CN103982253B - 单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环，其中的联合系统包括由蒸发器、膨胀机和冷凝器依次连接形成的循环发电闭环，所述膨胀机外接有发电机；还包括地板采暖闭环，所述循环发电闭环通过冷凝器与所述地板采暖闭环相连接组成联合系统；其中：所述冷凝器包括有机工质管路和循环水管路，所述有机工质管路中的低沸点有机工质在所述冷凝器中将热量释放给所述循环水管路中的循环水；所述循环水管路进一步通过调节阀连接有地板采暖管路，所述地板采暖管路通过循环水泵再与所述循环水管路相连接，形成地板采暖闭环。通过有机工质的压差代替了工质输送设备，直接将热能转变为循环所需的压差，回避了工质增压及输送设备的应用。

Description

单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环
技术领域
本发明属于低品位热能开发和回收利用领域，具体涉及一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环。
背景技术
能源需求不断扩大和化石能源不断减少的能源大背景下，包括低温地热能、低温太阳热能和低温工业余热废热能等在内的低品位能源的重视度逐渐提高。与常规的热能发电技术相比，有机朗肯循环技术在低品位热能开发和回收利用领域具有显著优势，能够大幅度提升热能利用效率。
有机朗肯循环所采用的有机工质一般包括HCFCs、HFC和HCs等，这些有机工质一般具有可燃性、高GDP性、高GWP性和毒性中的一个或多个缺点，有效的系统密封是系统安全运行和环境保护的保证。有机朗肯循环利用低沸点有机工质作为循环工质，在低温条件下可以获得较高的蒸汽压力，推动膨胀机转化为机械能用于直接发电，可以充分利用低品位热源。
工质泵运动部件密封困难和效率低下是有机朗肯循环技术推广的难点之一。采用单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统可以避免系统中工质泄露的问题，提供系统的循环动力压头，并将朗肯循环的冷凝热用于加热地板采暖系统的回水，提供供暖用热水。联合系统可以提高系统能源的利用率，对节能减排意义重大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环，通过有机工质的压差代替了工质输送设备-工质泵，解决密封困难问题，同时地板采暖闭环提高了能源的利用率。
本发明采用的技术方案具体为：
一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统，包括由蒸发器、膨胀机和冷凝器依稀连接形成的循环发电闭环，所述膨胀机外接有发电机；所述冷凝器包括低沸点有机工质管路和循环水管路，低沸点有机工质在所述冷凝器中将热量释放给循环水；所述循环水管路通过调节阀连接有地板采暖管路，所述地板采暖管路通过循环水泵再与所述循环水管路相连接，形成地板采暖闭环；所述循环发电闭环和地板采暖闭环组成联合系统。
在上述单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统中，所述有机工质为低沸点有机工质。
在上述单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统中，所述低沸点有机工质为烷烃。
一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合循环，包括发电循环和供热循环，具体为：
高温高压的气态有机工质推动膨胀机对外输出轴功，变为低温低压的气态有机工质；低温低压的气态有机工质上升到达系统冷凝段，低温低压的气态有机工质被冷却水冷却凝结，变为低温低压的液态有机工质；低温低压的液态有机工质在重力作用下压力升高并到达加热段，变为低温高压的液态有机工质；低温高压的液态有机工质被热源加热变为饱和或者过热的高温高压气态有机工质，高温高压气的态有机工质再次进入膨胀机，完成一个发电循环；
在冷凝器中，有机工质管路中的低压蒸汽释放的热量被循环水管路中的采暖回水吸收，回水温度升高后再次通过循环水管路输送到地板采暖系统，温度升高后的循环水作为采暖供水被循环水泵输送到地板采暖管路中散热，所述循环水的流量通过调节阀进行调节，释放热量后的回水再次循环到冷凝器吸收低温低压的气态有机工质释放的冷凝热，完成一个供热循环。
在上述单级重力泵有机朗肯发电及供热联合循环中，所述有机工质为低沸点有机工质。
在上述单级重力泵有机朗肯发电及供热联合循环中，所述低沸点有机工质为烷烃。
本发明产生的有益效果是：本发明提供的单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环可根据有机工质在气态与液体状态下的密度差，直接将热能转变为循环所需的压差，回避了工质增压及输送设备的应用，具有提高循环效率的潜力，同时解决了增压过程密封困难的问题；且地板采暖闭环充分利用了冷凝热作为地板采暖热源，二者的匹配进一步提高了能源利用率，具有良好适用性和潜在的价值。
附图说明
当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为常规有机朗肯循环工质循环状态示意图；
