[發明專利]可變工質的有機朗肯循環發電系統

在審

• 申請號: 202010741159.4
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111764980A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 曹先常;朱杰人;陳池;陳志良
• 申請（專利權）人: 上海寶鋼節能環保技術有限公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K11/00;F01K25/00;F01K25/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種可變工質的有機朗肯循環發電系統，包括：主體部分及變工質部分，主體部分包括：蒸發器，用于吸收輸入工質的低溫余熱源熱量以產生蒸汽，并將蒸汽及工質輸入膨脹發電機；膨脹發電機，用于利用蒸汽做功并發電，發電后排出蒸汽及輸出工質；冷凝器，用于通過冷卻液對膨脹發電機排出的蒸汽進行換熱，得到液態水并輸出工質；工質泵，用于將液態水及工質送回蒸發器中；變工質部分包括：精餾塔，用于對主體部分的工質進行分離及回收，并將回收后的工質輸入至工質罐進行儲存；調節泵，用于向主體部分添加來自工質罐的工質，并對添加的工質的種類和比例進行調節。該系統可以根據熱源狀況調節工質種類和混合比，從而實現最佳的發電效率。

技術領域

本發明涉及有機朗肯循環發電技術領域，特別涉及一種可變工質的有機朗肯循環發電系統。

背景技術

能源是人類社會進步和發展的基石，國家社會的發展必定伴隨著大量的能源消耗。上世紀70年代，石油危機爆發，人們意識到了能源的重要性，開始探索新能源的利用以及新技術的研究。在工業生產中，大量的中低溫余熱沒有得到充分利用，造成了大量的能源以及經濟的損失，隨著環境問題和能源緊缺問題的逐漸加重，有機朗肯循環(OrganicRankine Cycle-ORC)技術作為一種有效的低品位熱能回收途徑，逐漸被各個領域的研究者所重視。ORC技術是以低沸點有機物為工質的朗肯循環，主要用于回收120℃～250℃的余熱，包括地熱、煙氣余熱、廢液余熱等各種形式的余熱。

根據ORC系統選擇相應的工質是提高系統效率的重要一環，單單選取單一工質具有局限性。根據不同熱源及系統構成，單一工質的物性很難完美貼合系統，取得系統運行效率的理想化。為了解決工質種類單一的問題，學者開始研究混合工質，通過實驗匹配不同的混合工質來代替單一工質?；旌瞎べ|可以通過不同工質、不用組分來拓展循環工質的適用范圍，可以組合出對環境影響，如ODP值、GWP值最小的配比方案，可以削弱純工質某些不利的物化性質，如可燃性等。非共沸混合工質由于相變不等溫，同一溫度下的冷凝和蒸發的露點和泡點存在溫差，發生“相變溫度滑移”現象。利用溫度滑移，能夠為換熱設備提供好的冷熱源溫度匹配，減少傳熱過程中的不可逆熵增。

在目前的有機朗肯循環項目中，使用的循環工質基本為單一工質或固定混合比的混合工質，面臨的問題是余熱資源溫度波動較大時熱效率低。通過設置變工質裝置，可以根據實時工況，進行不同混合比的混合工質的調節，以貼合系統達到最優工況。因此設計一種能夠變工質的有機朗肯循環發電系統不僅可以減少循環工質對環境的危害，還可以提高循環系統的熱效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可變工質的有機朗肯循環發電系統，以解決現有的有機朗肯循環的工質種類單一、對環境危害較大及系統運行效率較差的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種可變工質的有機朗肯循環發電系統，包括：主體部分及變工質部分，所述主體部分包括：蒸發器、膨脹發電機、冷凝器及工質泵，所述蒸發器用于吸收輸入工質的低溫余熱源熱量以產生蒸汽，并將蒸汽及工質輸入所述膨脹發電機；所述膨脹發電機用于利用所述蒸汽做功并發電，發電后排出蒸汽，及輸出工質至冷凝器；所述冷凝器用于通過冷卻液對所述膨脹發電機排出的蒸汽進行換熱，得到液態水并輸出工質；所述工質泵用于將所述液態水及工質送回蒸發器中；

所述變工質部分包括：精餾塔、調節泵及工質罐，所述精餾塔與所述冷凝器及工質泵之間的通路相連，用于對所述主體部分的工質進行分離及回收，并將回收后的工質輸入至所述工質罐進行儲存；所述調節泵與所述冷凝器及工質泵之間的通路相連且位于所述精餾塔與工質泵之間，用于向所述主體部分添加來自所述工質罐的工質，并對添加的工質的種類和比例進行調節。

較佳地，所述主體部分的工質為一種或若干種，當工質為若干種時，其分別存儲在對應的工質罐中，并通過所述調節泵調節輸入工質泵的工質的種類及比例。

較佳地，所述精餾塔及調節泵通過管道連接在所述冷凝器與工質泵之間。