CN215057625U - 一种复叠式非共沸orc系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及余热处理技术领域，尤其是指一种复叠式非共沸ORC系统，其包括主回路、辅回路以及将工质分为高沸点混合工质和低沸点混合工质的分液冷凝器：所述主回路包括顺序连接的工质泵、蒸发器、第一膨胀机以及气液喷射器，所述蒸发器连接有热源回路，所述第一膨胀机连接有第一发电机；所述辅回路包括相互连接的气液喷射器以及第二膨胀机，所述第二膨胀机连接有第二发电机，所述第二膨胀机与分液冷凝器连接，所述分液冷凝器连接有冷源回路；高沸点混合工质与低沸点混合工质在气液喷射器中混合。本实用新型将高温高压气态工质进行梯级发电，且在不增加系统功耗和成本下，增强ORC系统对热源波动的适应性。

Description

一种复叠式非共沸ORC系统

技术领域

本实用新型涉及余热处理技术领域，尤其是指一种复叠式非共沸ORC系统。

背景技术

能源是人类赖以生存的物质基础，但随着社会的快速发展，能源需求日益剧增，导致了严重的能源短缺和环境污染问题。有效开发可再生能源和回收中低温热源，能够有效地解决能源危机和环境污染。而有机朗肯循环(Organic Rankine cycle简称ORC)被认为是回收中低温能源最具有潜力的热电转化技术之一，它能够有效地回收太阳能、地热能、工业余热等。

目前，ORC系统研究主要集中于单级ORC系统，研究的热源温度往往在150℃以下，而在工业领域，所产生的余热热源温度往往较高，使用单级ORC进行余热回收的话，会造成两大问题：(一)由于冷源和热源温度差过大，单级ORC循环在运行的时候难以适应较大范围的循环运行温度差，致使循环运行性能不理想，最终导致余热不能很好的回收利用；(二)由于较大的温度差，会造成膨胀机的膨胀比过大，从而增加膨胀机的制造成本和复杂度，这会显著降低ORC系统经济性能。常采用复叠式非共沸ORC系统来扩大运行范围区间，但传统的复叠式非共沸ORC系统需要额外增加换热器，在运行过程中，其组分保持固定不变、而热源的温度往往处于波动状态，其蒸发端的冷热源温度曲线匹配改善有限。

发明内容

本实用新型针对现有技术的问题提供一种复叠式非共沸ORC系统，将高温高压气态工质进行梯级发电，且在不增加系统功耗和成本下，增强ORC系统对热源波动的适应性。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供的一种复叠式非共沸ORC系统，包括主回路、辅回路以及将工质分为高沸点混合工质和低沸点混合工质的分液冷凝器：

所述主回路包括顺序连接的工质泵、蒸发器、第一膨胀机以及气液喷射器，所述分液冷凝器设有与工质泵连接的高沸点混合工质出口，所述蒸发器连接有热源回路，所述第一膨胀机连接有第一发电机；所述辅回路包括相互连接的气液喷射器以及第二膨胀机，所述分液冷凝器设有与气液喷射器连接的低沸点混合工质出口，所述第二膨胀机连接有第二发电机，所述第二膨胀机与分液冷凝器连接，所述分液冷凝器连接有冷源回路；高沸点混合工质与低沸点混合工质在气液喷射器中混合。

其中，高沸点混合工质与低沸点混合工质在气液喷射器中混合得到由两种或两种以上的纯工质组成的非共沸混合工质。

其中，高沸点混合工质在主回路中循环，低沸点混合工质在辅回路中循环。

其中，所述主回路与辅回路之间连接有连通回路。

其中，所述连通回路连接于高沸点混合工质出口与气液喷射器的第二入口之间。

其中，所述连通回路包括流量阀和混合器，所述流量阀与混合器连接。

其中，所述流量阀为控制辅回路内低沸点混合工质向主回路流动的单向阀。

其中，所述气液喷射器设有用于接入气态高沸点混合工质的第一入口、用于接入液态低沸点混合工质的第二入口、用于气态高沸点混合工质与液态低沸点混合工质混合升压得到气态混合工质的混合室以及将气态混合工质导出至第二膨胀机的出口。

