CN209875221U - 采用喷射泵和分离器提高中低温热源发电能力的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用喷射泵和分离器提高中低温热源发电能力的系统，在常规有机朗肯循环基础上，将膨胀机与冷凝器之间串接一个喷射泵，和上游蒸发器之前串接一个分离器和下游蒸发器。上游蒸发器与下游蒸发器的热源串接。分离器工质的液相与上游蒸发器、膨胀机、喷射泵、冷凝器、工质泵、下游蒸发器串接构成主循环回路。分离器工质的气相与下游蒸发器、喷射泵、冷凝器、工质泵串接构成辅循环回路。本实用新型使膨胀机背压降低，工作压差增大，做功能力增强。另外，采用分离器可以调节非共沸工质的组分浓度，分别达到增大上游蒸发器工质的温度滑移以增强工质与热源的传热匹配性，和降低冷凝器的工质温度滑移以降低冷凝温度。

Description

采用喷射泵和分离器提高中低温热源发电能力的系统

技术领域

本实用新型属于中低温热源发电，具体涉及一种在常规有机朗肯循环系统的基础上增设喷射泵和分离器来增加做功能力的发电系统。

背景技术

随着传统能源的开采日益紧张，人们对自然资源的利用以及传统能源对环境造成的污染上的认知逐渐提高，将太阳能、风能、水能以及低温余热等这类低品位能源用于发电的系统逐渐兴起。低品位能源既能保证输出电能的总量，又可以通过将余热进行回收从而减少对环境污染，同时提高能源利用率。但是由于低品位能源与环境温度之间的温差较小，如将这种系统用于蒸汽膨胀发电，则循环工质的压差不能满足系统运行的需要，从而蒸汽推动膨胀机做功能力低。据此本实用新型提出在目前的发电系统基础上增设喷射泵和分离器，采用喷射泵增大膨胀机工作前后的压差，采用分离器可以调节非共沸工质的组分浓度，分别达到增大上游蒸发器工质的温度滑移以增强工质与热源的传热匹配性，和降低冷凝器的工质温度滑移以降低冷凝温度。

实用新型内容

本实用新型的是在常规发电系统基础上，提出一种增设喷射泵和分离器来提高中低温热源发电能力的系统，其热源的工作温差增大，传热过程的匹配性增加，提高中低温热源的能量利用率。

为实现上述目的，本实用新型主要部件包括上游蒸发器、膨胀机、发电机、喷射泵、冷凝器、工质泵、下游蒸发器、分离器。为增大膨胀机工作前后的压差，在常规有机朗肯循环基础上，将膨胀机与冷凝器之间串接一个喷射泵，和上游蒸发器之前再串接一个分离器和下游蒸发器。上游蒸发器与下游蒸发器的热源串接。系统的工作流程为：分离器工质的液相与上游蒸发器、膨胀机、喷射泵、冷凝器、工质泵、下游蒸发器串接构成主回路循环。分离器工质的气相与下游蒸发器、喷射泵、冷凝器、工质泵串接构成辅回路循环。如喷射泵的出口温度较高，可采用回热器加以利用，如图1中虚线所示。

本实用新型使膨胀机背压降低，工作压差增大，做功能力增强。另外，采用分离器可以调节非共沸工质的组分浓度，分别达到增大上游蒸发器工质的温度滑移以增强工质与热源的传热匹配性，和降低冷凝器的工质温度滑移以降低冷凝温度。发电机由膨胀机带动发电。冷凝器出口的饱和液态工质经由工质泵加压到蒸发压力、流经下游蒸发器后加热到气液混合状态，再通过分离器将气体与液体进行分离，其中饱和液体工质部分被送入上游蒸发器加热到饱和气体，推动膨胀机-发电机做功完成发电过程。膨胀后的排气作为被引射蒸汽进入喷射泵吸入口。分离器中被分离的饱和气体部分作为喷射泵的工作气体，与膨胀后的排气在喷射泵内混合、扩压后排出，然后进入冷凝器进行冷却，再经工质泵加压流经下游蒸发器、分离器。当该装置使用如氨水等，在两相区换热过程中具有较大温度滑移的工质、或干工质时，喷射泵排气温度较高，可采取附图虚线所示，在泵后增加回热管路进行回热。

