本發(fā)明涉及有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種組分變化及多壓蒸發(fā)的非共沸有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

有機(jī)朗肯循環(huán)(orc)是利用太陽(yáng)能、地?zé)?、工業(yè)余熱等低溫位可再生能源和中低溫余熱進(jìn)行發(fā)電的非常有前景的技術(shù)之一，然而由于溫位低的特點(diǎn)，相比傳統(tǒng)高溫?zé)嵩窗l(fā)電系統(tǒng)，投資成本較高和發(fā)電效率較低，成為其當(dāng)前大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙。蒸發(fā)器、冷凝器、泵、膨脹機(jī)是有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的核心設(shè)備，在這些核心設(shè)備中，換熱器損和投資成本占絕大部分。造成這樣問(wèn)題的原因是由于傳統(tǒng)純工質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)相變過(guò)程的等溫特性，工質(zhì)相變熱力過(guò)程線與冷熱源熱力過(guò)程線匹配較差，造成有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)換熱環(huán)節(jié)損失大，系統(tǒng)效率低。另一方面，熱源的溫度容易產(chǎn)生波動(dòng)，純工質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)雖然可以通過(guò)調(diào)整流量以適應(yīng)熱源參數(shù)變化，但是其受限于換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，變工況調(diào)節(jié)柔性差。

非共沸混合工質(zhì)在蒸發(fā)和冷凝過(guò)程中由于存在溫度滑移的現(xiàn)象，能夠很好的與熱源和冷源進(jìn)行匹配，可有效的降低系統(tǒng)的不可逆損失，提高了系統(tǒng)的熱效率。與純工質(zhì)相比，雖然改善了工質(zhì)與冷熱源匹配，但是不可逆損失依然很大，尤其是蒸發(fā)過(guò)程，而傳統(tǒng)單壓循環(huán)改善潛力有限。而采用非共沸工質(zhì)多壓蒸發(fā)可以進(jìn)一步改善工質(zhì)與冷熱源熱匹配曲線，進(jìn)一步降低換熱過(guò)程不可逆損失。同時(shí)由于熱源的多樣性，釋熱曲線隨熱源種類(lèi)、溫位而異，如不同蒸發(fā)等級(jí)非共沸工質(zhì)的組分和流量可調(diào)，則可以進(jìn)一步改善換熱過(guò)程匹配性能，降低換熱過(guò)程不可逆損失。另外，還可以通過(guò)組分和流量調(diào)控實(shí)現(xiàn)循環(huán)的變工況調(diào)節(jié)，提升全年平均運(yùn)行性能。而常規(guī)改變非共沸組分的方法是在系統(tǒng)上增加一個(gè)額外的蒸餾系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，投資增加，而通過(guò)分液冷凝器的氣液分離功能可以獲得不同組分的非共沸工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)組分和流量的調(diào)控，而組分的調(diào)控能為多壓蒸發(fā)提供了不同組分和流量的非共沸工質(zhì)，以保證多壓蒸發(fā)的效果。本發(fā)明提出一種通過(guò)分液冷凝改變工質(zhì)組分并進(jìn)行多壓蒸發(fā)的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，旨在解決工質(zhì)與冷熱源之間不能很好地匹配而導(dǎo)致損失大的問(wèn)題，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種組分變化及多壓蒸發(fā)的非共沸有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，用于解決有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)與冷熱源之間不能很好地匹配而導(dǎo)致損失大的問(wèn)題，能夠更好的提高工業(yè)余熱，太陽(yáng)能和地?zé)崮艿戎械蜏乜稍偕茉吹睦寐省?/p>

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)，包括：

低壓蒸發(fā)器、高壓蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、分液冷凝器、低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐、高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐；

所述低壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)入口通過(guò)所述低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐與所述分液冷凝器連接，所述高壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)入口通過(guò)所述高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐與所述分液冷凝器連接，所述低壓蒸發(fā)器的廢熱源入口與所述高壓蒸發(fā)器的廢熱源出口連接；

所述低壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)出口與所述膨脹機(jī)連接，所述高壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)出口與所述膨脹機(jī)連接，所述膨脹機(jī)與所述分液冷凝器連接，所述膨脹機(jī)還連接有發(fā)電機(jī)。

