CN102182528A - 双循环两级螺杆膨胀机动力系统 - Google Patents

双循环两级螺杆膨胀机动力系统 Download PDF

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李惟毅
谈西锋
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

一种双循环两级螺杆膨胀机动力系统，包括：蒸发器和冷凝器，形成在蒸发器和冷凝器之间的工质循环通路，由蒸发器与热源入口和热源出口形成的加热通路，以及由冷凝器与冷却水入口和冷却水出口形成的冷却通路，在位于蒸发器的工质流出侧与冷凝器的工质流入侧之间的工质循环通路上设置有两级螺杆膨胀机动力装置。本发明符合节能环保要求，工质循环通路所用的低沸点有机工质，在闭合回路中，起着介质的作用，在密封良好条件下无消耗；余热参数要求低，低沸点循环工质与含热流体，冷却水的热交换，都没有直接接触，采用两级螺杆机后，系统能够获得更大膨胀比，压降和焓降，系统热效率可达到15％。

Description

双循环两级螺杆膨胀机动力系统
技术领域
本发明涉及一种双循环两级螺杆膨胀机动力系统。特别是涉及一种能够充分回收利用工业余热，地热产生动力的双循环两级螺杆膨胀机动力系统。
背景技术
由于我国能源结构的特点，能源没有充分达到梯级利用，工业余热资源量大而广泛分布，主要表现在以下几方面。
(1)大量的工业窑炉消耗了大量能源。如水泥行业，由于生产工艺落后，企业平均熟料能耗是国外先进水平的2倍以上，窑炉排出的废气温度在300-400℃左右，余热回收率仅为2％，是发电项目应用的一个巨大的潜在市场，提高余热利用率对企业节能有重要意义。
(2)我国现有工业锅炉约50万台，其中相当部分6-10t/h锅炉的额定蒸汽压力为1.3MPa，由于生产工艺方面的原因，需降压运行、减温减压使用，造成大量浪费。
(3)钢铁厂的高炉冲渣热水及高炉煤气这部分余热的回收发电也具有巨大的市场潜力。
(4)其它如大型柴油机废气，石油化工行业及新能源利用都是该技术发挥其技术优势的重要市场。
以上列举的各项充分说明了，我国加强节能工作的重要性和紧迫性，而且同时也体现了螺杆膨胀机余热回收系统的应用前景。目前，国内一般都采用单循环单级螺杆机系统回收余热，膨胀比小，压降小，效率低，对热源要求也高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种运行简单，安全，环保效率高的双循环两级螺杆膨胀机动力系统。
本发明所采用的技术方案是：一种双循环两级螺杆膨胀机动力系统，包括：蒸发器和冷凝器，形成在蒸发器和冷凝器之间的工质循环通路，由蒸发器与热源入口和热源出口形成的加热通路，以及由冷凝器与冷却水入口和冷却水出口形成的冷却通路，在位于蒸发器的工质流出侧与冷凝器的工质流入侧之间的工质循环通路上设置有两级螺杆膨胀机动力装置。
所述的两级螺杆膨胀机动力装置包括有高压螺杆膨胀机和与高压螺杆膨胀机共用一个轴的低压螺杆膨胀机，所述的高压螺杆膨胀机的工质流出端和低压螺杆膨胀机的工质流入端之间设置有低温低压工质流通管路，所述的高压螺杆膨胀机的工质流入端与蒸发器的工质流出口连通，所述的低压螺杆膨胀机的工质流出端与冷凝器的工质流入口连通，所述的低压螺杆膨胀机的输出轴连接发电机。
在位于冷凝器的工质流出侧与蒸发器的工质流入侧之间的工质循环通路上设置有工质泵。
在蒸发器的热源出口侧的加热通路上设置有热源泵。
冷凝器的冷却水入口侧的冷却通路上设置有冷却泵。
本发明的双循环两级螺杆膨胀机动力系统，具有以下有益效果：
(1)符合节能环保要求：二氧化碳排放为零，氮氧化物和硫化物排放为零；
(2)工质循环通路所用的低沸点有机工质，在闭合回路中，起着介质的作用，在密封良好条件下无消耗；
(3)余热参数要求低：可针对60到250℃常压下的余热进行设计回收利用，无需为本发明另行专门设计螺杆膨胀机；
(4)低沸点循环工质与含热流体，冷却水的热交换，都没有直接接触，因此，降温了的热源流体以及升温了的冷却水品质上无变化还可以用于其它生产生活用途；
(5)采用两级螺杆机后，系统能够获得更大膨胀比，压降和焓降；
(6)循环效率高：本发明系统热效率可达到15％。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
其中：
1：蒸发器                        2：高压螺杆膨胀机
2′：低压螺杆膨胀机              3：冷凝器
4：工质泵                        5：热源泵
6：冷却泵                        7：低温低压工质流通管路
8：工质循环通路                  9：加热通路
10：冷却通路                     11：发电机
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的双循环两级螺杆膨胀机动力系统做出详细说明。
如图1所示，本发明的双循环两级螺杆膨胀机动力系统，包括：蒸发器1和冷凝器3，在蒸发器1和冷凝器3之间通过密封管路连接形成了工质循环通路8，所述的工质循环通路8中流通有机低沸点工质。由蒸发器1与热源入口TR1和热源出口TR2形成了加热通路9，以及由冷凝器3与冷却水入口TI1和冷却水出口TI2形成了冷却通路10，在位于蒸发器1的工质流出侧与冷凝器3的工质流入侧之间的工质循环通路8上设置有两级螺杆膨胀机动力装置。在位于冷凝器3的工质流出侧与蒸发器1的工质流入侧之间的工质循环通路8上设置有工质泵4，在蒸发器1的热源出口TR2侧的加热通路9上设置有热源泵5，冷凝器3的冷却水入口TI1侧的冷却通路10上设置有冷却泵6。
所述的两级螺杆膨胀机动力装置包括有高压螺杆膨胀机2和与高压螺杆膨胀机2共用一个轴12的低压螺杆膨胀机2′，所述的高压螺杆膨胀机2的工质流出端和低压螺杆膨胀机2′的工质流入端之间设置有低温低压工质流通管路7，所述的高压螺杆膨胀机2的工质流入端与蒸发器1的工质流出口连通，所述的低压螺杆膨胀机2′的工质流出端与冷凝器3的工质流入口连通，所述的低压螺杆膨胀机2′的输出轴连接发电机11。
本发明双循环两级螺杆膨胀机动力系统的工作过程是：地热水或低温低压工业废水废气，通过蒸发器1的热源入口TR1进入蒸发器1，加热工质循环通路里的工质，生成高温高压的蒸汽或汽液两相工质流体，而后地热水或低温低压工业废水废气温度降低，并从蒸发器1的热源出口TR2排出蒸发器1；高温高压的蒸汽或汽液两相工质经过高压螺杆膨胀机2膨胀做功后，排出的低温低压工质通过低温低压工质流通管路7再进入低压螺杆膨胀机2’继续膨胀做功，最后做功后的工质进入冷凝器3与连通冷凝器3的冷却通路10内的冷却水进行换热冷却，后通过工质泵4升压进入蒸发器1，由此完成一次循环。
以工业窑炉排烟气为例：250℃烟气，流量1000m3/h，冷却水温度为25℃。
根据本双循环两级螺杆膨胀机动力系统特点，高压螺杆膨胀机进口工质状态为饱和蒸汽，优化选择级间膨胀比后，总膨胀比可达到17，在扣除泵耗之后，每小时1000m3/h流量的烟气可发出6KW的电。

