双压吸热非共沸有机闪蒸-朗肯循环中低温热能利用系统技术方案

本发明专利技术公开了双压吸热非共沸有机闪蒸‑朗肯循环中低温热能利用系统，其包括低压级预热器、高压级工质泵、高压级预热器、高压级节流阀、高压级气液分离器、高压级透平、低压级节流阀、低压级气液分离器、低压级蒸发器、低压级透平、冷凝器、低压级工质泵、冷却水泵和冷却塔，它们构成了第一有机朗肯循环管路、第一有机闪蒸循环管路、第二有机朗肯循环管路、第二有机闪蒸循环管路和冷却水循环管路，可以扩大了工质的遴选范围，实现不同工质组元的优势互补，从而能够改善循环与热/冷源的温度匹配、减小循环(

Low and Medium Temperature Thermal Energy Utilization System of Double Pressure Endothermic Non-azeotropic Organic Flash-Rankine Cycle

【技术实现步骤摘要】
双压吸热非共沸有机闪蒸-朗肯循环中低温热能利用系统
本专利技术涉及能源利用
，特别是涉及双压吸热非共沸有机闪蒸-朗肯循环中低温热能利用系统。
技术介绍
近年来随着中国经济的快速发展，我国能源消费总量迅速增长，2017年中国的能源消费总量达到了44.9亿吨标准煤，而我国能源的消费仍以煤炭等化石燃料为主，煤炭的消费比重占到了全部能源消费的60％以上。化石燃料属于不可再生能源，化石燃料的大规模使用向大气中排放了大量的CO2、SO2、NOx等有害气体，导致全球气候变暖，造成大气污染，还加剧了能源危机，严重影响了社会经济的发展与人民的健康。因此，优化能源结构，减少化石燃料消耗，节能减排以提高能源的利用率也就显得至关重要。利用和回收可再生能源以及工业生产过程中产生的余热可有效减少化石燃料的消耗，缓解能源和环境问题。我国太阳能、地热能等可再生能源以及工业余热十分丰富，每年陆地所接收的太阳能相当于2.4×108亿吨标准煤，但太阳能能流密度低，高温太阳能集热器结构复杂成本高，200℃以下的太阳能集热器结构简单，经济性好，更具推广前景；我国可开采的地热储量相当于2560亿吨标准煤，而其中储量的70％以上温度低于150℃；我国消耗能源总量中42％–46％将转换为各种工业余热，但在这些余热中超过63％的温度低于200℃。总体而言，我国大部分的可再生能源和工业余热均属于温度低于200℃的中低温余热，由于其热功转换特点与常规动力循环存在显著差异，目前对这些中低温热能的利用并不充分。传统的中低温热源利用方式，如有机朗肯循环(organicRankinecycle)、有机闪蒸循环(organicflashcycle)等，虽然能够在一定程度上有效利用中低温热源，但是由于这些循环往往在热/冷源换热过程中的温度匹配问题上表现不佳，因此存在巨大的损失，造成了能源的浪费；另外传统的有机闪蒸循环往往直接将截流后的饱和液体送入冷凝器进行冷凝，这也造成了很大的损失。因此开展新型循环的研究具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供双压吸热非共沸有机闪蒸-朗肯循环中低温热能利用系统，能够改善循环与热/冷源的温度匹配，减小循环损失，避免饱和液体直接截流后带来的能量损失。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供双压吸热非共沸有机闪蒸-朗肯循环中低温热能利用系统，包括低压级预热器(1)、高压级工质泵(2)、高压级预热器(3)、高压级节流阀(4)、高压级气液分离器(5)、高压级透平(6)、低压级节流阀(7)、低压级气液分离器(8)、低压级蒸发器(9)、低压级透平(10)、冷凝器(11)、低压级工质泵(12)、冷却水泵(13)和冷却塔(14)；所述低压级预热器(1)的热流体出口与低压级蒸发器(9)的冷流体进口、低压级蒸发器(9)的热流体出口与低压级透平(10)的进口、低压级透平(10)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口通过管道相连接，以构成第一有机朗肯循环管路；所述低压级预热器(1)的热流体出口与高压级工质泵(2)的进口、高压级工质泵(2)的出口与