多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要利用100~350℃的熱液或煙氣，采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)為朗肯循環(huán)的工作流體，通過至少兩級(jí)蒸發(fā)器，充分吸收并梯級(jí)利用熱液或煙氣的余熱，所產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入補(bǔ)汽式ORC透平膨脹做功，以拖動(dòng)發(fā)電機(jī)或其它設(shè)備旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明高效利用100~350℃范圍內(nèi)的中低溫?zé)嵋夯蛘邿煔鉄嵩矗c常規(guī)ORC循環(huán)相比，裝置凈輸出功率增加30%左右。
【專利說明】多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用10(T35(TC的中低溫?zé)煔饣驘嵋旱扔酂豳Y源回收的高效動(dòng)力裝置，具體的說涉及一種多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，屬于流體機(jī)械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)過程中，存在大量的10(T35(TC的中低溫液體或者煙氣的余熱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國工業(yè)用能中近60-65%的能源轉(zhuǎn)化為余熱資源，其中溫度低于350°C以下的中低溫余熱，約占余熱總量的60%。這些余熱主要以熱液和煙氣的狀態(tài)存在，屬于低品位熱源，目前只有極少數(shù)得到回收利用，大都直接排入大氣、河流，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
[0003]常規(guī)余熱回收是通過余熱鍋爐產(chǎn)生飽和或過熱水蒸汽，利用其在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。對(duì)于10(T35(TC的中低溫余熱，采用水蒸汽循環(huán)的熱功轉(zhuǎn)換效率低，投資成本高，經(jīng)濟(jì)效益較差。已有研究表明，有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)(ORC)是回收中低溫余熱的最有效途徑，它利用有機(jī)工質(zhì)的低沸點(diǎn)、高密度等特點(diǎn)，不僅能高效回收中低溫余熱，將其熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能，而且設(shè)備非常緊湊，便于在各種場(chǎng)合使用。然而，與水蒸汽動(dòng)力循環(huán)類似，ORC動(dòng)力循環(huán)的工質(zhì)壓力也受到節(jié)點(diǎn)溫差和蒸發(fā)溫度的限制；提高工質(zhì)壓力將減少工質(zhì)從煙氣或熱液的吸熱量，余熱回收率下降；而降低工質(zhì)壓力將導(dǎo)致工質(zhì)膨脹比減小，透平排汽溫度升高，被工質(zhì)吸收的余熱得不到充分利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的問題在于提供一種能夠克服蒸發(fā)溫度與熱回收率的矛盾，使中低溫余熱資源得到梯級(jí)利用，提高余熱動(dòng)力循環(huán)的效率的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要利用10(T35(TC的熱液或煙氣，采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)為朗肯循環(huán)的工作流體，通過至少兩級(jí)蒸發(fā)器，充分吸收并梯級(jí)利用熱液或煙氣的余熱，所產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入補(bǔ)汽式ORC透平膨脹做功，以拖動(dòng)發(fā)電機(jī)或其它設(shè)備旋轉(zhuǎn)。
[0006]以下是本發(fā)明對(duì)上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化:所述補(bǔ)汽式ORC透平為多級(jí)軸流式透平，有廣2個(gè)補(bǔ)汽口，使2?3種不同壓力的有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入同一套透平做功。
[0007]所述蒸發(fā)器包括分別與補(bǔ)汽式ORC透平的補(bǔ)汽口連通的高壓蒸發(fā)器和低壓蒸發(fā)器，所述高壓蒸發(fā)器還連通有高溫?zé)嵋夯驘煔馊肟诠苈?，低壓蒸發(fā)器還連通有第一低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈贰?br> [0008]所述高壓蒸發(fā)器還連通有高壓預(yù)熱器；低壓蒸發(fā)器還連通有低壓預(yù)熱器。
[0009]高壓預(yù)熱器與低壓預(yù)熱器之間分別通過入口管路和出口管路連通，在出口管路上安裝有高壓工質(zhì)泵。
