CN109973163A - 一种喷射式朗肯循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低温热能利用与朗肯循环发电技术领域，公开了一种喷射式朗肯循环系统，包括蒸发器、汽轮机、冷凝器、喷射器、泵；蒸发器的工质侧出口连接汽轮机的入口，汽轮机的第一出口连接喷射器的一次流体入口，汽轮机的第二出口连接冷凝器的入口，冷凝器的出口连接喷射器的二次流体入口，喷射器的出口连接泵的入口，泵的出口连接蒸发器的工质侧入口。本发明利用喷射器可进行抽气回热可提高循环热效率，同时提升循环工质压力，回收部分膨胀功，有利于减少泵功消耗，利于节省运行费用。

Description

一种喷射式朗肯循环系统

技术领域

本发明涉及低温热能利用与朗肯循环发电技术领域，更具体的说，是涉及一种新型的喷射式朗肯循环系统。

背景技术

能源作为人类文明进步的动力，在每次重大的社会变革中都扮演着重要的角色。但是，目前传统的能源，如化石能源(煤、石油、天然气)的短缺与其带来的日益严重的环境问题，如全球气候变暖、环境污染等，引起了全球范围内的关注。解决能源危机与环境问题的方法可以分为两类，开源和节流。开源，即不断提升能源的产量，扩大新能源如太阳能、风能、地热能、潮汐能等在能源结构中的占比；节流，即提高能源的利用效率，达到节能的目的。目前，朗肯循环仍在能源利用中占据极大的比例，有效的提升其运行效率，是解决环境问题与提高能源利用率的有利措施。

目前，主流的优化朗肯循环方式通过寻求适宜工质、朗肯循环与制冷循环耦合、关键部件研发。其中，对于寻求适宜工质来说，新工质的开发成本高、技术要求高，故对现有工质进行混合的研究仍是主流；对于朗肯循环与制冷循环耦合来说，进行功冷并供，能够提升效率；对于关键部件的研发来说，主要是提高泵、汽轮机的效率。

部分发明者主要以系统优化来进行系统性能的提高。如公开号为CN203626906U的中国专利申请将水蒸汽朗肯循环装置与低温型有机朗肯循环装置复叠，能够有效利用水蒸汽朗肯循环装置低温乏汽中的热量，大大提高了热量的利用效率。还有如公开号为CN108150234A的中国专利申请采用补汽式有机朗肯循环技术，向外界输出电能。公开号为CN107941028A的中国专利申请实现了烧结冷却废气余热的深度回收利用，进一步提高烧结矿余热发电量。公开号为CN108119201A的中国专利申请可有效应用于低品位热源回收与新能源利用相关交叉领域，实现循环工质与相变储能装置的等温换热，有效提高了系统的效率。

以上的申请专利，均针对朗肯循环系统进行优化，但综合来看现有的专利并不能解决当前的朗肯循环固有问题，即效率低、功耗大的问题。

发明内容

本发明着力解决的是传统朗肯循环效率低、功耗大的技术问题，通过设计一种新型的喷射式朗肯循环系统，以抽气回热加喷射器技术为核心，同时使用环保型的非共沸工质，在满足环保的条件下，有利于极大的促进系统运行节能与效率的提高，达到减少泵耗功和提升循环热效率的目的。

为了解决上述技术问题，本发明具体通过以下的技术方案予以实现：

一种喷射式朗肯循环系统，包括蒸发器、汽轮机、冷凝器、喷射器、泵；所述蒸发器的工质侧出口连接所述汽轮机的入口，所述汽轮机的第一出口连接所述喷射器的一次流体入口，所述汽轮机的第二出口连接所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口连接所述喷射器的二次流体入口，所述喷射器的出口连接所述泵的入口，所述泵的出口连接所述蒸发器的工质侧入口。

进一步地，所述蒸发器的热源侧进口和热源侧出口用于循环0℃-350℃的中低温热源。

进一步地，所述冷凝器的冷源侧进口和冷源侧出口用于循环环境温度的水。

进一步地，所述系统采用R600a和R601作为循环工质。

本发明的有益效果是：

本发明的喷射式朗肯循环系统，利用蒸发器从热源吸收热量，用于满足系统所需的能量；汽轮机将蒸发器提供的高温、高压蒸汽，膨胀做功，使其变为低温、低压蒸汽；冷凝器将汽轮机排气，向冷源放热，变为饱和液；喷射器由汽轮机中间抽气作为引射流体，冷凝器出口液体为被引射流体，进行引射；泵将工质压力提升到蒸发所需压力，完成一个循环。与常规的朗肯循环相比，本发明采用的喷射器结构简单、价格低廉、安装与维护费用低，而且喷射器内部没有运动部件，循环自耗电小、对热源温度要求低；喷射器通过汽轮机抽气回热引射冷凝器出口的工质，提升工质压力与温度，有利于提高系统热效率和降低泵耗功。

