CN105179034A - 梯级利用低品位变温热源的有机朗肯循环发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种梯级利用低品位变温热源的有机朗肯循环发电系统及方法，属于能源与动力领域。其特征在于：该系统采用非共沸混合工质（1），并通过第1换热器（7）和第2换热器（15）分级吸收了低品位变温热源（8）的热量，并经过第1透平（9）和第2透平（5）对外做功发电，最后采用回热器（11）回收了第1透平（9）出口乏气的显热，由于该系统考虑了变温热源热能回收过程的滑移温度匹配，因此特别适合变温热源，如烟气、热水等热能的高效回收。
Description
技术领域
本发明涉及一种梯级利用低品位变温热源的有机朗肯循环发电系统及方法，属于能源与动力领域。
技术背景
随着化石燃料的日益枯竭，低品位变温热源的利用得到研究者们越来越多的关注。
目前研究者已经提出大量低品位变温热源利用方案，例如有机朗肯循环系统方案，然而由于常见采用纯工质的有机朗肯循环工质蒸发过程存在明显的恒温段，导致低品位变温热源废热回收过程存在大量的有用能损失，从而导致其整体热效率存在较大的改进空间。也有研究者提出采用非共沸混合工质，通过改进变温废热回收过程的滑移温度热匹配，来改善废热回收底循环的热效率，然而常见非共沸混合工质滑移温度小，因此变温热源热能回收过程仍有较大的废热回收潜力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能耗低、效率高的梯级利用低品位变温热源的有机朗肯循环发电系统及方法。
该系统的特征在于包括：气液分离器、第2透平、第1换热器、第1透平、混合器、回热器、冷凝器、储液罐、工质泵、第2换热器。第1换热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；第2换热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；回热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；冷凝器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；气液分离器包括入口、气相出口和液相出口；
低品位变温热源与第1换热器热侧入口相连，第1换热器热侧出口与第2换热器热侧入口相连，经第2换热器热侧出口流出。
冷却水与冷凝器冷侧入口相连，冷凝器冷侧出口与环境相连。
储液罐出口通过工质泵与回热器冷侧入口相连，回热器冷侧出口与第2换热器冷侧入口相连，第2换热器冷侧出口与气液分离器入口相连，从而完成整个循环气液分离器气相出口通过第2透平与混合器入口相连；气液分离器液相出口与第1换热器冷侧入口相连，第1换热器冷侧出口通过第1透平与回热器热侧入口相连，回热器热侧出口与混合器入口相连。混合器出口与冷凝器热侧入口相连，冷凝器热侧出口与储液罐入口相连，。
根据本发明所述的梯级利用低品位变温热源的有机朗肯循环发电系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：
低品位变温热源进入第1换热器热侧，加热其冷侧的多组分溶液至过热，然后进入第2换热器热侧，加热其冷侧的非共沸混合工质至部分蒸发，最后从第2换热器热侧出口流出。
冷却水进入冷凝器冷侧入口，吸收冷凝器热侧非共沸混合工质的潜热后温度升高，然后从冷凝器冷侧出口排至环境中。
非共沸混合工质经过工质泵增压后进入回热器冷侧，被其热侧的多组分溶液加热，再经过第2换热器冷侧被其热侧低品位变温热源加热至部分蒸发，然后进入气液分离器。
气液分离器气相出口多组分蒸气通过第2透平膨胀做功后，进入混合器。
气液分离器液相出口多组分溶液经过第1换热器冷侧后，被第1换热器热侧低品位变温热源加热至过热，然后通过第1透平膨胀做功，第1透平出口乏气经过回热器热侧，对回热器冷侧的非共沸混合工质进行预热，从回热器热侧出来的多组分工质再进入混合器与多组分蒸气混合，混合器出口的非共沸混合工质进入冷凝器热侧后，被冷凝器冷侧的冷却水冷凝为液体后进入储液罐，储液罐出口的非共沸混合工质进入工质泵升压后，开始进入下一轮循环。
该系统由于采用非共沸混合工质回收低品位变温废热，并通过第1换热器和第2换热器分级吸收了低品位变温热源的热量，考虑了低品位变温热源热能回收过程的滑移温度匹配，并经过第1透平和第2透平对外做功发电，最后采用回热器回收了第1透平出口乏气的显热，因此特别适合变温热源，如烟气、热水等热能的高效回收，具有整体能耗低、效率高的优势。
附图说明
图1一种梯级利用低品位变温热源的有机朗肯循环发电系统；
图中标号名称：1．非共沸混合工质，2.多组分蒸气，3.多组分溶液，4.气液分离器，5.第2透平，6.冷却水，7.第1换热器，8.低品位变温热源，9.第1透平，10.混合器，11.回热器，12.冷凝器，13.储液罐，14.工质泵，15.第2换热器。