Claims (5)

1.一种双循环两级螺杆膨胀机动力系统，包括：蒸发器(1)和冷凝器(3)，形成在蒸发器(1)和冷凝器(3)之间的工质循环通路(8)，由蒸发器(1)与热源入口(TR1)和热源出口(TR2)形成的加热通路(9)，以及由冷凝器(3)与冷却水入口(TI1)和冷却水出口(TI2)形成的冷却通路(10)，其特征在于，在位于蒸发器(1)的工质流出侧与冷凝器(3)的工质流入侧之间的工质循环通路(8)上设置有两级螺杆膨胀机动力装置。
2.根据权利要求1所述的双循环两级螺杆膨胀机动力系统，其特征在于，所述的两级螺杆膨胀机动力装置包括有高压螺杆膨胀机(2)和与高压螺杆膨胀机(2)共用一个轴(12)的低压螺杆膨胀机(2′)，所述的高压螺杆膨胀机(2)的工质流出端和低压螺杆膨胀机(2′)的工质流入端之间设置有低温低压工质流通管路(7)，所述的高压螺杆膨胀机(2)的工质流入端与蒸发器(1)的工质流出口连通，所述的低压螺杆膨胀机(2′)的工质流出端与冷凝器(3)的工质流入口连通，所述的低压螺杆膨胀机(2′)的输出轴连接发电机(11)。
3.根据权利要求1所述的双循环两级螺杆膨胀机动力系统，其特征在于，在位于冷凝器(3)的工质流出侧与蒸发器(1)的工质流入侧之间的工质循环通路(8)上设置有工质泵(4)。
4.根据权利要求1所述的双循环两级螺杆膨胀机动力系统，其特征在于，在蒸发器(1)的热源出口(TR2)侧的加热通路(9)上设置有热源泵(5)。
5.根据权利要求1所述的双循环两级螺杆膨胀机动力系统，其特征在于，冷凝器(3)的冷却水入口(TI1)侧的冷却通路(10)上设置有冷却泵(6)。
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