CN114017944A - 一种烟气余热驱动闪蒸补汽orc-喷射复合循环冷电联供系统 - Google Patents
一种烟气余热驱动闪蒸补汽orc-喷射复合循环冷电联供系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种烟气余热驱动闪蒸补汽ORC‑喷射复合循环冷电联供系统,属于新能源及节能技术领域。本烟气余热驱动闪蒸补汽ORC‑喷射复合循环冷电联供系统,包括过热器、闪蒸加热器、气液分离器、高压泵、低温过热器、高压级蒸汽发生器、轴流透平、发电机、喷射器、冷凝器、储液罐、节流阀、蒸发器、低压泵和截止阀。本系统由闪蒸补气朗肯循环和喷射式制冷循环组成,其中轴流透平高压段设置抽汽口,低压段设置补汽口,实现高、低沸点工质的温度匹配及两循环之间的“自复叠”。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气余热驱动闪蒸补汽ORC-喷射复合循环冷电联供系统,属于新能源及节能技术领域。
背景技术
根据国家统计局能源统计司统计报告,2020年2020年一次能源消费总量数据约为49.7亿吨标准煤,其中煤炭消费总量达到28.7亿吨标准煤。为了减少化石能源的消耗,实现工业的可持续发展,我们必须提高能量的使用效率,提高对余热回收利用的水平。所以余热利用成为当今社会节能减排、绿色环保的重点举措,以废弃的低品位余热作为系统热源,得到功量、冷量或电能,减少余热排放的同时实现能量的重复利用。中低温余热驱动有机朗肯循环系统具有结构简单、可靠性高、运行维护费用低、可充分利用冷热端温差高效运行、可实现无人值守全自动运行及效率高等优点,十分适合用于构建冷(热)电联供分布式能源系统。非共沸混合工质具有相变滑移特性,如果保证冷热源流与工质之间形成良好的温度匹配,便可减少由传热温差带来的不可逆损失,节省换热面积、提高系统性能。基于此,国内外学者对于使用非共沸混合工质作为有机朗肯循环工质做了很多研究,包括非共沸混合工质的组分比、压降对系统性能的影响;蒸发温度滑移与冷凝温度滑移对ORC热力学性能的影响等,在这些研究中,非共沸混合工质都是在同一蒸汽发器中吸热,然后一同进入轴流透平做功,虽然能很好的利用非共沸工质的滑移特性,但是不能通过等熵焓降做出最多的功,这是由于低沸点工质的高密度、小焓降特性导致的。因从发明一种既能较好的利用非共沸混合工质的滑移特性,又能实现高低沸点工质做功能力、温度匹配的系统很有必要。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足,本发明提供一种烟气余热驱动闪蒸补汽ORC-喷射复合循环冷电联供系统。本系统高度集成有机闪蒸蒸汽循环、喷射制冷循环的优点,充分利用了非共沸工质的温度滑移特性,实现高低沸点工质做功能力的良好匹配:1、本系统由闪蒸补气朗肯循环和喷射式制冷循环组成,其中轴流透平高压段设置抽汽口,低压段设置补汽口,实现高、低沸点工质的温度匹配及两循环之间的“自复叠”。2、非共沸工质经气液分离器分离后进入不同的循环回路,高沸点工质一部分作为ORC主要循环工质,另一部被抽出作为喷射器工作流体,引射ERC循环工质。而低沸点工质作则为补汽和高沸点工质混合在轴流透平低压段做功。3、低温过热器由高沸点工质蛇形换热回路与低沸点工质蛇形换热组成,两个回路交叉布置在同一烟道内,充分的利用了非共沸工质的滑移特性,减少了由传热温差带来的不可逆损失,节省换热面积、提高系统性能。
本系统通过以下技术方案实现:
一种烟气余热驱动闪蒸补汽ORC-喷射复合循环冷电联供系统,包括过热器1、闪蒸加热器2、气液分离器3、高压泵4、低温过热器5、高压级蒸汽发生器6、轴流透平7、发电机8、喷射器9、冷凝器10、储液罐11、节流阀12、蒸发器13、低压泵14和截止阀;
