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

背景技術：

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

非共沸混合工質在蒸發(fā)和冷凝過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。與純工質相比，雖然改善了工質與冷熱源匹配，但是不可逆損失依然很大，尤其是蒸發(fā)過程，而傳統(tǒng)單壓循環(huán)改善潛力有限。而采用非共沸工質多壓蒸發(fā)可以進一步改善工質與冷熱源熱匹配曲線，進一步降低換熱過程不可逆損失。同時由于熱源的多樣性，釋熱曲線隨熱源種類、溫位而異，如不同蒸發(fā)等級非共沸工質的組分和流量可調，則可以進一步改善換熱過程匹配性能，降低換熱過程不可逆損失。另外，還可以通過組分和流量調控實現(xiàn)循環(huán)的變工況調節(jié)，提升全年平均運行性能。而常規(guī)改變非共沸組分的方法是在系統(tǒng)上增加一個額外的蒸餾系統(tǒng)，導致系統(tǒng)復雜，投資增加，而通過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，實現(xiàn)組分和流量的調控，而組分的調控能為多壓蒸發(fā)提供了不同組分和流量的非共沸工質，以保證多壓蒸發(fā)的效果。本發(fā)明提出一種通過分液冷凝改變工質組分并進行多壓蒸發(fā)的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，旨在解決工質與冷熱源之間不能很好地匹配而導致損失大的問題，提高系統(tǒng)的運行效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種組分變化及多壓蒸發(fā)的非共沸有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，用于解決有機朗肯循環(huán)工質與冷熱源之間不能很好地匹配而導致損失大的問題，能夠更好的提高工業(yè)余熱，太陽能和地熱能等中低溫可再生能源的利用率。

本發(fā)明實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、發(fā)電機、分液冷凝器、低沸點混合工質儲液罐、高沸點混合工質儲液罐；

所述低壓蒸發(fā)器的混合工質入口通過所述低沸點混合工質儲液罐與所述分液冷凝器連接，所述高壓蒸發(fā)器的混合工質入口通過所述高沸點混合工質儲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)器的混合工質出口與所述膨脹機連接，所述高壓蒸發(fā)器的混合工質出口與所述膨脹機連接，所述膨脹機與所述分液冷凝器連接，所述膨脹機還連接有發(fā)電機。

優(yōu)選地，還包括：低壓泵和高壓泵；

所述低壓蒸發(fā)器的混合工質入口與所述低沸點混合工質儲液罐之間還連接有低壓泵；

所述高壓蒸發(fā)器的混合工質入口與所述高沸點混合工質儲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口管、第一聯(lián)箱、換熱管、第二聯(lián)箱；

所述乏汽進口管設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)箱分別設置于所述換熱管的兩側。

優(yōu)選地，所述第一聯(lián)箱還設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)箱還設置有分液漏板。

優(yōu)選地，所述分液冷凝器還設置有閥門，用于調控混合工質的組分及對冷凝液進行降壓。

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

從以上技術方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實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、發(fā)電機、分液冷凝器、低沸點混合工質儲液罐、高沸點混合工質儲液罐；低壓蒸發(fā)器的混合工質入口通過低沸點混合工質儲液罐與分液冷凝器連接，高壓蒸發(fā)器的混合工質入口通過高沸點混合工質儲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)器的混合工質出口與膨脹機連接，高壓蒸發(fā)器的混合工質出口與膨脹機連接，膨脹機與分液冷凝器連接，膨脹機還連接有發(fā)電機，本發(fā)明實施例通過利用分液冷凝器來改變系統(tǒng)中工質的運行組分，經過分離后的混合工質進入不同的蒸發(fā)器蒸發(fā)，從而降低溫差傳熱，提高系統(tǒng)的熱效率，同時，利用分液冷凝器對汽液相進行分離，及時的把液體排出來，改變了冷凝過程中的工質組分，這樣的循環(huán)能有效的解決工質與冷熱源之間不能很好地匹配而導致損失大的問題，提高系統(tǒng)的性能。同時本發(fā)明利用旁路管道和冷凝器與泵前的壓差較大的特點，導出冷凝液，避免了傳統(tǒng)分液難的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，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)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的分液冷凝器的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的導出液節(jié)點處的局部放大示意圖；

圖示說明，a：廢熱源進口，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)器混合工質入口，2：高壓蒸發(fā)器混合工質出口，3：高沸點混合工質膨脹機入口，4：初始組分的乏汽，5：高沸點混合工質冷凝液，6：低沸點混合工質冷凝液，7：低壓蒸發(fā)器混合工質入口，8：低壓蒸發(fā)器混合工質出口，9：低沸點混合工質膨脹機入口，?。旱蛪赫舭l(fā)器，ⅱ：高壓蒸發(fā)器，ⅲ：膨脹機，ⅳ：發(fā)電機，ⅵ：分液冷凝器，ⅶ：低沸點混合工質儲液罐，ⅷ：高沸點混合工質儲液罐，ⅸ：高壓泵，ⅹ：低壓泵，21：盲板，22：乏汽進口管，23：第一聯(lián)箱，24：換熱管，25：第二聯(lián)箱，26：分液漏板。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)，解決了工質與冷熱源之間不能很好地匹配而導致損失大的問題，使其能夠更好的提高工業(yè)余熱，太陽能和地熱能等中低溫可再生能源的利用率。

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

請參閱圖1，本發(fā)明實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ⅲ、發(fā)電機ⅳ、分液冷凝器ⅵ、低沸點混合工質儲液罐ⅶ、高沸點混合工質儲液罐ⅷ；