優(yōu)選地，還包括：低壓泵和高壓泵；

所述低壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)入口與所述低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐之間還連接有低壓泵；

所述高壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)入口與所述高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐之間還連接有高壓泵。

優(yōu)選地，所述分液冷凝器包括乏汽進(jìn)口管、第一聯(lián)箱、換熱管、第二聯(lián)箱；

所述乏汽進(jìn)口管設(shè)置于所述分液冷凝器的上端，所述第一聯(lián)箱和所述第二聯(lián)箱分別設(shè)置于所述換熱管的兩側(cè)。

優(yōu)選地，所述第一聯(lián)箱還設(shè)置有水平放置的盲板。

優(yōu)選地，所述第一聯(lián)箱和所述第二聯(lián)箱還設(shè)置有分液漏板。

優(yōu)選地，所述分液冷凝器還設(shè)置有閥門(mén)，用于調(diào)控混合工質(zhì)的組分及對(duì)冷凝液進(jìn)行降壓。

優(yōu)選地，所述分液漏板下還設(shè)置有傾斜盲板，所述傾斜盲板水平傾斜的角度為15°～60°。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)，包括：低壓蒸發(fā)器、高壓蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、分液冷凝器、低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐、高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐；低壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)入口通過(guò)低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐與分液冷凝器連接，高壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)入口通過(guò)高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐與分液冷凝器連接，低壓蒸發(fā)器的廢熱源入口與高壓蒸發(fā)器的廢熱源出口連接；低壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)出口與膨脹機(jī)連接，高壓蒸發(fā)器的混合工質(zhì)出口與膨脹機(jī)連接，膨脹機(jī)與分液冷凝器連接，膨脹機(jī)還連接有發(fā)電機(jī)，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)利用分液冷凝器來(lái)改變系統(tǒng)中工質(zhì)的運(yùn)行組分，經(jīng)過(guò)分離后的混合工質(zhì)進(jìn)入不同的蒸發(fā)器蒸發(fā)，從而降低溫差傳熱，提高系統(tǒng)的熱效率，同時(shí)，利用分液冷凝器對(duì)汽液相進(jìn)行分離，及時(shí)的把液體排出來(lái)，改變了冷凝過(guò)程中的工質(zhì)組分，這樣的循環(huán)能有效的解決工質(zhì)與冷熱源之間不能很好地匹配而導(dǎo)致損失大的問(wèn)題，提高系統(tǒng)的性能。同時(shí)本發(fā)明利用旁路管道和冷凝器與泵前的壓差較大的特點(diǎn)，導(dǎo)出冷凝液，避免了傳統(tǒng)分液難的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的分液冷凝器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的導(dǎo)出液節(jié)點(diǎn)處的局部放大示意圖；

圖示說(shuō)明，a：廢熱源進(jìn)口，b：高壓蒸發(fā)器的廢熱源出口，c：廢熱源入口，d：低壓蒸發(fā)器的廢熱源出口，1：高壓蒸發(fā)器混合工質(zhì)入口，2：高壓蒸發(fā)器混合工質(zhì)出口，3：高沸點(diǎn)混合工質(zhì)膨脹機(jī)入口，4：初始組分的乏汽，5：高沸點(diǎn)混合工質(zhì)冷凝液，6：低沸點(diǎn)混合工質(zhì)冷凝液，7：低壓蒸發(fā)器混合工質(zhì)入口，8：低壓蒸發(fā)器混合工質(zhì)出口，9：低沸點(diǎn)混合工質(zhì)膨脹機(jī)入口，?。旱蛪赫舭l(fā)器，ⅱ：高壓蒸發(fā)器，ⅲ：膨脹機(jī)，ⅳ：發(fā)電機(jī)，ⅵ：分液冷凝器，ⅶ：低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐，ⅷ：高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐，ⅸ：高壓泵，ⅹ：低壓泵，21：盲板，22：乏汽進(jìn)口管，23：第一聯(lián)箱，24：換熱管，25：第二聯(lián)箱，26：分液漏板。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)，解決了工質(zhì)與冷熱源之間不能很好地匹配而導(dǎo)致損失大的問(wèn)題，使其能夠更好的提高工業(yè)余熱，太陽(yáng)能和地?zé)崮艿戎械蜏乜稍偕茉吹睦寐省?/p>