储液罐11中储存非共沸工质,非共沸工质为R245fa/R1234yf或R600/R1234ze工质对工质对,烟气依次经过过热器1、高压级蒸汽发生器6、低温过热器5放热后排放,储液罐11中非共沸工质出口一路通过低压泵14与闪蒸加热器2进口连接,闪蒸加热器2出口与气液分离器3连接,气液分离器3中高沸点工质出口经高压泵4增压后连接到低温过热器5中的高沸点工质管道低温吸热,气液分离器3中低沸点工质出口连接到低温过热器5中的低沸点工质管道低温吸热,低温过热器5中的高沸点工质管道出口依次连接压级蒸汽发生器6、过热器1吸热后进入到轴流透平7中,高沸点工质进入轴流透平7后做功带动发电机8发电,温过热器5中的低沸点工质管道出口接至轴流透平7低压段的补汽口,低沸点工质进入轴流透平7后与高沸点工质混合,混合后的工质做功带动发电机8发电;轴流透平7高压段抽汽经截止阀Ⅰ15接至喷射器9进口作为引射流体,储液罐11中非共沸工质出口另一路依次通过截止阀Ⅱ16、节流阀12进入到蒸发器13中吸热,蒸发器13中非共沸工质出口连接到喷射器9中作为工作流体,非共沸工质经抽汽引射后进入喷射器9与抽汽混合,喷射器9非共沸混合工质出口与轴流透平7出口乏汽混合接至冷凝器10入口,冷凝器10采用水冷冷却方式,冷凝器10出口与储液罐11连接,完成非共沸工质循环。
所述低温过热器5中高沸点工质管道和低沸点工质管道为蛇形管道配合组成。
所述喷射器9包括喷嘴、引射室、混合室和扩压段。
系统供冷通过开闭截止阀Ⅰ15和截止阀Ⅱ16来实现。
本烟气余热驱动闪蒸补汽ORC-喷射复合循环冷电联供系统工作原理为:
烟气余热依次经过过热器1、高压级蒸汽发生器6、低温过热器5放热后排放;
储液罐11中非共沸混合工质在闪蒸加热器2吸热后进入气液分离器3,分离后的高沸点工质经高压泵4加压后依次流经低温过热器5、高压级蒸汽发生器6、过热器1吸热,然后进入轴流透平7做功,而低沸点工质经低温过热器5吸热后通过补汽口进入轴流透平7低压段和高沸点工质混合后一起做功,输出电能。轴流透平7高压段抽汽口抽出的高沸点工质作为喷射器的引射流体,引射制冷循环非共沸工质,喷射器出口的非共沸混合工质与轴流透平7做功后的乏汽混合经冷凝器10冷凝后进入储液罐11,储液罐11中的非共沸工质一部分经节流阀12膨胀后进入蒸发器13吸热制冷,另一部份经低压泵4加压后流经闪蒸加热器2进入ORC循环回路。
本发明中高沸点工质一部分作为ORC主要循环工质,另一部被抽出作为喷射器工作流体,引射ERC循环工质。而低沸点工质作则为补汽和高沸点工质混合在轴流透平低压段做功。
本发明的有益效果是:
(1)充分利用非共沸工质的温度滑移特性,减小由于传热温差引起的不可逆损失,节省换热面积,提高了系统性能。
(2)轴流透平设置补汽口,实现了高低沸点工质之间的温度匹配和做功能力匹配,提高系统热效率与㶲效率。
(3)轴流透平设置抽汽口,抽汽作为喷射器工作流体来引射制冷循环工质,实现补气有机朗肯循环和喷射式制冷循环之间的“自复叠”,实现了能量的梯级利用,提高了系统的性能。
(4)系统可以通过阀门的开度来满足用户对于电量和冷量需求,实现了系统与用户之间的良好供需关系。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图。
图中:1-过热器,2-闪蒸加热器,3-气液分离器,4-高压泵,5-低温过热器,6-高压级蒸汽发生器,7-轴流透平,8-发电机,9-喷射器,10-冷凝器,11-储液罐,12-节流阀,13-蒸发器,14-低压泵,15-截止阀Ⅰ,16-截止阀Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示,该烟气余热驱动闪蒸补汽ORC-喷射复合循环冷电联供系统,包括过热器1、闪蒸加热器2、气液分离器3、高压泵4、低温过热器5、高压级蒸汽发生器6、轴流透平7、发电机8、喷射器9、冷凝器10、储液罐11、节流阀12、蒸发器13、低压泵14和截止阀;
储液罐11中储存非共沸工质,非共沸工质为R600/R1234ze工质对,烟气依次经过过热器1、高压级蒸汽发生器6、低温过热器5放热后排放,储液罐11中非共沸工质出口一路通过低压泵14与闪蒸加热器2进口连接,闪蒸加热器2出口与气液分离器3连接,气液分离器3中高沸点工质出口经高压泵4增压后连接到低温过热器5中的高沸点工质管道低温吸热,气液分离器3中低沸点工质出口连接到低温过热器5中的低沸点工质管道低温吸热,低温过热器5中的高沸点工质管道出口依次连接压级蒸汽发生器6、过热器1吸热后进入到轴流透平7中,高沸点工质进入轴流透平7后做功带动发电机8发电,温过热器5中的低沸点工质管道出口接至轴流透平7低压段的补汽口,低沸点工质进入轴流透平7后与高沸点工质混合,混合后的工质做功带动发电机8发电;轴流透平7高压段抽汽经截止阀Ⅰ15接至喷射器9进口作为引射流体,储液罐11中非共沸工质出口另一路依次通过截止阀Ⅱ16、节流阀12进入到蒸发器13中吸热,蒸发器13中非共沸工质出口连接到喷射器9中作为工作流体,非共沸工质经抽汽引射后进入喷射器9与抽汽混合,喷射器9非共沸混合工质出口与轴流透平7出口乏汽混合接至冷凝器10入口,冷凝器10采用水冷冷却方式,冷凝器10出口与储液罐11连接,完成非共沸工质循环。
