸汽的使用过程中一定要将蒸汽充分地凝结，保证热能充分释放，如果产生的凝结水温度在30～100℃之间，还可以利用热泵等措施，提高热水温度，然后供给生产、生活用；蒸汽设备的余热：造纸、食品等行业中的蒸煮设备所需的蒸汽压力和温度不高，为充分利用热能，首先必须保证进入设备