[发明专利]高压液体做功式有机朗肯循环发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及中低温余热有机朗肯循环发电领域，特别是涉及一种以液轮机为能量转化部件，两相升压装置提供系统循环动力的有机朗肯循环发电系统。

背景技术

余热能源在能源结构中占有不小的比例，但是还没有得到有效的利用，在当今有源形式严峻的情况下，研究和发展余热能源的利用技术对节能和提高能源的利用率有非常重要的意义。目前已有文献中所提到的中低温有机朗肯循环发电系统中，主要部件为蒸发器、膨胀机(汽轮机、涡旋膨胀机和螺杆膨胀机)、冷凝器和工质泵。有机工质在系统中经历等压吸热、绝热膨胀、等压冷却和绝热升压四个过程完成一个循环并完成热量-功量-电量的转化输出。这样的系统在绝热升压阶段需要外界对系统输入一定的能量，因此系统的输出净功就得从汽轮机做的功量减去工质泵所做的功量，降低了系统的净功输出，如果能消除工质泵的这部分功量，则系统输出的净功量就更大，或者能减少外部能量的输入。此外，在绝热膨胀阶段，目前所采用的膨胀机或者对工作介质的物性状态有较严格的要求，或是因膨胀机本身的条件限制而使得工质达不到想要的物性状态而严重地影响了系统效率。对于采用透平膨胀机(汽轮机)的有机朗肯发电系统，如果工作介质在膨胀机膨胀过程中液化产生液体，就会对叶片造成侵蚀，影响其正常工作；虽然工质在超临界状态下工作不会对叶片产生侵蚀，但是工质在超临界状态下物性变化很复杂，并且压力很高，工作部件必须有较高的承压能力，系统很难稳定运行。涡旋膨胀机是由涡旋压缩机逆向运行而改造成的，由于存在泄漏和密封的问题，相关技术还不成熟，对系统运行也很不利。螺杆膨胀机虽然要求的工作条件简单，但是其效率普遍较低，效益很不明显，在热源一定时，低性能螺杆膨胀机发电机组投入使用可能补偿不了投资的费用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高压液体做功式有机朗肯循环发电系统,该系统不像已有系统那样在系统稳定运行的时候需要工质泵提升工质压力，消耗系统外界的能量；其采用的工质是以液态形式做功，且做功过程和所需要的条件相对简单，便于设备的维护，降低了维护成本和减少了故障问题；有效解决中低温余热的浪费问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

本发明一种高压液体做功式有机朗肯循环发电系统，该系统包括液轮机7、气液两相升压装置5、蒸发器4、冷凝器6，该系统有两个回路，并由气液两相升压装置5联系起来，其中一个回路通过管道将气液两相升压装置5、冷凝器6和液轮机7依次连接构成，液轮机7的输出连接发电机，另一个回路通过管道将气液两相升压装置5和蒸发器4连接构成，气液两相升压装置5的出口至蒸发器4的管道上设有第二阀门2，第二阀门2的两端并联一条支路，该支路依次串联第一阀门1、工质泵8及止回阀3，止回阀3防止有机工质在系统运行时流回工质泵；蒸发器中流出的气态有机工质为工作流体，液轮机流向气液两相升压装置的液态有机工质为引射流体。

本发明高压液体做功式有机朗肯循环发电系统，所述蒸发器4为固定板式蒸发器，采用余热媒介作为加热介质，其温度为400～550K。

本发明高压液体做功式有机朗肯循环发电系统，所述工质泵8抽取的有机工质为R245fa或R141b，有机工质在蒸发器4中等压蒸发。

本发明高压液体做功式有机朗肯循环发电系统，采用有机工质为R245fa时，所述蒸发器4的进口压力控制在2.83～3.39MPa，蒸发器4的出口温度控制在413.15K～423.15K；采用有机工质为R141b时，蒸发器4的进口压力控制在2.95～3.15MPa，蒸发器4的出口温度控制在455.15K～463.15K。

本发明高压液体做功式有机朗肯循环发电系统，要求进入两相升压装置中引射低压下的液态有机工质R245fa的温度控制在306.15～313.15K,压力控制在0.2～0.3MPa，液态有机工质R141b的温度控制在323.15～333.15K,压力控制在0.2～0.3MPa，液体工质的质量流量要比气态有机工质的质量流量大，液气质量流量比控制在10以上。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.系统稳定运行后不需要外界输入能量，不像已有系统那样需要工质泵做功将工质压力提升，而是通过工质流经两相升压装置产生激波进行升压，省去了大量额外的功量投入，简单可靠，降低了运行成本。

2.采用的气液两相升压装置体积小，占的空间小，没有转动部件，不存在磨损，使用寿命长。

3.液轮机工作条件要求不高，效率高(比汽轮机、涡旋膨胀机和螺杆膨胀机的效率都要高)，且运行稳定和维护方便。