[发明专利]双级全流螺杆膨胀机有机朗肯循环系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机朗肯热力循环系统。特别是涉及一种基于全流螺杆膨胀机的双级全流螺杆膨胀机有机朗肯循环系统。

背景技术

有机朗肯循环系统，是以低沸点有机物为工质热力循环技术。其基本工作原理是有机工质在蒸发器中与热源换热，产生有机质蒸汽，进而推动膨胀机或汽轮机做功，并带动发电机发电或输出动力，乏气在冷凝器中冷却为液态，再由循环泵送入蒸发器，从而完成一个循环。由于低沸点有机工质的使用，这种动力系统对热源的温度、压力等条件要求较低，因此适用于工业余热回收，地热、太阳能等可再生能源的中低温热利用等场合。

螺杆膨胀机是一种容积式膨胀机。它没有气阀、活塞等滑动部件，因此其工艺性好，工质流速大，可平稳地进行高速运转，是一种良好的热功转换设备。与其他形式的膨胀机相比，螺杆膨胀机最大的特点在于其运行过程中内部工质可以是气液两相流，因此也可称其为全流螺杆膨胀机。

目前已经出现螺杆膨胀机用于有机朗肯循环系统的文献报道。这样的系统中有机工质流体在螺杆膨胀机入口处可以为气态、饱和液态甚至微过冷液态。目前，受技术水平限制，螺杆膨胀机的膨胀比通常为3-5，此时膨胀过程的等熵效率可达到75%左右。较小的膨胀比可使螺杆膨胀机单机体积控制在较小范围内，可节省金属材料，降低成本；但另一方面，较小的膨胀比使得膨胀机出口乏汽的排气温度、压力较高，对于有机工质而言，此时乏汽往往还有一定的做功能力，如不能进一步利用，则会降低动力系统的整体效率。为解决这个问题，一种解决方案是如专利申请公开号为CN102619567A所公开的那样，将工质乏汽引入再热器，升温后再进入另一台螺杆膨胀机。但是，对一般情况而言，第一级螺杆膨胀机的出口工质乏汽处于过热区或气液两相区，与过冷液态工质相比，其换热能力降低，这就导致再热器（本质上是蒸发器）的换热面积很大，增加了系统的成本，严重影响系统的经济效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在不增加系统蒸发器面积的情况下，使有机工质在总体膨胀做功过程中获得较大的膨胀比，提高热力循环系统总体的循环效率和经济效益的双级全流螺杆膨胀机有机朗肯循环系统。

本发明所采用的技术方案是：一种双级全流螺杆膨胀机有机朗肯循环系统，包括有通过管道依次连接的冷凝器、工质泵、蒸发器和第一级螺杆膨胀机，所述的第一级螺杆膨胀机的出口通过管道连接气液分离器的入口，所述气液分离器具有液相出口和气相出口，所述气液分离器的液相出口和气相出口均通过管道以及第二级膨胀机子系统连接气液混合罐的入口，所述气液混合罐的出口通过管道连接所述的冷凝器的入口。

所述的第二级膨胀机子系统包括有第二级螺杆膨胀机、减压阀和第二级常规膨胀机，其中，所述的第二级螺杆膨胀机的入口通过管道连接所述气液分离器的液相出口，所述第二级螺杆膨胀机的出口通过管道和设置在所述该管道上的减压阀连接所述气液混合罐的液相入口，所述第二级常规膨胀机的入口通过管道连接所述气液分离器的气相出口，所述第二级常规膨胀机的出口通过管道连接所述气液混合罐的气相入口。

所述的第二级常规膨胀机是任一类型的膨胀机，或是汽轮机。

所述的气液分离器的空间布置位置高于所述第二级螺杆膨胀机的空间布置位置。

用于将高温高压有机工质的内能转换为机械能的第一级螺杆膨胀机的输出转轴连接外部需求设备。

用于将中温中压气态有机工质的内能转换为机械能的第二级常规膨胀机的输出转轴连接外部需求设备。

用于将中温中压液态有机工质的内能转换为机械能的第二级螺杆膨胀机的输出转轴连接外部需求设备。

本发明的双级全流螺杆膨胀机有机朗肯循环系统，在不增加系统蒸发器面积的情况下，使有机工质在总体膨胀做功过程中获得较大的膨胀比，提高热力循环系统总体的循环效率和经济效益。本发明的特点以及产生的有益效果如下：

（1）第二级膨胀机子系统的设立，可使第一级螺杆膨胀机排出乏汽进一步膨胀，可增大有机朗肯循环中膨胀过程的整体膨胀比。在同等热源和换热条件下，可提高有机朗肯循环系统的整体热功转换效率；

（2）气液分离器的设立，将第二级膨胀子系统分为两个通路，分别流入饱和液态工质及饱和气态工质。由此，使用饱和气态工质的第二级常规膨胀机可选用其他形式的膨胀机，可降低系统成本；

（3）气液分离器与第二级螺杆膨胀机之间不设置工质输送泵，而是通过空间布置位置高度差、利用重力增压作用来保证液态工质的循环流动。由此，不仅可降低系统的自耗功、提高系统的总体效率，而且可降低系统成本，节约投资。