专利名称：采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低温朗肯循环系统。特别是涉及一种采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统。
背景技术：
低温热源一般是指温度低于150°C的低品位能源，这类热能种类众多，比如太阳能、地热能等新能源以及各种余热。低品位余热资源也种类繁多，数量庞大，像钢铁、石油化工、水泥行业生产过程中产生的大量低温烟气、热水、蒸汽等，这些低品位能大都不能被直接再利用，回收利用这部分能源，即可减少能源消耗，又能减少环境污染，达到节能减排作用。有机朗肯循环采用低沸点有机工质，是回收利用低温能源的有效方法，当前有机朗肯循环技术发展方向在于提高系统效率，因此目前针对有机朗肯循环的研究主要集中在适用工 质选择和系统优化上，而且大都基于纯工质。采用非共沸混合工质，由于其变温蒸发特性，可与变温热源较好匹配，从而减少不可逆损失，提高平均吸热温度，能最大限度的回收热源热量，但是其冷凝放热过程也有温度滑移，同时提高了平均放热温度，因此热效率也不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在相同的热源和冷源条件下，充分利用非共沸混合工质特性，通过变组分，可显著提高循环效率的采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统。本发明所采用的技术方案是一种采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统，包括有蒸发器，所述的蒸发器形成有与热源相连的热源入口和热源出口，还形成有基本组分工质入口和基本组分工质出口；气液分离器，所述气液分离器的气液两相工质入口通过管路与所述的蒸发器的基本组分工质出口相连；汽轮机或膨胀机，所述的汽轮机或膨胀机的气体入口通过管路连接气液分离器的上部气体的高组分饱和蒸汽出口；发电机，所述的发电机与所述的汽轮机或膨胀机同轴连接；预热器，所述的预热器的高温饱和液入口通过管路连接气液分离器的底部液体的低组分饱和液出口，高温液体出口通过管路连接节流阀的入口，预热器的高压基本组分工质出口通过管路连接蒸发器的工质入口，高压基本组分工质入口通过管路连接循环泵的出Π ；混合器，所述的混合器的入口分别通过管路连接汽轮机或膨胀机的气体出口以及节流阀的出口；冷凝器，所述冷凝器的低温基本组分工质入口通过管路连接混合器的低温基本组分工质出口，冷凝器的低温饱和基本组分工质液出口通过管路连接循环泵的入口，所述冷凝器的冷源入口和冷源出口均连接冷源。循环工质采用两种不同沸点纯质混合而成的非共沸混合工质。本发明的采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统，具有的特点及有益效果I)采用非共沸混合工质，在定压条件下，相变时有温度滑移，可与变温热源较好匹配，减少不可逆损失；2)不同配比混合工质有着不同压力水平、输运特性，可简化汽轮机(或膨胀机)结构，减少成本；3)在热源和冷源一定条件下，利用非共沸混合工质相平衡时，气相和液相具有不同的组分的特性，可提高循环的平均吸热温度和降低平均放热温度，从而可显著提高循环效率； 4)对于温度越低的热源，采用本发明系统的循环效率提高的越多越明显；5)本发明可在普通有机朗肯循环系统上进行改造，无需增加过多成本。
图I是采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统构成图。图中I :汽轮机/膨胀机2 :混合器3 :冷凝器4 :循环泵5 :蒸发器6 :气液分离器7 :预热器8 :节流阀9:发电机10:热源入口11:热源出口12:冷源入口13 :冷源出口14 :基本组分工质出口15:基本组分工质入口16:气液两相工质入口17 :低组分饱和液出口18 :高组分饱和蒸汽出口19:蒸汽入口20:蒸汽出口21:高温饱和液入口22:高温液体出口23 高压基本组分工质出口24 :高压基本组分工质入口25 :低温基本组分工质出口26 :低温基本组分工质入口27 :低温饱和基本组分工质液出口
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明的采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统做出详细说明。