CN101298843A - 超临界朗肯循环回收低温余热动力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于低温热能动力回收的方法，尤其是针对冶金行业排放的低温余热、太阳能温差发电、双循环式地热发电的资源化利用，属于资源与环境技术领域。本发明的循环工质采用丙烷与八氟丙烷配置成的二元混合工质，在超临界压力下从加压泵出口直接加热到超临界状态，进入有机透平做功，膨胀到由凝结温度确定的凝结压力下的蒸汽，再被冷凝为液体至加压泵入口循环使用。本方法可最大限度地回收低温热能中的可用能，同时使低温热流(或余热流)最终排放温度降低到环境容许的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于低温热能动力回收的方法，尤其是针对冶金行业排放的低温余热、太阳能温差发电、双循环式地热发电的资源化利用，属于资源与环境技术领域。
背景技术
在工业生产过程中，往往伴随着大量低温余热的排放，余热的排放一方面使能源利用率降低，同时也对环境造成热污染。因此，对低温余热的利用应从两个方面综合考虑：一是对余热最大程度的利用，二是降低最终排放温度。我国目前由于通常采用水作为动力循环的工质，使低温余热朗肯循环的效率极低，投资却很高。而大量低温余热的直接外排，也造成极大的浪费。在发达国家如日本、以色列，近年来投入大量的精力研究采用有机朗肯循环(ORC)来高效回收低温余热动力，其中最关键的技术就是对循环工质的选择，但主要是集中在对纯工质循环性能的研究上(如R11、R12、R13、R113、R22、R112、R114、R21、HC290、HC600、HC601、HC600a、CO2、R123、R236fa、R245fa)，所采用的工质虽然循环热效率较高，但普遍存在余热最终排放温度也很高的缺点，造成对余热综合利用水平普遍不高。我国近年来也加大了对低温余热利用技术的研究，如魏东红、顾建明等人就采用纯工质R245fa(五氟丙烷：CF3-CH2-CHF2)作为低温余热驱动朗肯循环的工质，该工质同样会造成余热流最终排放温度较高、对余热的综合利用水平依然不高的问题。
在同样使用有机朗肯循环的双循环式地热发电系统中，世界上已投入运行的系统几乎都使用的是低沸点纯工质，如R11、R13、R113等，这些工质除了对余热综合利用率不高之外，还存在对大气臭氧层有很大的破坏作用，是国际禁用品。因此，对这类项目还存在着急迫的工质替代问题。
近年来，低沸点混合工质以其特有的优点被制冷界广泛关注和大力研究。在高于200℃的中低温余热动力回收方面，国内外都做了一些研究：如美国与日本研制出一种性能优越的二元混合工质氟诺利尔85(三氟乙醇与水的混合工质：85％mol CF3CH2OH+15％mol H2O)，用于200℃～500℃中低温余热动力的回收。同样针对此温度范围内余热动力的回收，国际上有一些学者提出了以氨与水的混合物作为循环工质的卡林纳(Kalina)循环，但由于该循环的构成十分复杂等因素，导致最终能量转换效率不理想。总的来看，有机朗肯循环用于低温热能转换方面的研究尚处于很初级的阶段。由于循环工质的选择对动力循环性能的优劣起到决定性的作用，因此对适宜低温热能的循环工质的研究和开发显得十分迫切。采用干湿流体混合而成的近共沸混合工质实现超临界朗肯循环，在进一步减少热交换器中温差传热不可逆熵增的同时，还可降低透平膨胀终了工质的过热度，增加透平输出净功，可提高循环的热效率，同时使余热流最终的排放温度降低，无论从低温热能的利用技术，还是从环境保护的角度来看，都能起到节能减排的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超临界朗肯循环回收低温余热动力的方法，它采用二元混合工质，以超临界朗肯循环方法回收低温热能，使余热流的最终排放温度降低到环境容许的范围内，适宜利用的低温热能较低。
解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：循环工质采用丙烷(R290)与八氟丙烷(R218)配置成的二元混合工质，在超临界压力下从加压泵出口直接加热到超临界状态，进入有机透平做功，膨胀到由凝结温度确定的凝结压力下的蒸汽，再被冷凝为液体至加压泵入口循环使用。
本发明的二元混合工质是按丙烷组份的摩尔浓度为5％～50％配置，加压泵出口的压力为3.1Mpa～4.5Mpa。
本发明的上述朗肯循环回收低温余热动力，可适用于回收80℃～200℃的低温余热动力。
本发明的有益效果是：
(1)对低温热能的总利用率提高，对于100℃之内的低温热能，其总利用率比报道的较优工质R245fa提高至少50％以上，余热最终排放温度比R245fa降低近20～40℃；可以将余热最终排放温度控制在50～60℃左右，减轻了余热对环境的热污染。
(2)扩大了低温热能动力回收的温度范围，当余热入口温度低至70℃时，尚能获得8％的循环热效率；
(3)由于提高了对低温热能的总利用率，在发电功率相同的情况下，降低了单位产出电量的成本。
附图说明
图1为为本发明运用于低温余热发电时的工艺流程示意图。
图中各标号依次表示：余热流入口1、工质循环环路2、有机透平3、凝结器4、加压泵5、余热流出口6、热交换器7。
具体实施方式
实施例1
某冶炼厂排出的100℃热水的排量为100t/h，在凝结温度定为35℃的条件下，原采用R11工质时，可以获得356Kw的电力输出，余热最终排放温度为65℃；而采用本发明的技术方案，即R290+R218混合工质的配比为30％R290，蒸发压力为3.2Mpa时，进行混合工质的超临界朗肯循环，则可以获得509Kw的电力输出，余热最终的排放温度为50℃，输出电量增加幅度为30.05％。
实施例2：
某地热发电生产井出水温度为95℃，建一个500Kw规模的发电站，在凝结温度定为35℃的条件下，原采用R245fa工质时，地下水的开采流量为642.3t/h，地热流最终的排放(或回灌)温度为88℃；而采用本发明的技术方案，即R290+R218混合工质的配比为20％R290，蒸发压力为3.15Mpa时，进行混合工质的超临界朗肯循环，则地下水的开采流量降为136.4t/h，地热流最终的排放(或回灌)温度为62℃，地下水开采量下降约80％，可以大大降低地下水开采的费用及初始投资。
实施例3：