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)，包括：

低壓蒸發(fā)器ⅰ、高壓蒸發(fā)器ⅱ、膨脹機(jī)ⅲ、發(fā)電機(jī)ⅳ、分液冷凝器ⅵ、低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅶ、高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅷ；

低壓蒸發(fā)器ⅰ的混合工質(zhì)入口通過(guò)低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅶ與分液冷凝器ⅵ連接，高壓蒸發(fā)器ⅱ的混合工質(zhì)入口通過(guò)高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅷ與分液冷凝器ⅵ連接，低壓蒸發(fā)器ⅰ的廢熱源入口與高壓蒸發(fā)器ⅱ的廢熱源出口連接；

低壓蒸發(fā)器ⅰ的混合工質(zhì)出口與膨脹機(jī)ⅲ連接，高壓蒸發(fā)器ⅱ的混合工質(zhì)出口與膨脹機(jī)ⅲ連接，膨脹機(jī)ⅲ與分液冷凝器ⅵ連接，膨脹機(jī)ⅲ還連接有發(fā)電機(jī)ⅳ。

進(jìn)一步地，還包括：低壓泵ⅹ和高壓泵ⅸ；

低壓蒸發(fā)器ⅰ的混合工質(zhì)入口與低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅶ之間還連接有低壓泵ⅹ；

高壓蒸發(fā)器ⅱ的混合工質(zhì)入口與高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅷ之間還連接有高壓泵ⅸ。

進(jìn)一步地，請(qǐng)參閱圖2和圖3所示的冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖，分液冷凝器ⅵ包括乏汽進(jìn)口管22、第一聯(lián)箱23、換熱管24、第二聯(lián)箱25，在第一聯(lián)箱23和第二聯(lián)箱25中的分液節(jié)點(diǎn)處，安裝有多個(gè)旁路閥，用于實(shí)現(xiàn)分液之后對(duì)冷凝液流路的調(diào)節(jié)，同時(shí)旁路閥還具有降低冷凝液流速的作用。

乏汽進(jìn)口管22設(shè)置于分液冷凝器ⅵ的上端，第一聯(lián)箱23和第二聯(lián)箱25分別設(shè)置于換熱管24的兩側(cè)，其中，換熱管24的每管程的規(guī)格都可以不同。

進(jìn)一步地，第一聯(lián)箱23還設(shè)置有水平放置的盲板21。

進(jìn)一步地，第一聯(lián)箱23和第二聯(lián)箱25還設(shè)置有分液漏板26，其中其分液能力的好壞將會(huì)影響系統(tǒng)的整體性能，根據(jù)研究可知，分液漏板26必須具有排液功能，同時(shí)需具有液封的作用，來(lái)隔絕上一管程的氣體進(jìn)入下一管程，在本發(fā)明中，采用旁路管道來(lái)導(dǎo)出冷凝液，與傳統(tǒng)的冷凝液進(jìn)入下一管程不同，所述的旁路管道5能直接的把液體排出，避免了冷凝液進(jìn)入下一管程而影響冷凝器的冷凝效果。所述的每個(gè)分液隔板，其下面布置一塊傾斜盲板，其水平傾斜角為15°～60°之間的任意角度，用來(lái)疏導(dǎo)冷凝液。

進(jìn)一步地，分液冷凝器ⅵ還設(shè)置有閥門(mén)，通過(guò)操作不同閥門(mén)的關(guān)閉，來(lái)改變流體的流路，將能實(shí)現(xiàn)混合工質(zhì)組分的調(diào)控。所述的閥門(mén)還具有減壓作用，防止液體噴涌而出，同時(shí)能使閥門(mén)與分液隔板之間保存有足夠的液體，對(duì)氣體進(jìn)行液封，確保氣體能繼續(xù)進(jìn)入換熱管24冷凝。每個(gè)分液節(jié)點(diǎn)的出口管道上都布置有水平和豎直的閥門(mén)。打開(kāi)水平閥門(mén)，將把冷凝液導(dǎo)向高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅷ。打開(kāi)豎直閥門(mén)，將把冷凝液導(dǎo)向低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅶ。若需要降低高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅷ高沸點(diǎn)組分的比例，只需要從上到下依次打開(kāi)水平閥門(mén)即可。而其它分液節(jié)點(diǎn)處，只需要打開(kāi)豎直布置的閥門(mén)。由于工質(zhì)流量和組分都會(huì)影響系統(tǒng)的性能，而在不同的位置進(jìn)行分液，都會(huì)改變蒸發(fā)器ⅰ和蒸發(fā)器ⅱ工質(zhì)流量和組分，因此需要綜合考慮分液位置。