本发明的采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统，包括有蒸发器5，所述的蒸发器5形成有与热源相连的热源入口 10和热源出口 11，还形成有基本组分工质入口15和基本组分工质出口 14 ;气液分离器6，所述气液分离器6的气液两相工质入口 16通过管路与所述的蒸发器5的基本组分工质出口 14相连；汽轮机1，所述的汽轮机I的气体入口 19通过管路连接气液分离器6的上部气体的高组分饱和蒸汽出口 18 ;发电机9，所述的发电机9与所述的汽轮机I同轴连接；预热器7，所述的预热器7的高温饱和液入口 21通过管路连接气液分离器6的底部液体的低组分饱和液出口 17，高温液体出口 22通过管路连接节流阀8的入口，预热器7的高压基本组分工质出口 23通过管路连接蒸发器5的工质入口 15，高压基本组分工质入口 24通过管路连接循环泵4的出口 ；混合器2，所述的混合器2的入口分别通过管路连接汽轮机I的气体出口 20以及节流阀8的出口 ；冷凝器3，所述冷凝器3的低温基本组分工质入口 26通过管路连接混合器2的低温基本组分工质出口 25，冷凝器3的低温饱和基本组分工质液出口 27通过管路连接循环泵4的入口，使得气液分离器6底部高温液体17通过预热器7预热进入蒸发器5的工质。所述冷凝器3的冷源入口 12和冷源出口 13均连接冷源。本发明的采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统，还可以是采用膨胀机替换图I中的汽轮机。本发明采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统的基本原理是非共沸混合工质(由两种不同沸点纯工质按一定比例混合而成)通过蒸发器吸收热源热量蒸发，产生 高温高压气液两相混合工质，然后进入气液分离器，分离成为富含低沸点组分的高温高压饱和蒸汽混合工质和富含高沸点组分的高温高压饱和液体混合工质，饱和蒸汽混合工质进入汽轮机(或膨胀机)膨胀做功带动发电机发电，饱和液体混合工质进入预热器，降温后通过节流阀降压，然后进入混合器与来自汽轮机的乏汽混合，然后进入冷凝器被冷凝为饱和液态，再通过循环泵升压后，进入预热器预热，再进入蒸发器，以此完成一个循环。下面通过具体实施例对本发明的采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统作进一步说明热源选用85°C地热水，质量流量lkg/s，冷源选用20°C自来水，汽轮机内膨胀过程视为等熵膨胀，循环泵内压缩过程视为等熵压缩，换热器为纯逆流形式，最小传热温差取为50C，忽略系统漏热。循环工质选用由R227ea和R601组成的二元非共沸混合工质，组元纯工质的物性参数如表I。表I组元纯工质的物性参数
权利要求
1.一种采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统，其特征在于，包括有 蒸发器(5)，所述的蒸发器(5)形成有与热源相连的热源入口(10)和热源出口(11)，还形成有基本组分工质入口( 15)和基本组分工质出口( 14); 气液分离器(6)，所述气液分离器(6)的气液两相工质入口(16)通过管路与所述的蒸发器(5)的基本组分工质出口(14)相连； 汽轮机或膨胀机(I )，所述的汽轮机或膨胀机(I)的气体入口( 19)通过管路连接气液分离器(6)的上部气体的高组分饱和蒸汽出口(18)； 发电机(9)，所述的发电机(9)与所述的汽轮机或膨胀机(I)同轴连接； 预热器(7)，所述的预热器(7)的高温饱和液入口(21)通过管路连接气液分离器(6)的底部液体的低组分饱和液出口(17)，高温液体出口(22)通过管路连接节流阀(8)的入口，预热器(7 )的高压基本组分工质出口( 23 )通过管路连接蒸发器(5 )的工质入口( 15 )，高压基本组分工质入口(24)通过管路连接循环泵(4)的出口 ； 混合器(2)，所述的混合器(2)的入口分别通过管路连接汽轮机或膨胀机(I)的气体出口(20)以及节流阀(8)的出口 ； 冷凝器(3 )，所述冷凝器(3 )的低温基本组分工质入口( 26 )通过管路连接混合器(2 )的低温基本组分工质出口(25)，冷凝器(3)的低温饱和基本组分工质液出口(27)通过管路连接循环泵(4 )的入口，所述冷凝器(3 )的冷源入口( 12 )和冷源出口( 13 )均连接冷源。
2.根据权利要求I所述的采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统，其特征在于，循环工质采用两种不同沸点纯质混合而成的非共沸混合工质。
全文摘要
一种采用非共沸混合工质变组分的低温朗肯循环系统蒸发器有热源入口和热源出口，以及基本组分工质入口和基本组分工质出口；气液分离器的入口与蒸发器的工质出口相连；汽轮机或膨胀机的入口连接气液分离器的上部气体的蒸汽出口；发电机与汽轮机或膨胀机同轴连接；预热器的入口连接气液分离器的底部液体的出口，高温液体出口连接节流阀的入口，预热器的出口连接蒸发器的工质入口，工质入口连接循环泵的出口；混合器的入口分别连接汽轮机或膨胀机的气体出口以及节流阀的出口；冷凝器的低温工质入口连接混合器的低温工质出口，冷凝器的工质液出口连接循环泵的入口，冷凝器的冷源入口和冷源出口均连接冷源。本发明可可简化汽轮机结构，减少成本；可显著提高循环效率。
文档编号F01K25/06GK102797525SQ201210319518
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者李惟毅, 谈西锋 申请人:天津大学