其中低温过热器5中高沸点工质管道和低沸点工质管道为蛇形管道配合组成;喷射器9包括喷嘴、引射室、混合室和扩压段;系统供冷通过开闭截止阀Ⅰ15和截止阀Ⅱ16来实现。
本系统表现出优异的热力学性能和经济性能,获得的最大净输出功率和制冷量分别为28.51 kW和1.52 kW,系统热效率和㶲效率分别为17.69 %和33.31 %,耗费的单位产品总成本为89.59 $/MWh。当非共沸工质为R600/R1234ze工质对,质量分数为0.5:0.5,系统热效率最高,系统热效率、㶲效率及单位产品总成本分别为19.09%,27.81%与94.42$/MW。
与传统的非共沸混合工质闪蒸-喷射循环冷电联供系统的最大净输出功率和制冷量分别为17.04kW和1.23kW,系统热效率和㶲效率分别为15.22%和25.78%,本系统表现出更优异的热力学性能和经济性能。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种烟气余热驱动闪蒸补汽ORC-喷射复合循环冷电联供系统,其特征在于:包括过热器(1)、闪蒸加热器(2)、气液分离器(3)、高压泵(4)、低温过热器(5)、高压级蒸汽发生器(6)、轴流透平(7)、发电机(8)、喷射器(9)、冷凝器(10)、储液罐(11)、节流阀(12)、蒸发器(13)、低压泵(14)和截止阀;
储液罐(11)中储存非共沸工质,非共沸工质为R245fa/R1234yf或R600/R1234ze工质对,烟气依次经过过热器(1)、高压级蒸汽发生器(6)、低温过热器(5)放热后排放,储液罐(11)中非共沸工质出口一路通过低压泵(14)与闪蒸加热器(2)进口连接,闪蒸加热器(2)出口与气液分离器(3)连接,气液分离器(3)中高沸点工质出口经高压泵(4)增压后连接到低温过热器(5)中的高沸点工质管道低温吸热,气液分离器(3)中低沸点工质出口连接到低温过热器(5)中的低沸点工质管道低温吸热,低温过热器(5)中的高沸点工质管道出口依次连接压级蒸汽发生器(6)、过热器(1)吸热后进入到轴流透平(7)中,高沸点工质进入轴流透平(7)后做功带动发电机(8)发电,温过热器(5)中的低沸点工质管道出口接至轴流透平(7)低压段的补汽口,低沸点工质进入轴流透平(7)后与高沸点工质混合,混合后的工质做功带动发电机(8)发电;轴流透平(7)高压段抽汽经截止阀Ⅰ(15)接至喷射器(9)进口作为引射流体,储液罐(11)中非共沸工质出口另一路依次通过截止阀Ⅱ(16)、节流阀(12)进入到蒸发器(13)中吸热,蒸发器(13)中非共沸工质出口连接到喷射器(9)中作为工作流体,非共沸工质经抽汽引射后进入喷射器(9)与抽汽混合,喷射器(9)非共沸混合工质出口与轴流透平(7)出口乏汽混合接至冷凝器(10)入口,冷凝器(10)采用水冷冷却方式,冷凝器(10)出口与储液罐(11)连接,完成非共沸工质循环。
2.根据权利要求1所述的烟气余热驱动闪蒸补汽ORC-喷射复合循环冷电联供系统,其特征在于:所述低温过热器(5)中高沸点工质管道和低沸点工质管道为蛇形管道配合组成。
3.根据权利要求1所述的烟气余热驱动闪蒸补汽ORC-喷射复合循环冷电联供系统,其特征在于:所述喷射器(9)包括喷嘴、引射室、混合室和扩压段。
4.根据权利要求1所述的烟气余热驱动闪蒸补汽ORC-喷射复合循环冷电联供系统,其特征在于:系统供冷通过开闭截止阀Ⅰ(15)和截止阀Ⅱ(16)来实现。
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杨新乐,卜淑娟,戴文智,李惟慷,李奇: "有机朗肯循环-喷射式制冷功冷联产系统热力分析", 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 * |
杨新乐,卜淑娟,戴文智,李惟慷,李奇: "有机朗肯循环-喷射式制冷功冷联产系统热力分析", 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》, vol. 38, no. 3, 30 June 2019 (2019-06-30), pages 247 - 252 * |
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