專利名稱：采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)。特別是涉及一種采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術：
低溫熱源一般是指溫度低于150°C的低品位能源，這類熱能種類眾多，比如太陽能、地熱能等新能源以及各種余熱。低品位余熱資源也種類繁多，數(shù)量龐大，像鋼鐵、石油化工、水泥行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量低溫煙氣、熱水、蒸汽等，這些低品位能大都不能被直接再利用，回收利用這部分能源，即可減少能源消耗，又能減少環(huán)境污染，達到節(jié)能減排作用。有機朗肯循環(huán)采用低沸點有機工質(zhì)，是回收利用低溫能源的有效方法，當前有機朗肯循環(huán)技術發(fā)展方向在于提高系統(tǒng)效率，因此目前針對有機朗肯循環(huán)的研究主要集中在適用工 質(zhì)選擇和系統(tǒng)優(yōu)化上，而且大都基于純工質(zhì)。采用非共沸混合工質(zhì)，由于其變溫蒸發(fā)特性，可與變溫熱源較好匹配，從而減少不可逆損失，提高平均吸熱溫度，能最大限度的回收熱源熱量，但是其冷凝放熱過程也有溫度滑移，同時提高了平均放熱溫度，因此熱效率也不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種在相同的熱源和冷源條件下，充分利用非共沸混合工質(zhì)特性，通過變組分，可顯著提高循環(huán)效率的采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明所采用的技術方案是一種采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)，包括有蒸發(fā)器，所述的蒸發(fā)器形成有與熱源相連的熱源入口和熱源出口，還形成有基本組分工質(zhì)入口和基本組分工質(zhì)出口；氣液分離器，所述氣液分離器的氣液兩相工質(zhì)入口通過管路與所述的蒸發(fā)器的基本組分工質(zhì)出口相連；汽輪機或膨脹機，所述的汽輪機或膨脹機的氣體入口通過管路連接氣液分離器的上部氣體的高組分飽和蒸汽出口；發(fā)電機，所述的發(fā)電機與所述的汽輪機或膨脹機同軸連接；預熱器，所述的預熱器的高溫飽和液入口通過管路連接氣液分離器的底部液體的低組分飽和液出口，高溫液體出口通過管路連接節(jié)流閥的入口，預熱器的高壓基本組分工質(zhì)出口通過管路連接蒸發(fā)器的工質(zhì)入口，高壓基本組分工質(zhì)入口通過管路連接循環(huán)泵的出Π ；混合器，所述的混合器的入口分別通過管路連接汽輪機或膨脹機的氣體出口以及節(jié)流閥的出口；冷凝器，所述冷凝器的低溫基本組分工質(zhì)入口通過管路連接混合器的低溫基本組分工質(zhì)出口，冷凝器的低溫飽和基本組分工質(zhì)液出口通過管路連接循環(huán)泵的入口，所述冷凝器的冷源入口和冷源出口均連接冷源。循環(huán)工質(zhì)采用兩種不同沸點純質(zhì)混合而成的非共沸混合工質(zhì)。本發(fā)明的采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)，具有的特點及有益效果I)采用非共沸混合工質(zhì)，在定壓條件下，相變時有溫度滑移，可與變溫熱源較好匹配，減少不可逆損失；2)不同配比混合工質(zhì)有著不同壓力水平、輸運特性，可簡化汽輪機(或膨脹機)結構，減少成本；3)在熱源和冷源一定條件下，利用非共沸混合工質(zhì)相平衡時，氣相和液相具有不同的組分的特性，可提高循環(huán)的平均吸熱溫度和降低平均放熱溫度，從而可顯著提高循環(huán)效率； 4)對于溫度越低的熱源，采用本發(fā)明系統(tǒng)的循環(huán)效率提高的越多越明顯；5)本發(fā)明可在普通有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)上進行改造，無需增加過多成本。


圖I是采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)構成圖。圖中I :汽輪機/膨脹機2 :混合器3 :冷凝器4 :循環(huán)泵5 :蒸發(fā)器6 :氣液分離器7 :預熱器8 :節(jié)流閥9:發(fā)電機10:熱源入口11:熱源出口12:冷源入口13 :冷源出口14 :基本組分工質(zhì)出口15:基本組分工質(zhì)入口16:氣液兩相工質(zhì)入口17 :低組分飽和液出口18 :高組分飽和蒸汽出口19:蒸汽入口20:蒸汽出口21:高溫飽和液入口22:高溫液體出口23 高壓基本組分工質(zhì)出口24 :高壓基本組分工質(zhì)入口25 :低溫基本組分工質(zhì)出口26 :低溫基本組分工質(zhì)入口27 :低溫飽和基本組分工質(zhì)液出口
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發(fā)明的采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)做出詳細說明。