具体实施方法
下面参照附图1说明该梯级利用低品位变温热源的有机朗肯循环发电系统的运行过程：
该系统在运行之前需要抽真空。
冷却水6进入冷凝器12冷侧，吸收其热侧非共沸混合工质1的潜热后温度升高，然后排入环境中。
非共沸混合工质1首先通过工质泵14增压后进入回热器11冷侧，被其热侧的第1透平9出口乏气加热，再经过第2换热器15冷侧，吸收其热侧低品位变温热源8热能后部分蒸发，然后进入气液分离器4；气液分离器4气相出口的多组分蒸气2通过第2透平5膨胀做功后，进入混合器10；气液分离器4液相出口多组分溶液3经过第1换热器7冷侧后，被第1换热器7热侧低品位变温热源8加热至过热，然后通过第1透平9膨胀做功，第1透平9出口乏气经过回热器11热侧，对回热器11冷侧的非共沸混合工质1进行预热，从回热器11热侧出来的多组分工质再进入混合器10与多组分蒸气混合，混合器10出口的非共沸混合工质1进入冷凝器12热侧后，被冷凝器12冷侧的冷却水6冷凝为液体后进入储液罐13，储液罐13出口的非共沸混合工质1经过工质泵14升压后，开始进入下一轮循环。
低品位变温热源8首先进入第1换热器7热侧，加热其冷侧的多组分溶液3至过热，然后进入第2换热器15热侧，加热其冷侧的非共沸混合工质1至部分蒸发，最后从第2换热器15热侧出口流出。
Claims (2)
1.一种梯级利用低品位变温热源的有机朗肯循环发电系统，其特征在于：
该系统包括：气液分离器（4）、第2透平（5）、第1换热器（7）、第1透平（9）、混合器（10）、回热器（11）、冷凝器（12）、储液罐（13）、工质泵（14）、第2换热器（15）；
第1换热器（7）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；第2换热器（15）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；回热器（11）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；冷凝器（12）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；气液分离器（4）包括入口、气相出口和液相出口；
低品位变温热源（8）与第1换热器（7）热侧入口相连，第1换热器（7）热侧出口与第2换热器（15）热侧入口相连，经第2换热器（15）热侧出口流出；
冷却水（6）与冷凝器（12）冷侧入口相连，冷凝器（12）冷侧出口与环境相连；
储液罐（13）出口通过工质泵（14）与回热器（11）冷侧入口相连，回热器（11）冷侧出口与第2换热器（15）冷侧入口相连，第2换热器（15）冷侧出口与气液分离器（4）入口相连，气液分离器（4）气相出口通过第2透平（5）与混合器（10）入口相连；气液分离器（4）液相出口与第1换热器（7）冷侧入口相连，第1换热器（7）冷侧出口通过第1透平（9）与回热器（11）热侧入口相连，回热器（11）热侧出口与混合器（10）入口相连；混合器（10）出口与冷凝器（12）热侧入口相连，冷凝器（12）热侧出口与储液罐（13）入口相连。
2.根据权利要求1所述的梯级利用低品位变温热源的有机朗肯循环发电系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：
低品位变温热源（8）进入第1换热器（7）热侧，加热其冷侧的多组分溶液（3）至过热，然后进入第2换热器（15）热侧，加热其冷侧的非共沸混合工质（1）至部分蒸发，最后从第2换热器（15）热侧出口流出；
冷却水（6）进入冷凝器（12）冷侧入口，吸收冷凝器（12）热侧非共沸混合工质（1）的潜热后温度升高，然后从冷凝器（12）冷侧出口排至环境中；
非共沸混合工质（1）经过工质泵（14）增压后进入回热器（11）冷侧，被其热侧的多组分溶液加热，再经过第2换热器（15）冷侧被其热侧低品位变温热源加热至部分蒸发，然后进入气液分离器（4）；
气液分离器（4）气相出口多组分蒸气（2）通过第2透平（5）膨胀做功后，进入混合器；
气液分离器（4）液相出口多组分溶液（3）经过第1换热器（7）冷侧后，被第1换热器（7）热侧低品位变温热源加热至过热，然后通过第1透平（9）膨胀做功，第1透平（9）出口乏气经过回热器（11）热侧，对回热器（11）冷侧的非共沸混合工质进行预热，从回热器（11）热侧出来的多组分工质再进入混合器（10）与多组分蒸气混合，混合器（10）出口的非共沸混合工质进入冷凝器（12）热侧后，被冷凝器（12）冷侧的冷却水冷凝为液体后进入储液罐（13），储液罐（13）出口的非共沸混合工质进入工质泵（14）升压后，开始进入下一轮循环。
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