附图说明

图1是本发明的喷射式朗肯循环系统的结构示意图。

上述图中：1-蒸发器；2-汽轮机；3-冷凝器；4-喷射器；5-泵。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如图1所示，本实施例公开了一种新型的喷射式朗肯循环系统，能够提高系统性能，提升工质压力与温度，带来系统热效率和泵耗功的效果，主要包括蒸发器1、汽轮机2、冷凝器3、喷射器4、泵5。

蒸发器1的工质侧出口连接汽轮机2的入口，汽轮机2的第一出口连接喷射器4的一次流体入口，汽轮机2的第二出口连接冷凝器3的入口，冷凝器的出口连接喷射器4的二次流体入口，喷射器4的出口连接泵5的入口，泵5的出口连接蒸发器1的工质侧入口，完成系统的连接。蒸发器1还设置有热源侧进口和热源侧出口，冷凝器3还设置有冷源侧进口和冷源侧出口。

经过预处理的燃煤电厂烟气由蒸发器1的热源侧进口进入蒸发器1后，在蒸发器1内与循环工质换热进行余热利用，变为低温烟气由蒸发器1的热源侧出口排放。循环工质由工质侧入口进入蒸发器1内进行定压吸热，对高温烟气进行余热利用，获得满足系统运行的热量后，由工质侧出口进入汽轮机2。蒸发器1热源适用于0℃-350℃的中低温热源。

蒸发器1输出的高温、高压蒸汽进入汽轮机2，经过绝热膨胀对外输出功，用于发电，变为低温、低压的蒸汽；同时，在汽轮机2进行中间抽气(抽气率为α，其范围为0-1)，由汽轮机2的第一出口输出，作为喷射器4的引射流体，以满足喷射器4设计需要。

冷凝器3的冷源侧进口和冷源侧出口用于循环环境温度的水，与系统循环工质进行换热。由汽轮机2的第二出口进入冷凝器3的循环工质，在冷凝器3内定压放热后，变为低温、低压的液体进入喷射器4。

喷射器4以抽气作为引射流体，以冷凝器出口的工质为被引射流体，抽气在喷射器4喷嘴部分先进行绝热膨胀后，与被引射流体混合，再经扩散室增压减速流出喷射器4。喷射器出口工质经泵5绝热压缩后流出，循环进入蒸发器1进行换热

本发明的喷射式朗肯循环系统优选采用异丁烷(R600a)和正戊烷(R601)作为循环工质，其ODP均为0，表示消耗臭氧潜能值为0；GWP均为3，表明全球变暖潜能值很低。

本发明的喷射式朗肯循环系统，利用蒸发器1从热源吸收热量，用于满足系统所需的能量；利用汽轮机2将蒸发器1提供的高温、高压蒸汽，膨胀做功，使其变为低温、低压蒸汽；利用冷凝器3将汽轮机2排气，向冷源放热，变为饱和液；利用喷射器4由汽轮机2中间抽气作为引射流体，冷凝器3出口液体为被引射流体，进行引射，最后利用泵5将工质压力提升到蒸发所需压力，从而使系统完成一个循环。

本发明的喷射式朗肯循环系统，利用喷射器4可进行抽气回热可提高循环热效率，同时提升循环工质压力，回收部分膨胀功，有利于减少泵功消耗，利于节省运行费用。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种喷射式朗肯循环系统，其特征在于，包括蒸发器、汽轮机、冷凝器、喷射器、泵；所述蒸发器的工质侧出口连接所述汽轮机的入口，所述汽轮机的第一出口连接所述喷射器的一次流体入口，所述汽轮机的第二出口连接所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口连接所述喷射器的二次流体入口，所述喷射器的出口连接所述泵的入口，所述泵的出口连接所述蒸发器的工质侧入口。

2.根据权利要求1所述的一种喷射式朗肯循环系统，其特征在于，所述蒸发器的热源侧进口和热源侧出口用于循环0℃-350℃的中低温热源。

3.根据权利要求1所述的一种喷射式朗肯循环系统，其特征在于，所述冷凝器的冷源侧进口和冷源侧出口用于循环环境温度的水。

4.根据权利要求1所述的一种喷射式朗肯循环系统，其特征在于，所述系统采用R600a和R601作为循环工质。