其中，所述分液冷凝器设有与工质泵连接的第一出口、与第二入口连接的第二出口以及与第二膨胀机连接的入口。

其中，所述热源回路的热源来源于太阳能余热、地热能余热、工业余热或两种以上余热的组合余热。

本实用新型的有益效果：

本实用新型从主回路第一膨胀机出来的气体与低沸点混合工质在气液喷射器内混合，利用主回路气体工质的余热，在气液喷射器中完成升压和气化，无需额外的功耗与及换热设备，有效地提高系统的热经济性能；本实用新型在主回路和辅回路间设有连通回路，调节主回路中工质的组分和流量，能够有效地改善蒸发端的传热匹配性能。

附图说明

图1为本实用新型的一种复叠式非共沸ORC系统的结构示意图。

在图1中的附图标记包括：

1-分液冷凝器；2-工质泵；3-蒸发器；4-第一膨胀机；5-气液喷射器；6-热源回路；7-第一发电机；8-第二膨胀机；9-第二发电机；10-冷源回路；11-流量阀；12-混合器。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。

一种复叠式非共沸ORC系统，如图1所示，包括主回路、辅回路以及将工质分为高沸点混合工质和低沸点混合工质的分液冷凝器1：

主回路包括顺序连接的工质泵2、蒸发器3、第一膨胀机4以及气液喷射器5，分液冷凝器1设有与工质泵2连接的高沸点混合工质出口，蒸发器3连接有热源回路6，第一膨胀机4连接有第一发电机7，第一膨胀机4为高压膨胀机；

辅回路包括连接设置的气液喷射器5以及第二膨胀机8，分液冷凝器1设有与气液喷射器5连接的低沸点混合工质出口，第二膨胀机8连接有第二发电机9，第二膨胀机8与分液冷凝器1连接，分液冷凝器1连接有冷源回路10，第二膨胀机8为低压膨胀机；

高沸点混合工质与低沸点混合工质在气液喷射器5中混合。

其中，气液喷射器5设有用于接入气态高沸点混合工质的第一入口、用于接入液态低沸点混合工质的第二入口、用于气态高沸点混合工质与液态低沸点混合工质混合升压得到气态混合工质的混合室以及将气态混合工质导出至第二膨胀机8的出口。

分液冷凝器1设有与工质泵2连接的第一出口、与第二入口连接的第二出口以及与第二膨胀机8连接的入口。

本实施例中的分液冷凝器1可采用市售两级分液冷凝器，兼具冷凝和分液的功能，可将一种混合物根据混合物中各纯物质的沸点分液冷凝为两种工质，统称为高沸点混合工质和低沸点混合工质，可显著地提高冷凝器传热系数，降低换热器面积，降低系统的成本。其中，高沸点混合工质中各种纯物质的沸点区间、低沸点混合工质中各种纯物质的沸点区间，可根据热源温度进行选取，分液冷凝器1也可根据高沸点混合工质中各种纯物质的沸点区间、低沸点混合工质中各种纯物质的沸点区间进行相应选择、设置与调整。

本实施例在实施过程中：

主回路中，高沸点混合工质在工质泵2的加压下被输送进蒸发器3中，在蒸发器3中吸热并蒸发成高温高压蒸气，高温高压蒸气推动第一膨胀机4对外做功，带动第一发电机7发电；从第一膨胀机4出来的气体仍然具有较高温度，可与辅回路中的低沸点混合工质结合并做进一步的利用；

辅回路中，低沸点混合工质与主回路的高沸点混合工质在气液喷射器5中混合，并在气液喷射器5中升压和气化，混合后的气体推动第二膨胀机8继续做功，进而带动第二发电机9发电；辅回路中工质压力的提升，是由于主回路中的工质具有较高的过热度，气液接触后，发生能量转换，使工质压力得到提升，这个过程不产生额外的功耗，能够降低泵功，提高ORC系统的净输出功；

在分液冷凝器1中，工质蒸发分液为高沸点混合工质和低沸点混合工质，利用分液冷凝器1调节主回路中的运行组分，不仅能够增强蒸发端的传热匹配过程，还能够有效降低冷凝器的成本；同时，在不产生额外功耗和成本的情况下，将高温蒸气进行梯级利用、可提高第一膨胀机4和第二膨胀机8的输出功，从而提高余热回收效率；

