[實用新型]雙級全流渦輪膨脹機ORC制取壓縮空氣的系統

有效

• 申請號: 201520056508.3
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN204511529U
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 沈新榮;許丹丹;方飛龍;楊笑梅;何川;沈岑
• 申請（專利權）人: 杭州哲達科技股份有限公司
• 主分類號: F01D15/08
• 分類號: F01D15/08
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本實用新型涉及中低溫余熱回收利用技術領域，尤其是涉及一種雙級全流渦輪膨脹機ORC制取壓縮空氣的系統。

背景技術

有機朗肯循環(ORC)系統，是以低沸點有機物為工質的一項熱力循環技術。其基本工作原理是ORC有機工質在蒸發器中與熱源換熱，產生該有機工質的蒸汽，進而推動膨脹機或汽輪機做工，并帶動發電機發電或輸出動力，換熱后的蒸汽在冷凝器中冷卻為液態，再由循環泵送入蒸發器，從而完成一個循環。由于低沸點有機工質的使用，這種動力系統對熱源的溫度、壓力等條件要求較低，因此適用于工業余熱回收，地熱、太陽能等可再生能源的中低溫熱利用等場合。

膨脹機沒有氣閥、活塞等滑動部件，因此其工藝性好，工質流速大，可平穩地進行高速運轉，是一種良好的熱功轉換設備。現有的有機朗肯循環系統較多使用螺桿膨脹機，螺桿膨脹機具有運行過程中內部工質可以氣液兩相流的特點。渦輪膨脹機同樣擁有此特點，且使用渦輪膨脹機替代螺桿膨脹機后，可以利用膨脹機和壓縮機同軸的特性，以極低的能耗來制取壓縮空氣。

壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫藥、生化、國防、科研等行業和部門。現有的壓縮空氣制取方法往往需要大量的能耗，如果采用余熱能源來制取壓縮空氣，即可大大降低流程工業的能耗，提高能源效率。

在鋼鐵、有色金屬、石油化工、建材、輕工等諸多行業中，生產企業有著大量低品位余熱，包括煙氣、蒸汽和熱水等，這些熱量品位低、數量大、分布散，基本不能為生產再利用。在當前節能減排大政策背景下，余熱利用技術越來越受到工業界和學術界的重視，推廣中低溫余熱發電或者中低溫余熱回收制取壓縮空氣即為一種低品位余熱利用的重要方式。

然而，ORC發電系統中，由于進入膨脹機工質流量和壓力的隨機波動，工質在膨脹機中不能充分有效的平穩膨脹做功(一般螺桿膨脹機的膨脹比控制在1:4左右)，導致轉速不穩定，影響ORC系統發電的穩定性，降低了發電效率。如果利用膨脹機直接驅動空氣壓縮機，對普通空氣進行壓縮。壓縮空氣通過穩壓(減壓)后直接并入氣體管網，系統的能源效率可以大幅提高。

目前，國內外沒有發現利用ORC來制取壓縮空氣的應用，本實用新型帶來全新的壓縮空氣節能理念，利用免費的工業中低溫余熱來制取壓縮空氣。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種雙級全流渦輪膨脹機ORC制取壓縮空氣的系統。

為解決技術問題，本實用新型所采用的技術方案是：

提供一種雙級全流渦輪膨脹機ORC制取壓縮空氣的系統，包括蒸發器、兩臺透平同軸一體機、冷凝器和工質泵，各設備之間通過管線實現連接；

所述透平同軸一體機由透平膨脹機和透平壓縮機同軸直聯，透平膨脹機用于膨脹做功，透平壓縮機用于制取壓縮空氣；其中，兩臺透平膨脹機并聯運行，均設有工質入口和工質出口；兩臺透平壓縮機串聯運行，其中一臺透平壓縮機設有一級空氣入口和一級壓縮空氣出口，另一臺透平壓縮機設二級壓縮空氣入口和二級壓縮空氣出口，一級壓縮空氣出口通過管線接至二級壓縮空氣入口；

各設備之間通過管線實現連接：工質泵的出口端與蒸發器的工質入口相接，蒸發器的工質出口分別接至兩臺透平膨脹機的工質入口；兩臺透平膨脹機的工質出口均經冷凝器接至工質泵的入口端；蒸發器上設有熱源入口端和熱源出口端。

本實用新型中，所述冷凝器是空冷冷凝器或水冷冷凝器。

本實用新型中，在透平膨脹機的工質出口與冷凝器之間的管線上設有儲液罐。

本實用新型中，在透平膨脹機的工質出口處設有止回閥，以保證一臺膨脹機緊急停機時不影響另一臺的正常運行。

本實用新型中，在蒸發器的工質出口與兩臺透平膨脹機的工質入口之間的管線上設有二次換熱器；二次換熱器上設工質入口和工質出口、壓縮空氣入口和壓縮空氣排出口，其中壓縮空氣入口與所述透平壓縮機的二級壓縮空氣出口相連。