[0010]入口管路位于低壓預(yù)熱器內(nèi)的末端的位置連通有第二低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈?。[0011]出口管路位于低壓預(yù)熱器內(nèi)的前端的位置與補(bǔ)汽式ORC透平通過排汽回?zé)崞鬟B通。
[0012]高壓蒸發(fā)器與低壓蒸發(fā)器之間還串聯(lián)有中壓蒸發(fā)器；中壓蒸發(fā)器的出口端與補(bǔ)汽式ORC透平的補(bǔ)汽口連通；高壓預(yù)熱器與低壓預(yù)熱器之間還連通有中壓預(yù)熱器；中壓預(yù)熱器的進(jìn)口端與高壓預(yù)熱器的進(jìn)口端通過管路連通，在該管路上安裝有中壓工質(zhì)泵。
[0013]排汽回?zé)崞鲀?nèi)設(shè)有換熱管，所述換熱管的出口與低壓預(yù)熱器內(nèi)的出口管路連通；排汽回?zé)崞髋c補(bǔ)汽式ORC透平連通。
[0014]排汽回?zé)崞鞯某隹诙送ㄟ^管路連通有凝汽器，凝汽器的出口端通過低壓工質(zhì)泵與排汽回?zé)崞鲀?nèi)的換熱管的進(jìn)口端連通。
[0015]本發(fā)明采用上述方案，其工作原理是:工質(zhì)泵將有機(jī)工質(zhì)液體加壓到各級(jí)蒸發(fā)器對(duì)應(yīng)的工作壓力，然后依次進(jìn)入預(yù)熱器和蒸發(fā)器，吸收熱液或者煙氣的余熱后由過冷液體工質(zhì)變成飽和或微過熱有機(jī)工質(zhì)蒸汽；其中，高壓蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入補(bǔ)汽式ORC透平的高壓缸，中壓和低壓有機(jī)工質(zhì)蒸汽通過補(bǔ)汽的方式分別注入補(bǔ)汽式ORC透平的中壓補(bǔ)汽口和低壓補(bǔ)汽口，在同一個(gè)透平內(nèi)做功并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其它設(shè)備旋轉(zhuǎn)；透平排汽進(jìn)入凝汽器，釋放余熱和汽化潛熱后變成液體工質(zhì)，完成一個(gè)循環(huán)。由于補(bǔ)汽式ORC透平的排汽大多為過熱態(tài)，可在透平排汽與凝汽器之間增加一套回?zé)崞鳎档屯钙较到y(tǒng)的冷端損失，并對(duì)有機(jī)工質(zhì)泵后的低溫液體進(jìn)行預(yù)熱，在一定條件下可取代低壓預(yù)熱器。
[0016]與常規(guī)ORC循環(huán)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1.高效利用10(T35(TC范圍內(nèi)的中低溫?zé)嵋夯蛘邿煔鉄嵩?，與常規(guī)ORC循環(huán)相比，裝置凈輸出功率增加30%左右。
[0017]2.常規(guī)ORC透平一般為1-3級(jí)，而本發(fā)明的ORC級(jí)數(shù)為2_5級(jí)。由于級(jí)數(shù)增加，相應(yīng)級(jí)焓降減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速與常規(guī)ORC透平相同時(shí)，徑向尺寸將大幅度減小，而級(jí)數(shù)的增加對(duì)透平軸向尺寸影響不大，因此ORC透平更加緊湊；另外，由于級(jí)焓降減小，如果相應(yīng)減小徑向尺寸，則ORC透平可以采用更低的轉(zhuǎn)速，如1500rpm或3000rpm，可去掉減速裝置與發(fā)電機(jī)直連，使機(jī)組壽命和系統(tǒng)可靠性都得到提高。
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中雙壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的示意圖； 附圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中三壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
[0020]圖中:1_補(bǔ)汽式ORC透平；2_發(fā)電機(jī)；3_排汽回?zé)崞鳎?_凝汽器；5_低壓工質(zhì)泵；
6-低壓預(yù)熱器；7_低壓蒸發(fā)器；8_高壓工質(zhì)泵；9_高壓預(yù)熱器；10_高壓蒸發(fā)器；11_高溫?zé)嵋夯驘煔馊肟诠苈罚?2-第一低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈罚?3-第二低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈罚?4_中壓預(yù)熱器；15_中壓蒸發(fā)器；16_中壓工質(zhì)泵。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1:如圖1所示，一種雙壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要利用10(T350°C的熱液或煙氣，采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)為朗肯循環(huán)的工作流體，通過兩級(jí)蒸發(fā)器，充分吸收并梯級(jí)利用熱液或煙氣的余熱，所產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入補(bǔ)汽式ORC透平I膨脹做功，以拖動(dòng)發(fā)電機(jī)2或其它設(shè)備旋轉(zhuǎn)。