低壓蒸發(fā)器ⅰ的混合工質入口通過低沸點混合工質儲液罐ⅶ與分液冷凝器ⅵ連接，高壓蒸發(fā)器ⅱ的混合工質入口通過高沸點混合工質儲液罐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的混合工質出口與膨脹機ⅲ連接，高壓蒸發(fā)器ⅱ的混合工質出口與膨脹機ⅲ連接，膨脹機ⅲ與分液冷凝器ⅵ連接，膨脹機ⅲ還連接有發(fā)電機ⅳ。

進一步地，還包括：低壓泵ⅹ和高壓泵ⅸ；

低壓蒸發(fā)器ⅰ的混合工質入口與低沸點混合工質儲液罐ⅶ之間還連接有低壓泵ⅹ；

高壓蒸發(fā)器ⅱ的混合工質入口與高沸點混合工質儲液罐ⅷ之間還連接有高壓泵ⅸ。

進一步地，請參閱圖2和圖3所示的冷凝器結構示意圖，分液冷凝器ⅵ包括乏汽進口管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)點處，安裝有多個旁路閥，用于實現(xiàn)分液之后對冷凝液流路的調節(jié)，同時旁路閥還具有降低冷凝液流速的作用。

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

進一步地，第一聯(lián)箱23還設置有水平放置的盲板21。

進一步地，第一聯(lián)箱23和第二聯(lián)箱25還設置有分液漏板26，其中其分液能力的好壞將會影響系統(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，同時需具有液封的作用，來隔絕上一管程的氣體進入下一管程，在本發(fā)明中，采用旁路管道來導出冷凝液，與傳統(tǒng)的冷凝液進入下一管程不同，所述的旁路管道5能直接的把液體排出，避免了冷凝液進入下一管程而影響冷凝器的冷凝效果。所述的每個分液隔板，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，用來疏導冷凝液。

進一步地，分液冷凝器ⅵ還設置有閥門，通過操作不同閥門的關閉，來改變流體的流路，將能實現(xiàn)混合工質組分的調控。所述的閥門還具有減壓作用，防止液體噴涌而出，同時能使閥門與分液隔板之間保存有足夠的液體，對氣體進行液封，確保氣體能繼續(xù)進入換熱管24冷凝。每個分液節(jié)點的出口管道上都布置有水平和豎直的閥門。打開水平閥門，將把冷凝液導向高沸點混合工質儲液罐ⅷ。打開豎直閥門，將把冷凝液導向低沸點混合工質儲液罐ⅶ。若需要降低高沸點混合工質儲液罐ⅷ高沸點組分的比例，只需要從上到下依次打開水平閥門即可。而其它分液節(jié)點處，只需要打開豎直布置的閥門。由于工質流量和組分都會影響系統(tǒng)的性能，而在不同的位置進行分液，都會改變蒸發(fā)器ⅰ和蒸發(fā)器ⅱ工質流量和組分，因此需要綜合考慮分液位置。

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

低沸點混合工質存儲在低沸點混合工質儲液罐ⅶ，高沸點混合工質存儲在高沸點混合工質儲液罐ⅷ，系統(tǒng)運行之后，低沸點混合工質在低壓泵ⅹ的加壓下，經過管道進入低壓蒸發(fā)器ⅰ蒸發(fā)，工質吸熱之后成為高溫高壓蒸汽，進而進入膨脹機ⅲ膨脹做工。此時的高沸點混合工質在經過高壓蒸發(fā)器ⅱ蒸發(fā)后，也成為高溫高壓蒸汽，也進入膨脹機ⅲ膨脹做工。兩股流體在膨脹機內混合后，成為乏汽，再進入分液冷凝器進行冷凝，在冷凝的過程中，在適當?shù)母啥认逻M行分液，分離出來的高沸點組分進入高沸點混合工質儲液罐ⅷ。而最后冷凝出來的低沸點組分進入低沸點混合工質儲液罐ⅶ。從而完成一個循環(huán)。此外，低壓蒸發(fā)器ⅰ和高壓蒸發(fā)器ⅱ共用一個熱源，廢熱源先從高壓蒸發(fā)器ⅱ的廢熱源進口a進入，再從高壓蒸發(fā)器ⅱ的廢熱源出口b出去，然后再進入低壓蒸發(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還設置有閥門，用于調控混合工質的組分；當熱源的溫度發(fā)生變化的時候，可以通過調節(jié)分液冷凝器ⅵ旁的閥門，對混合工質的組分進行調控，利用分液冷凝來改變非共沸混合工質的組分，能有效地與熱源進行匹配，縮小了變相過程中的傳熱溫差、減小了過程的不可逆損失，可顯著提高系統(tǒng)循環(huán)效率。

以上為對本發(fā)明實施例提供的一種分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)的工作原理的詳細描述，以下將以一具體實施例對本發(fā)明實施例提供的分液冷凝變組分多壓蒸發(fā)的orc系統(tǒng)進行進一步的詳細描述。

本發(fā)明實施例中選取r134a/r245fa非共沸混合工質作為工質，利用數(shù)學建模軟件gams對傳統(tǒng)非共沸有機朗肯循環(huán)(bzorc)和分液冷凝多壓蒸發(fā)的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)(lmzorc)進行建模優(yōu)化。其初始的有關參數(shù)如表1：

表1

表2

通過優(yōu)化計算后的結果如表2所示，通過與傳統(tǒng)的非共沸工質有機朗肯循環(huán)對比可知，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)明實施例中提供的兼具“分液冷凝、組分調控、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用潛力。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。