[發明專利]多壓補汽式低沸點有機工質朗肯循環系統

無效

• 申請號: 201410056066.2
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103758595A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 李春國;陳有濱;賈華正;李明芹
• 申請（專利權）人: 山東青能動力股份有限公司
• 主分類號: F01K27/02
• 分類號: F01K27/02;F01K25/10
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 李樹祥

技術領域

本發明涉及一種利用100~350℃的中低溫煙氣或熱液等余熱資源回收的高效動力裝置，具體的說涉及一種多壓補汽式低沸點有機工質朗肯循環系統，屬于流體機械領域。

背景技術

在工業生產過程中，存在大量的100~350℃的中低溫液體或者煙氣的余熱。據統計，我國工業用能中近60-65%的能源轉化為余熱資源，其中溫度低于350℃以下的中低溫余熱，約占余熱總量的60%。這些余熱主要以熱液和煙氣的狀態存在，屬于低品位熱源，目前只有極少數得到回收利用，大都直接排入大氣、河流，造成嚴重的能源浪費和環境污染。

常規余熱回收是通過余熱鍋爐產生飽和或過熱水蒸汽，利用其在汽輪機內膨脹做功帶動發電機發電。對于100~350℃的中低溫余熱，采用水蒸汽循環的熱功轉換效率低，投資成本高，經濟效益較差。已有研究表明，有機工質朗肯循環（ORC）是回收中低溫余熱的最有效途徑，它利用有機工質的低沸點、高密度等特點，不僅能高效回收中低溫余熱，將其熱能轉化為機械能或電能，而且設備非常緊湊，便于在各種場合使用。然而，與水蒸汽動力循環類似，ORC動力循環的工質壓力也受到節點溫差和蒸發溫度的限制；提高工質壓力將減少工質從煙氣或熱液的吸熱量，余熱回收率下降；而降低工質壓力將導致工質膨脹比減小，透平排汽溫度升高，被工質吸收的余熱得不到充分利用。

發明內容

????本發明要解決的問題在于提供一種能夠克服蒸發溫度與熱回收率的矛盾，使中低溫余熱資源得到梯級利用，提高余熱動力循環的效率的多壓補汽式低沸點有機工質朗肯循環動力系統。

???????為了解決上述問題，本發明采用以下技術方案：

????一種多壓補汽式低沸點有機工質朗肯循環系統，該系統主要利用100~350℃的熱液或煙氣，采用低沸點有機工質為朗肯循環的工作流體，通過至少兩級蒸發器，充分吸收并梯級利用熱液或煙氣的余熱，所產生蒸汽進入補汽式ORC透平膨脹做功，以拖動發電機或其它設備旋轉。

以下是本發明對上述方案的進一步優化：所述補汽式ORC透平為多級軸流式透平，有1~2個補汽口，使2~3種不同壓力的有機工質蒸汽進入同一套透平做功。

所述蒸發器包括分別與補汽式ORC透平的補汽口連通的高壓蒸發器和低壓蒸發器，所述高壓蒸發器還連通有高溫熱液或煙氣入口管路，低壓蒸發器還連通有第一低溫熱液或煙氣出口管路。

所述高壓蒸發器還連通有高壓預熱器；低壓蒸發器還連通有低壓預熱器。

高壓預熱器與低壓預熱器之間分別通過入口管路和出口管路連通，在出口管路上安裝有高壓工質泵。

入口管路位于低壓預熱器內的末端的位置連通有第二低溫熱液或煙氣出口管路。

出口管路位于低壓預熱器內的前端的位置與補汽式ORC透平通過排汽回熱器連通。

高壓蒸發器與低壓蒸發器之間還串聯有中壓蒸發器；中壓蒸發器的出口端與補汽式ORC透平的補汽口連通；高壓預熱器與低壓預熱器之間還連通有中壓預熱器；中壓預熱器的進口端與高壓預熱器的進口端通過管路連通，在該管路上安裝有中壓工質泵。

排汽回熱器內設有換熱管，所述換熱管的出口與低壓預熱器內的出口管路連通；排汽回熱器與補汽式ORC透平連通。

排汽回熱器的出口端通過管路連通有凝汽器，凝汽器的出口端通過低壓工質泵與排汽回熱器內的換熱管的進口端連通。

本發明采用上述方案，其工作原理是：工質泵將有機工質液體加壓到各級蒸發器對應的工作壓力，然后依次進入預熱器和蒸發器，吸收熱液或者煙氣的余熱后由過冷液體工質變成飽和或微過熱有機工質蒸汽；其中，高壓蒸汽經調節閥進入補汽式ORC透平的高壓缸，中壓和低壓有機工質蒸汽通過補汽的方式分別注入補汽式ORC透平的中壓補汽口和低壓補汽口，在同一個透平內做功并驅動發電機或其它設備旋轉；透平排汽進入凝汽器，釋放余熱和汽化潛熱后變成液體工質，完成一個循環。由于補汽式ORC透平的排汽大多為過熱態，可在透平排汽與凝汽器之間增加一套回熱器，降低透平系統的冷端損失，并對有機工質泵后的低溫液體進行預熱，在一定條件下可取代低壓預熱器。

??????與常規ORC循環相比，本發明具有如下優點：

??????1.?高效利用100~350℃范圍內的中低溫熱液或者煙氣熱源，與常規ORC循環相比，裝置凈輸出功率增加30%左右。