[0022]所述補(bǔ)汽式ORC透平I為多級(jí)軸流式透平，有I個(gè)補(bǔ)汽口，使2種不同壓力的有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入同一套透平做功。
[0023]所述蒸發(fā)器包括分別與補(bǔ)汽式ORC透平I的補(bǔ)汽口連通的高壓蒸發(fā)器10和低壓蒸發(fā)器7，所述高壓蒸發(fā)器10還連通有高溫?zé)嵋夯驘煔馊肟诠苈?1，低壓蒸發(fā)器7還連通有第一低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈?2。
[0024]所述高壓蒸發(fā)器10還連通有高壓預(yù)熱器9 ;低壓蒸發(fā)器7還連通有低壓預(yù)熱器6。
[0025]高壓預(yù)熱器9與低壓預(yù)熱器6之間分別通過入口管路和出口管路連通，在出口管路上安裝有高壓工質(zhì)泵8。
[0026]入口管路位于低壓預(yù)熱器6內(nèi)的末端的位置連通有第二低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈?3。
[0027]出口管路位于低壓預(yù)熱器6內(nèi)的前端的位置與補(bǔ)汽式ORC透平I通過排汽回?zé)崞?連通。
[0028]排汽回?zé)崞?內(nèi)設(shè)有換熱管，所述換熱管的出口與低壓預(yù)熱器6內(nèi)的出口管路連通；排汽回?zé)崞?與補(bǔ)汽式ORC透平I連通。
[0029]排汽回?zé)崞?的出口端通過管路連通有凝汽器4，凝汽器4的出口端通過低壓工質(zhì)泵5與排汽回?zé)崞?內(nèi)的換熱管的進(jìn)口端連通。
[0030]本發(fā)明采用上述方案，具有兩個(gè)回路。
[0031]其一為有機(jī)工質(zhì)回路:補(bǔ)汽式ORC透平I的排汽的首先進(jìn)入排汽回?zé)崞?，與來自低壓工質(zhì)泵5的有機(jī)工質(zhì)液體進(jìn)行熱交換，降溫后進(jìn)入凝汽器4凝結(jié)為液體。
[0032]液態(tài)有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過低壓工質(zhì)泵5加壓后，依次進(jìn)入排汽回?zé)崞?和低壓預(yù)熱器6進(jìn)行預(yù)熱，一部分預(yù)熱后的有機(jī)工質(zhì)液體進(jìn)入低壓蒸發(fā)器7，變?yōu)榈蛪赫羝ㄟ^補(bǔ)汽方式進(jìn)入ORC透平I，其余則經(jīng)過高壓工質(zhì)泵8進(jìn)一步加壓后，進(jìn)入高壓預(yù)熱器9再次預(yù)熱，然后在高壓蒸發(fā)器9內(nèi)吸收煙氣或熱液的余熱后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏赫羝?，?jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入補(bǔ)汽式ORC透平I。有機(jī)工質(zhì)蒸汽在ORC透平I內(nèi)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)2發(fā)電。
[0033]其二為熱液或煙氣回路:來自高溫?zé)嵋夯驘煔馊肟诠苈?1的工業(yè)余熱(熱液或者煙氣)首先進(jìn)入高壓蒸發(fā)器10與有機(jī)工質(zhì)換熱產(chǎn)生高壓蒸汽，然后分為兩路:一路進(jìn)入低壓蒸發(fā)器7，與有機(jī)工質(zhì)換熱產(chǎn)生低壓蒸汽，乏汽或乏液經(jīng)第一低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈?br> 12排出，另一路依次進(jìn)入高壓預(yù)熱器9和低壓預(yù)熱器9，乏汽或乏液經(jīng)第二低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈?3排出。
[0034]實(shí)施例2:如圖2所示，在上述實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，高壓蒸發(fā)器10與低壓蒸發(fā)器7之間還串聯(lián)有中壓蒸發(fā)器15 ;中壓蒸發(fā)器15的出口端與補(bǔ)汽式ORC透平I的補(bǔ)汽口連通；高壓預(yù)熱器9與低壓預(yù)熱器6之間還連通有中壓預(yù)熱器14 ;中壓預(yù)熱器14的進(jìn)口端與高壓預(yù)熱器9的進(jìn)口端通過管路連通，在該管路上安裝有中壓工質(zhì)泵16。
[0035]與實(shí)施例1的雙壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)相比，增加了中壓預(yù)熱器14、中壓蒸發(fā)器15和中壓工質(zhì)泵16，并采用三壓二補(bǔ)汽式工質(zhì)透平。所述補(bǔ)汽式ORC透平I為多級(jí)軸流式透平，有2個(gè)補(bǔ)汽口，使3種不同壓力的有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入同一套透平做功。其有機(jī)工質(zhì)回路和熱液或煙氣回路都與實(shí)施例一相似，此處不再贅述。