在气液喷射器5中，利用气液喷射器5的升压特性给液体加压，并直接利用主回路的气体工质进行液气转化，无需额外的功耗及换热设备，有效提高ORC系统的热经济性能。

其中，高沸点混合工质与低沸点混合工质在气液喷射器5中混合得到由两种或两种以上的纯工质组成的非共沸混合工质。高沸点混合工质与低沸点混合工质中各种纯物质的沸点各不相同，不能发生共沸，以便于混合工质的分液和分离，实现高温蒸气的梯级利用。

高沸点混合工质在主回路中循环，低沸点混合工质在辅回路中循环。分液冷凝器1中，工质蒸发分液为高沸点混合工质和低沸点混合工质，高沸点混合工质与低沸点混合工质分别在主回路与辅回路中循环，又汇合在气液喷射器5中。

本实施例中，主回路与辅回路之间连接有连通回路。连通回路连接于高沸点混合工质出口与气液喷射器5的第二入口之间，连通回路包括流量阀11和混合器12，流量阀11与混合器12连接。其中，流量阀11为控制辅回路内低沸点混合工质向主回路流动的单向阀。如此，辅回路中的工质可通过连通回路进入主回路中，调节主回路工质的组分和流量，提高主回路对蒸发端的热源波动的适应性、提高蒸发端的温度匹配性能。但需要说明的是，本实施例的流量阀11不限于单向阀，在一些应用场合，也可将主回路中的工质通过连通回路进入到辅回路中以调整辅回路中工质的组分和流量，提高辅回路对冷凝端冷源波动的适应性。

热源回路6的热源来源于太阳能余热、地热能余热、工业余热或两种以上余热的组合余热。本实施例的热源来源并不限于上述列举的热源，其他需要进行余热回收的热源也可应用于本实施例中。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：包括主回路、辅回路以及将工质分为高沸点混合工质和低沸点混合工质的分液冷凝器：所述主回路包括顺序连接的工质泵、蒸发器、第一膨胀机以及气液喷射器，所述分液冷凝器设有与工质泵连接的高沸点混合工质出口，所述蒸发器连接有热源回路，所述第一膨胀机连接有第一发电机；

所述辅回路包括相互连接的气液喷射器以及第二膨胀机，所述分液冷凝器设有与气液喷射器连接的低沸点混合工质出口，所述第二膨胀机连接有第二发电机，所述第二膨胀机与分液冷凝器连接，所述分液冷凝器连接有冷源回路；高沸点混合工质与低沸点混合工质在气液喷射器中混合。

2.根据权利要求1所述的一种复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：高沸点混合工质与低沸点混合工质在气液喷射器中混合得到由两种或两种以上的纯工质组成的非共沸混合工质。

3.根据权利要求1所述的一种复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：高沸点混合工质在主回路中循环，低沸点混合工质在辅回路中循环。

4.根据权利要求1所述的一种复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：所述主回路与辅回路之间连接有连通回路。

5.根据权利要求4所述的一种复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：所述连通回路连接于高沸点混合工质出口与气液喷射器的第二入口之间。

6.根据权利要求5所述的一种复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：所述连通回路包括流量阀和混合器，所述流量阀与混合器连接。

7.根据权利要求6所述的一种复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：所述流量阀为控制辅回路内低沸点混合工质向主回路流动的单向阀。

8.根据权利要求1至7任一项所述的复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：所述气液喷射器设有用于接入气态高沸点混合工质的第一入口、用于接入液态低沸点混合工质的第二入口、用于气态高沸点混合工质与液态低沸点混合工质混合升压得到气态混合工质的混合室以及将气态混合工质导出至第二膨胀机的出口。

9.根据权利要求8所述的一种复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：所述分液冷凝器设有与工质泵连接的第一出口、与第二入口连接的第二出口以及与第二膨胀机连接的入口。

10.根据权利要求1所述的一种复叠式非共沸ORC系统，其特征在于：所述热源回路的热源来源于太阳能余热、地热能余热、工业余热或两种以上余热的组合余热。

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