本發(fā)明的采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)，包括有蒸發(fā)器5，所述的蒸發(fā)器5形成有與熱源相連的熱源入口 10和熱源出口 11，還形成有基本組分工質(zhì)入口15和基本組分工質(zhì)出口 14 ;氣液分離器6，所述氣液分離器6的氣液兩相工質(zhì)入口 16通過管路與所述的蒸發(fā)器5的基本組分工質(zhì)出口 14相連；汽輪機1，所述的汽輪機I的氣體入口 19通過管路連接氣液分離器6的上部氣體的高組分飽和蒸汽出口 18 ;發(fā)電機9，所述的發(fā)電機9與所述的汽輪機I同軸連接；預熱器7，所述的預熱器7的高溫飽和液入口 21通過管路連接氣液分離器6的底部液體的低組分飽和液出口 17，高溫液體出口 22通過管路連接節(jié)流閥8的入口，預熱器7的高壓基本組分工質(zhì)出口 23通過管路連接蒸發(fā)器5的工質(zhì)入口 15，高壓基本組分工質(zhì)入口 24通過管路連接循環(huán)泵4的出口 ；混合器2，所述的混合器2的入口分別通過管路連接汽輪機I的氣體出口 20以及節(jié)流閥8的出口 ；冷凝器3，所述冷凝器3的低溫基本組分工質(zhì)入口 26通過管路連接混合器2的低溫基本組分工質(zhì)出口 25，冷凝器3的低溫飽和基本組分工質(zhì)液出口 27通過管路連接循環(huán)泵4的入口，使得氣液分離器6底部高溫液體17通過預熱器7預熱進入蒸發(fā)器5的工質(zhì)。所述冷凝器3的冷源入口 12和冷源出口 13均連接冷源。本發(fā)明的采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)，還可以是采用膨脹機替換圖I中的汽輪機。本發(fā)明采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)的基本原理是非共沸混合工質(zhì)(由兩種不同沸點純工質(zhì)按一定比例混合而成)通過蒸發(fā)器吸收熱源熱量蒸發(fā)，產(chǎn)生 高溫高壓氣液兩相混合工質(zhì)，然后進入氣液分離器，分離成為富含低沸點組分的高溫高壓飽和蒸汽混合工質(zhì)和富含高沸點組分的高溫高壓飽和液體混合工質(zhì)，飽和蒸汽混合工質(zhì)進入汽輪機(或膨脹機)膨脹做功帶動發(fā)電機發(fā)電，飽和液體混合工質(zhì)進入預熱器，降溫后通過節(jié)流閥降壓，然后進入混合器與來自汽輪機的乏汽混合，然后進入冷凝器被冷凝為飽和液態(tài)，再通過循環(huán)泵升壓后，進入預熱器預熱，再進入蒸發(fā)器，以此完成一個循環(huán)。下面通過具體實施例對本發(fā)明的采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)作進一步說明熱源選用85°C地熱水，質(zhì)量流量lkg/s，冷源選用20°C自來水，汽輪機內(nèi)膨脹過程視為等熵膨脹，循環(huán)泵內(nèi)壓縮過程視為等熵壓縮，換熱器為純逆流形式，最小傳熱溫差取為50C，忽略系統(tǒng)漏熱。循環(huán)工質(zhì)選用由R227ea和R601組成的二元非共沸混合工質(zhì)，組元純工質(zhì)的物性參數(shù)如表I。表I組元純工質(zhì)的物性參數(shù)

權利要求
1.一種采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，包括有 蒸發(fā)器(5)，所述的蒸發(fā)器(5)形成有與熱源相連的熱源入口(10)和熱源出口(11)，還形成有基本組分工質(zhì)入口( 15)和基本組分工質(zhì)出口( 14); 氣液分離器(6)，所述氣液分離器(6)的氣液兩相工質(zhì)入口(16)通過管路與所述的蒸發(fā)器(5)的基本組分工質(zhì)出口(14)相連； 汽輪機或膨脹機(I )，所述的汽輪機或膨脹機(I)的氣體入口( 19)通過管路連接氣液分離器(6)的上部氣體的高組分飽和蒸汽出口(18)； 發(fā)電機(9)，所述的發(fā)電機(9)與所述的汽輪機或膨脹機(I)同軸連接； 預熱器(7)，所述的預熱器(7)的高溫飽和液入口(21)通過管路連接氣液分離器(6)的底部液體的低組分飽和液出口(17)，高溫液體出口(22)通過管路連接節(jié)流閥(8)的入口，預熱器(7 )的高壓基本組分工質(zhì)出口( 23 )通過管路連接蒸發(fā)器(5 )的工質(zhì)入口( 15 )，高壓基本組分工質(zhì)入口(24)通過管路連接循環(huán)泵(4)的出口 ； 混合器(2)，所述的混合器(2)的入口分別通過管路連接汽輪機或膨脹機(I)的氣體出口(20)以及節(jié)流閥(8)的出口 ； 冷凝器(3 )，所述冷凝器(3 )的低溫基本組分工質(zhì)入口( 26 )通過管路連接混合器(2 )的低溫基本組分工質(zhì)出口(25)，冷凝器(3)的低溫飽和基本組分工質(zhì)液出口(27)通過管路連接循環(huán)泵(4 )的入口，所述冷凝器(3 )的冷源入口( 12 )和冷源出口( 13 )均連接冷源。
2.根據(jù)權利要求I所述的采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，循環(huán)工質(zhì)采用兩種不同沸點純質(zhì)混合而成的非共沸混合工質(zhì)。
全文摘要
一種采用非共沸混合工質(zhì)變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)蒸發(fā)器有熱源入口和熱源出口，以及基本組分工質(zhì)入口和基本組分工質(zhì)出口；氣液分離器的入口與蒸發(fā)器的工質(zhì)出口相連；汽輪機或膨脹機的入口連接氣液分離器的上部氣體的蒸汽出口；發(fā)電機與汽輪機或膨脹機同軸連接；預熱器的入口連接氣液分離器的底部液體的出口，高溫液體出口連接節(jié)流閥的入口，預熱器的出口連接蒸發(fā)器的工質(zhì)入口，工質(zhì)入口連接循環(huán)泵的出口；混合器的入口分別連接汽輪機或膨脹機的氣體出口以及節(jié)流閥的出口；冷凝器的低溫工質(zhì)入口連接混合器的低溫工質(zhì)出口，冷凝器的工質(zhì)液出口連接循環(huán)泵的入口，冷凝器的冷源入口和冷源出口均連接冷源。本發(fā)明可可簡化汽輪機結構，減少成本；可顯著提高循環(huán)效率。
文檔編號F01K25/06GK102797525SQ201210319518
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權日2012年8月31日
發(fā)明者李惟毅, 談西鋒 申請人:天津大學