[發(fā)明專利]兩級朗肯循環(huán)的柴油機排氣余熱回收系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210289590.5
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN102777240A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舒歌群;劉麗娜;梁友才;趙建;田華;于國鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F01D15/10;F01K23/10
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于內(nèi)燃機節(jié)能減排技術(shù)，具體涉及一種用于柴油機高溫排氣余熱回收的二級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著能源日益短缺和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，內(nèi)燃機的節(jié)能減排受到世人關(guān)注。利用有機朗肯循環(huán)（ORC）技術(shù)回收柴油機余熱是目前的研究熱點，其熱效率和安全性較高，結(jié)構(gòu)簡單。目前朗肯循環(huán)回收余熱的技術(shù)大多集中在單級循環(huán)。通過研究發(fā)現(xiàn)，回收中低溫余熱采用單級ORC其效率優(yōu)于傳統(tǒng)的蒸氣朗肯循環(huán)。但是采用ORC的條件是工質(zhì)溫度一般不要高于350℃，而發(fā)動機排氣溫度一般高達(dá)500～600℃。如此高的溫度可能造成有機工質(zhì)分解，這是制約ORC在高溫余熱回收利用的主要缺陷。為解決此問題，意大利Parma大學(xué)在排氣和工質(zhì)之間采用導(dǎo)熱油循環(huán)，并對此方案進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果顯示效率可以提高12%。但是導(dǎo)熱油循環(huán)會降低熱源的品位而減少回收的熱量。此外單級ORC對排氣的余熱利用也不充分，發(fā)動機排氣經(jīng)過換熱后依然具有相對較高的溫度，工質(zhì)膨脹后的乏氣也具有較高的溫度包括冷卻水也具有一定的余熱。

因此，針對上述現(xiàn)狀，如果能將發(fā)動機排氣的高溫余熱充分回收利用，則對內(nèi)燃機節(jié)能減排技術(shù)的提高意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提出一種采用兩級朗肯循環(huán)的柴油機排氣余熱回收系統(tǒng)，階梯回收發(fā)動機的排氣余熱，使發(fā)動機高溫排氣余熱得到充分利用。

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理與系統(tǒng)組成進(jìn)行說明。兩級朗肯循環(huán)的柴油機排氣余熱回收系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器、汽輪機、發(fā)電機、冷凝器、工質(zhì)泵、高溫預(yù)熱器、低溫預(yù)熱器以及發(fā)動機等。系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：由第一蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)、第一汽輪機、高溫預(yù)熱器高溫工質(zhì)側(cè)、第一冷凝器工質(zhì)側(cè)、以及第一工質(zhì)泵依次連接組成第一級朗肯循環(huán)系統(tǒng)；由第二蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)、第二汽輪機、第二冷凝器工質(zhì)側(cè)、第二工質(zhì)泵、低溫預(yù)熱器工質(zhì)側(cè)以及高溫預(yù)熱器的低溫工質(zhì)側(cè)依次連接組成第二級朗肯循環(huán)系統(tǒng)。通過高溫預(yù)熱器將第一與第二級朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行連接。發(fā)動機排氣管依次接于第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器的氣側(cè)，發(fā)動機機內(nèi)冷卻水與低溫預(yù)熱器中的工質(zhì)側(cè)連接，構(gòu)成機內(nèi)冷卻水封閉循環(huán)換熱。第一汽輪機與第一發(fā)電機軸連接；第二汽輪機與第二發(fā)電機軸連接。

系統(tǒng)原理是：第一級朗肯循環(huán)是蒸汽朗肯循環(huán)，所采用工質(zhì)為水。第一級朗肯循環(huán)的熱源是發(fā)動機排氣的高溫余熱，利用蒸汽循環(huán)系統(tǒng)來驅(qū)動發(fā)動機發(fā)電。第二級朗肯循環(huán)的熱源主要是經(jīng)過（與第一蒸發(fā)器）一次換熱后的發(fā)動機排氣高溫，高溫廢氣經(jīng)過與第一蒸發(fā)器換熱后，其溫度已降至350℃以下，所以可以采用適于中高溫?zé)嵩吹挠袡C朗肯循環(huán)，由此實現(xiàn)柴油機排氣余熱的充分利用，達(dá)到節(jié)能和系統(tǒng)高效熱力循環(huán)的目的。

本發(fā)明的特點及有益效果是，利用蒸汽朗肯循環(huán)和有機朗肯循環(huán)，使發(fā)動機高溫排氣余熱得到最充分利用。通過兩級朗肯循環(huán)階梯回收發(fā)動機的排氣余熱，可以解除ORC技術(shù)在柴油機排氣余熱回收上的限制，達(dá)到節(jié)能和系統(tǒng)高效熱力循環(huán)的目的。

附圖說明

所示附圖是發(fā)明原理與系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。圖中的粗線表示排氣路徑。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明的原理與系統(tǒng)做進(jìn)一步的說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

兩級朗肯循環(huán)的柴油機排氣余熱回收系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器、汽輪機、發(fā)電機、冷凝器、工質(zhì)泵、高溫預(yù)熱器、低溫預(yù)熱器以及發(fā)動機，其系統(tǒng)組成為：由第一蒸發(fā)器1工質(zhì)側(cè)、第一汽輪機2、高溫預(yù)熱器3的高溫工質(zhì)側(cè)、第一冷凝器4工質(zhì)側(cè)以及第一工質(zhì)泵5依次連接組成第一級朗肯循環(huán)系統(tǒng)；由第二蒸發(fā)器7工質(zhì)側(cè)、第二汽輪機8、第二冷凝器9工質(zhì)側(cè)、第二工質(zhì)泵10、低溫預(yù)熱器11工質(zhì)側(cè)、以及高溫預(yù)熱器3的低溫工質(zhì)側(cè)依次連接組成第二級朗肯循環(huán)系統(tǒng)。第一汽輪機與第一發(fā)電機6軸連接；第二汽輪機與第二發(fā)電機12軸連接。通過高溫預(yù)熱器3將第一與第二級朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行連接，發(fā)動機13排氣管依次接于第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器的氣側(cè)。發(fā)動機機內(nèi)冷卻水與低溫預(yù)熱器中的工質(zhì)側(cè)連接，構(gòu)成機內(nèi)冷卻水封閉循環(huán)換熱。

第一級朗肯循環(huán)中所述的工質(zhì)為水。第二級朗肯循環(huán)中所述的工質(zhì)為R123，或者是R134a。