[0036]上述詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非限制本發(fā)明的專利范圍，本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于用雙壓或三壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)代替單壓低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)，凡未脫離本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)所為的等效實(shí)施或者變更，均應(yīng)包含在專利范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)主要利用100-350°C的熱液或煙氣，采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)為朗肯循環(huán)的工作流體，通過至少兩級(jí)蒸發(fā)器，充分吸收并梯級(jí)利用熱液或煙氣的余熱，所產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入補(bǔ)汽式ORC透平(I)膨脹做功，以拖動(dòng)發(fā)電機(jī)(2)或其它設(shè)備旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述補(bǔ)汽式ORC透平(I)為多級(jí)軸流式透平，有f 2個(gè)補(bǔ)汽口，使2~3種不同壓力的有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入同一套透平做功。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述蒸發(fā)器包括分別與補(bǔ)汽式ORC透平(I)的補(bǔ)汽口連通的高壓蒸發(fā)器(10)和低壓蒸發(fā)器(7 )，所述高壓蒸發(fā)器(10 )還連通有高溫?zé)嵋夯驘煔馊肟诠苈?11)，低壓蒸發(fā)器(7 )還連通有第一低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈?12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述高壓蒸發(fā)器(10)還連通有高壓預(yù)熱器(9);低壓蒸發(fā)器(7)還連通有低壓預(yù)熱器(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:高壓預(yù)熱器(9)與低壓預(yù)熱器(6)之間分別通過入口管路和出口管路連通，在出口管路上安裝有高壓工質(zhì)泵(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于: 入口管路位于低壓預(yù)熱器(6)內(nèi)的末端的位置連通有第二低溫?zé)嵋夯驘煔獬隹诠苈?13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于--出口管路位于低壓預(yù)熱器(6)內(nèi)的前端的位置與補(bǔ)汽式ORC透平(I)通過排汽回?zé)崞?3)連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:高壓蒸發(fā)器(10)與低壓蒸發(fā)器(7)之間還串聯(lián)有中壓蒸發(fā)器(15);中壓蒸發(fā)器(15)的出口端與補(bǔ)汽式ORC透平(I)的補(bǔ)汽口連通；高壓預(yù)熱器(9)與低壓預(yù)熱器(6)之間還連通有中壓預(yù)熱器(14);中壓預(yù)熱器(14)的進(jìn)口端與高壓預(yù)熱器(9)的進(jìn)口端通過管路連通，在該管路上安裝有中壓工質(zhì)泵(16)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:排汽回?zé)崞?3 )內(nèi)設(shè)有換熱管，所述換熱管的出口與低壓預(yù)熱器(6 )內(nèi)的出口管路連通；排汽回?zé)崞?3 )與補(bǔ)汽式ORC透平(I)連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多壓補(bǔ)汽式低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:排汽回?zé)崞?3)的出口端通過管路連通有凝汽器(4)，凝汽器(4)的出口端通過低壓工質(zhì)泵(5)與排汽回?zé)崞?3)內(nèi)的換熱管的進(jìn)口端連通。
【文檔編號(hào)】F01K25/10GK103758595SQ201410056066
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】李春國, 陳有濱, 賈華正, 李明芹 申請(qǐng)人:山東青能動(dòng)力股份有限公司