為便于理解，本發(fā)明實(shí)施例中利用r134a/r245fa非共沸混合工質(zhì)為例子，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行詳細(xì)的描述。

低沸點(diǎn)混合工質(zhì)存儲(chǔ)在低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅶ，高沸點(diǎn)混合工質(zhì)存儲(chǔ)在高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅷ，系統(tǒng)運(yùn)行之后，低沸點(diǎn)混合工質(zhì)在低壓泵ⅹ的加壓下，經(jīng)過(guò)管道進(jìn)入低壓蒸發(fā)器ⅰ蒸發(fā)，工質(zhì)吸熱之后成為高溫高壓蒸汽，進(jìn)而進(jìn)入膨脹機(jī)ⅲ膨脹做工。此時(shí)的高沸點(diǎn)混合工質(zhì)在經(jīng)過(guò)高壓蒸發(fā)器ⅱ蒸發(fā)后，也成為高溫高壓蒸汽，也進(jìn)入膨脹機(jī)ⅲ膨脹做工。兩股流體在膨脹機(jī)內(nèi)混合后，成為乏汽，再進(jìn)入分液冷凝器進(jìn)行冷凝，在冷凝的過(guò)程中，在適當(dāng)?shù)母啥认逻M(jìn)行分液，分離出來(lái)的高沸點(diǎn)組分進(jìn)入高沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅷ。而最后冷凝出來(lái)的低沸點(diǎn)組分進(jìn)入低沸點(diǎn)混合工質(zhì)儲(chǔ)液罐ⅶ。從而完成一個(gè)循環(huán)。此外，低壓蒸發(fā)器ⅰ和高壓蒸發(fā)器ⅱ共用一個(gè)熱源，廢熱源先從高壓蒸發(fā)器ⅱ的廢熱源進(jìn)口a進(jìn)入，再?gòu)母邏赫舭l(fā)器ⅱ的廢熱源出口b出去，然后再進(jìn)入低壓蒸發(fā)器ⅰ的廢熱源入口c，最后從低壓蒸發(fā)器ⅰ的廢熱源出口d排出。

其中，分液冷凝器ⅵ還設(shè)置有閥門(mén)，用于調(diào)控混合工質(zhì)的組分；當(dāng)熱源的溫度發(fā)生變化的時(shí)候，可以通過(guò)調(diào)節(jié)分液冷凝器ⅵ旁的閥門(mén)，對(duì)混合工質(zhì)的組分進(jìn)行調(diào)控，利用分液冷凝來(lái)改變非共沸混合工質(zhì)的組分，能有效地與熱源進(jìn)行匹配，縮小了變相過(guò)程中的傳熱溫差、減小了過(guò)程的不可逆損失，可顯著提高系統(tǒng)循環(huán)效率。

以上為對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)的工作原理的詳細(xì)描述，以下將以一具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例中選取r134a/r245fa非共沸混合工質(zhì)作為工質(zhì)，利用數(shù)學(xué)建模軟件gams對(duì)傳統(tǒng)非共沸有機(jī)朗肯循環(huán)(bzorc)和分液冷凝多壓蒸發(fā)的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)(lmzorc)進(jìn)行建模優(yōu)化。其初始的有關(guān)參數(shù)如表1：

表1

表2

通過(guò)優(yōu)化計(jì)算后的結(jié)果如表2所示，通過(guò)與傳統(tǒng)的非共沸工質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)對(duì)比可知，lmzorc系統(tǒng)的熱效率能提高15.28％，效率可提高11.19％，其總損降低了12.47％，純輸出功增加了11.3％。

很顯然，本發(fā)明實(shí)施例中提供的兼具“分液冷凝、組分調(diào)控、多壓蒸發(fā)”功能的分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)具有提高熱效率和降低損的工程運(yùn)用潛力。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過(guò)程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程，在此不再贅述。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。