某冶炼厂高炉350℃烟气的排放量经测量约40000kg/h，原建一个500Kw的余热发电站，采用F85，当凝结器进口温度为25℃，出口温度为31.7℃，锅炉内蒸发压力为49.2ata，可以获得500Kw的发电功率，烟气最终的排放温度为161℃；现改为采用本发明的技术方案，即R290+R218混合工质的配比为10％R290，蒸发压力为4.0Mpa时，进行混合工质的超临界朗肯循环，可以获得604KW的发电功率，烟气最终的排放温度为118℃，可以增加发电功率20％，降低烟气最终排放温度43℃。
上述三实施例都说明，采用本发明专利技术后，能达到节能减排增效的目的。
Claims (3)
1、一种超临界朗肯循环回收低温余热动力的方法，其特征在于：循环工质采用丙烷与八氟丙烷配置成的二元混合工质，在超临界压力下从加压泵出口直接加热到超临界状态，进入有机透平做功，膨胀到由凝结温度确定的凝结压力下的蒸汽，再被冷凝为液体至加压泵入口循环使用。
2、根据权利要求1所述的超临界朗肯循环回收低温余热动力的方法，其特征在于：所述二元混合工质是按丙烷组份的摩尔浓度为5％～50％配置，加压泵出口的超临界压力为3.1Mpa～4.5Mpa。
3、根据权利要求1所述的超临界朗肯循环回收低温余热动力的方法，其特征在于：适用于回收80℃～200℃的低温余热动力。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101832158A (zh) * | 2010-03-17 | 2010-09-15 | 昆明理工大学 | 水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统及方法 |
| CN102146814A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-08-10 | 罗良宜 | 超临界低温空气能发电装置 |
| CN102378851A (zh) * | 2009-04-08 | 2012-03-14 | 约阿夫·科恩 | 设计成将环境热能转变成有用能量的设备 |
| CN102817656A (zh) * | 2012-09-07 | 2012-12-12 | 天津大学 | 一种利用半水煤气低温余热发电的设备与方法 |
| CN103195526A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-07-10 | 重庆大学 | 基于超临界有机朗肯循环的冷电联产复合系统 |
| CN103362580A (zh) * | 2012-03-26 | 2013-10-23 | 昆山能捷科技服务有限公司 | 中小压差蒸汽节能发电系统 |
| CN105569753A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-05-11 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种利用caes过程余热的有机朗肯循环发电装置 |
| CN110234846A (zh) * | 2017-01-31 | 2019-09-13 | 株式会社Ihi | 热循环设备 |
| CN110953030A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-04-03 | 深圳市凯盛科技工程有限公司 | 一种玻璃窑余热发电方法及装置 |
-
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102378851B (zh) * | 2009-04-08 | 2014-03-19 | 约阿夫·科恩 | 设计成将环境热能转变成有用能量的设备 |
| CN102378851A (zh) * | 2009-04-08 | 2012-03-14 | 约阿夫·科恩 | 设计成将环境热能转变成有用能量的设备 |
| CN101832158A (zh) * | 2010-03-17 | 2010-09-15 | 昆明理工大学 | 水蒸汽-有机朗肯复叠式动力循环发电系统及方法 |
| CN102146814A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-08-10 | 罗良宜 | 超临界低温空气能发电装置 |
| CN103362580B (zh) * | 2012-03-26 | 2016-06-29 | 昆山能捷科技服务有限公司 | 中小压差蒸汽节能发电系统 |
| CN103362580A (zh) * | 2012-03-26 | 2013-10-23 | 昆山能捷科技服务有限公司 | 中小压差蒸汽节能发电系统 |
| CN102817656A (zh) * | 2012-09-07 | 2012-12-12 | 天津大学 | 一种利用半水煤气低温余热发电的设备与方法 |
| CN103195526A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-07-10 | 重庆大学 | 基于超临界有机朗肯循环的冷电联产复合系统 |
| CN105569753A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-05-11 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种利用caes过程余热的有机朗肯循环发电装置 |
| CN105569753B (zh) * | 2016-01-20 | 2018-05-22 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种利用caes过程余热的有机朗肯循环发电装置 |
| CN110234846A (zh) * | 2017-01-31 | 2019-09-13 | 株式会社Ihi | 热循环设备 |
| US11162391B2 (en) | 2017-01-31 | 2021-11-02 | Ihi Corporation | Heat cycle facility |
| CN110953030A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-04-03 | 深圳市凯盛科技工程有限公司 | 一种玻璃窑余热发电方法及装置 |
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