图2为本发明一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合循环的发电循环的状态示意图；
图3为本发明一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统的循环发电闭环的结构示意图；
图4为本发明一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统的结构示意图。
图中：1-蒸发器，2-膨胀机，3-发电机，4-冷凝器，5-有机工质管路，6-循环水管路，7-调节阀，8-地板采暖管路，9-循环水泵。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
常规的有机朗肯循环中工质的循环过程如图1所示：高温高压的有机工质进入膨胀机膨胀做功(1～2)，低温低压的气态有机工质在冷凝器中冷却凝结为低温低压的饱和液态工质(2～4)，饱和液态工质在工质泵中压力升高(4～5)，在蒸发器中高压低温液态工质吸热成为高温高压的过热有机工质(5～1)，高温高压的气态工质重新进入膨胀机完成一个循环。
本发明的单级重力泵有机朗肯发电循环中的工质循环过程如图2所示，蒸发器1内产生的高温高压的气态有机工质推动膨胀机2对外输出轴功(1～2)，膨胀机2外界有发电机3，低温低压的气态有机工质上升到达系统冷凝段(2～3)，低压蒸汽在冷凝器4中被冷却水冷却凝结(3～5)，低压液态的有机工质在重力作用下压力升高并到达加热段(5～6)，有机工质被热源加热成为饱和或者过热的气态有机工质(6～1)，高温高压的气态有机工质进入膨胀机2完成一个发电循环。
进一步如图3所示，在冷凝器4中，有机工质管路5中的低压蒸汽释放的热量被循环水管路6中的采暖回水吸收，回水温度升高后再次通过循环水管路6输送到地板采暖系统，循环水管路6中的循环水流量可以通过调节阀7进行调节，温度升高后的循环水作为采暖供水被循环水泵9输送到地板采暖管路8中散热，释放热量后的回水再次循环到冷凝器4吸收低温低压的气态有机工质释放的冷凝热，完成一个供热循环。
上述两个循环对应的循环发电闭环和地板采暖闭环构成的联合系统如图4所示，包括由蒸发器1、膨胀机2和冷凝器3依稀连接形成的循环发电闭环，膨胀机2外接有发电机3；冷凝器4包括有机工质管路5和循环水管路6，低沸点有机工质在冷凝器4中将热量释放给循环水；所述循环水管路通过调节阀7连接有地板采暖管路8，地板采暖管路8通过循环水泵9再与冷凝器4相连接，形成地板采暖闭环；循环发电闭环和地板采暖闭环共同组成本发明的联合系统。
在单级重力泵有机朗肯循环发电及地板采暖联合系统中，有机工质管路5中的有机工质的运行动力由气态有机工质和液态有机工质的循环压差提供，系统的循环压差是由有机工质的密度差、蒸发器1和冷凝器3间的高差、膨胀机2前后压差等因素来综合确定，作为一种较佳实施例，系统中的有机工质为低沸点有机工质，可以为烷烃等；且系统的绝热效率对系统性能具有重要影响，因此在系统的运行过程中对液态有机工质段和气态有机工质段均需良好的保温。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统，包括循环发电闭环，所述循环发电闭环由蒸发器、膨胀机和冷凝器依次连接形成，所述膨胀机外接有发电机；其特征在于，还包括地板采暖闭环，所述循环发电闭环通过冷凝器与所述地板采暖闭环相连接，组成联合系统；其中：
所述冷凝器包括有机工质管路和循环水管路，所述有机工质管路中的低沸点有机工质在所述冷凝器中将热量释放给所述循环水管路中的循环水；
所述循环水管路进一步通过调节阀连接有地板采暖管路，所述地板采暖管路通过循环水泵再与所述循环水管路相连接，形成地板采暖闭环。
2.根据权利要求1所述的单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统，其特征在于，所述低沸点有机工质为烷烃。
3.一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合循环，包括发电循环，所述发电循环具体为：
高温高压的气态有机工质推动膨胀机对外输出轴功，变为低温低压的气态有机工质；低温低压的气态有机工质上升到达系统冷凝段被冷却水冷却凝结后变为低温低压的液态有机工质；低温低压的液态有机工质在重力作用下压力升高并到达加热段被热源加热后变为饱和或者过热的高温高压的气态有机工质，高温高压的气态有机工质再次进入膨胀机，一个发电循环完成；其特征在于，还包括供热循环，所述供热循环具体为：
冷凝的有机工质管路中的低压蒸汽释放的热量被循环水管路中的采暖回水吸收，采暖回水温度升高后通过循环水管路输送到地板采暖系统，温度升高后的循环水作为采暖供水被循环水泵输送到地板采暖管路中散热，通过调节阀调节循环水的流量，释放热量后的采暖回水再次循环到冷凝器的循环水管路，吸收低温低压的气态有机工质释放的冷凝热，一个供热循环完成。
4.根据权利要求3所述的单级重力泵有机朗肯发电及供热联合循环，其特征在于，所述有机工质为低沸点有机工质。
5.根据权利要求4所述的单级重力泵有机朗肯发电及供热联合循环，其特征在于，所述低沸点有机工质为烷烃。
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