采取回热过程：当工质被加压到蒸发压力，再流经回热器被加热，当采用的工质和工作状态不同，回热器出口工质的温度和状态不同。回热过程可增加热的利用率。系统设置喷射泵，使膨胀后排气压力降低，膨胀机工作前后压差增大，做功能力增强；另外，采用分离器可以调节非共沸工质的组分浓度，分别达到增大上游蒸发器工质的温度滑移以增强工质与热源的传热匹配性，和降低冷凝器的工质温度滑移以降低冷凝温度。

本实用新型的有益效果是：增设喷射泵后，本实用新型比常规发电系统降低了膨胀机的背压，做功能力增强；其次采用分离器，使非共沸工质组分浓度改变，上游蒸发器内工质侧温度滑移增大，下游蒸发器内工质侧质量流量增加，使上游蒸发器、下游蒸发器与冷凝器中传热匹配性增强，提高了传热匹配性和提高热源/冷源的能量利用率。

附图说明

图1为本实用新型系统示意图。

附图说明：1-上游蒸发器，2-膨胀机，3-喷射泵，4-冷凝器，5-工质泵，6-回热器，7-发电机，8-下游蒸发器，9-分离器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，采用喷射泵和分离器提高中低温热源发电能力的系统，具有上游蒸发器1、膨胀机2、发电机7、喷射泵3、冷凝器4、工质泵5、下游蒸发器8、分离器9。参照附图1，上游蒸发器1与下游蒸发器8的热源串接。系统的工作流程为：分离器9工质的液相与上游蒸发器1、膨胀机2、喷射泵3、冷凝器4、工质泵5、下游蒸发器8串接构成主回路循环。分离器9工质的气相与下游蒸发器8、喷射泵3、冷凝器4、工质泵5串接构成辅回路循环。如喷射泵3的出口温度较高，可采用回热器6加以利用，如虚线所示。膨胀机2与发电机7同轴连接。

以下是两种发电系统的对比。方案一：本实用新型系统；方案二：纯工质R245fa的常规有机朗肯循环。

本实用新型系统选取二元非共沸混合工质为例。热源以120℃的热水为代表，质量流量为1kg/s；冷却水进口温度25℃，冷却水出口温度30℃。方案一的非共沸混合工质为R32(二氟甲烷)和R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)按照0.85:0.15的质量比例混合。方案二为纯工质R245fa常规有机朗肯循环，两方案的热源/冷源条件相同。

方案一：本实用新型系统

1.冷凝器出口的工质为30℃的饱和液态混合工质，混合工质中的R32的质量分数为0.85由工质泵加压到蒸发压力5.364MP，再通过下游蒸发器吸热，工质被加热到81.08℃，为气液混合状态。

2.气液混合状态经分离器等温，等压分离为两部分，第一部分为饱和液态混合工质，其中R32的质量分数为0.81；另一部分为饱和气态混合工质,其中R32的质量分数为0.87。两部分的质量比约为1:2。

3.饱和液态混合工质经上游蒸发器加热至饱和气态，温度为84.43℃，压力为5.364MP。再通过膨胀机等熵膨胀并带动发电机发电。等熵膨胀后与饱和气态混合工质在喷射泵内混合、扩压后排出，该状态温度为35℃，压力为1.856MP。

4.喷射泵出口混合工质，进入冷凝器冷却为饱和液体，工作温度35℃，工作压力1.856MP。冷凝器出口的饱和液体由工质泵送至下游蒸发器，再由分离器送至上游蒸发器。如此完成一个循环。

得到：本实用新型系统比常规有机朗肯循环的做功能力提高了38.6％。

Claims (2)

1.采用喷射泵和分离器提高中低温热源发电能力的系统，在常规有机朗肯循环基础上，其特征在于，将膨胀机与冷凝器之间串接一个喷射泵，在上游蒸发器之前再串接一个分离器和下游蒸发器，上游蒸发器与下游蒸发器的热源串接；

由分离器工质的液相出口与上游蒸发器、膨胀机、喷射泵、冷凝器、工质泵、下游蒸发器串接构成主回路循环；

由分离器工质的气相出口与喷射泵、冷凝器、工质泵、下游蒸发器串接构成辅回路循环。

2.根据权利要求1所述的采用喷射泵和分离器提高中低温热源发电能力的系统，其特征在于，喷射泵的出口温度较高，采用回热器，在泵后增加回热管路进行回热。