高压级预热器(3)的冷流体进口、高压级预热器(3)的热流体出口与高压级节流阀(4)的进口、高压级节流阀(4)的出口与高压级气液分离器(5)的进口、高压级气液分离器(5)的饱和蒸气出口与高压级透平(6)的进口、高压级透平(6)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口通过管道相连接，以构成第一有机闪蒸循环管路；所述低压级气液分离器(8)的饱和液体出口与低压级蒸发器(9)的冷流体进口、低压级蒸发器(9)的热流体出口与低压级透平(10)的进口、低压级透平(10)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口、低压级预热器(1)的热流体出口与高压级工质泵(2)的进口、高压级工质泵(2)的出口与高压级预热器(3)的冷流体进口、高压级预热器(3)的热流体出口与高压级节流阀(4)的进口、高压级节流阀(4)的出口与高压级气液分离器(5)的进口、高压级气液分离器(5)的饱和液体出口与低压级节流阀(7)的进口、低压级节流阀(7)的出口与低压级气液分离器(8)的进口通过管道相连接，以构成第二有机朗肯循环管路；所述高压级气液分离器(5)的饱和液体出口与低压级节流阀(7)的进口、低压级节流阀(7)的出口与低压级气液分离器(8)的进口、低压级气液分离器(8)的饱和气体出口与低压级透平(10)的进口、低压级透平(10)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口、低压级预热器(1)的热流体出口与高压级工质泵(2)的进口、高压级工质泵(2)的出口与高压级预热器(3)的冷流体进口、高压级预热器(3)的热流体出口与高压级节流阀(4)的进口、高压级节流阀(4)的出口与高压级气液分离器(5)的进口依次通过管道相连接，以构成第二有机闪蒸循环管路；所述冷凝器(11)的热流体出口与冷却水泵(13)的进口、冷却水泵(13)的出口与冷却塔(14)上端的布水管、冷却塔(14)下端的出口与冷凝器(11)的冷流体进口通过管道相连接，以构成冷却水循环管路。优选的，所述第一有机朗肯循环管路、第一有机闪蒸循环管路、第而有机朗肯循环管路和第二有机闪蒸循环管路的工质采用二氧化碳或者甲苯、R152a、R142b、R22、R123、R134a、R245fa、丙烷、R143a、R32、R23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷和异丁烷中的一种或者多种的混合物。优选的，所述工质采用R123；所述高压级透平(9)采用IT10螺杆式透平，净输出功率为10Kw；所述高压级预热器(3)的热流体出口处R123的压力为0.97MPa，温度为110℃，闪蒸压力为0.49MPa，换热器均采用管壳式换热器；所述低压级工质泵(12)和高压级工质泵(8)均采用高压屏蔽泵。优选的，所述冷却塔(14)的冷却水循环流量为20m3/h，所述冷却水循环管路采用的管道为无缝钢管。优选的，所述第一有机朗肯循环管路、第一有机闪蒸循环管路、第而有机朗肯循环管路和第二有机闪蒸循环管路在注入工质之前，对管道进行氮气吹扫和抽真空处理。区别于现有技术的情况，本专利技术的有益效果是：(1)通过引入非共沸工质，可以改善系统相变换热温度匹配程度，并扩大工质的遴选范围，实现不同工质组元的优势互补。(2)通过采用双压吸热改善热源与循环的温度匹配，高压级采用有机闪蒸循环避免热源高温段换热出现大温差相变换热，而低压级采用有机朗肯循环回收温度较低的热能以及闪蒸后饱和液体的余热，可以避免节流产生的巨大损失，实现中低温热能高效梯级利用，实现节能减排。(3)不同于传统的有机闪蒸循环将闪蒸后的饱和液体直接截流然后进入冷凝器，本专利技术对高压级气液分离器中的饱和液体进行截流闪蒸，对低压级气液分离器中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双压吸热非共沸有机闪蒸‑朗肯循环中低温热能利用系统，其特征在于，包括低压级预热器(1)、高压级工质泵(2)、高压级预热器(3)、高压级节流阀(4)、高压级气液分离器(5)、高压级透平(6)、低压级节流阀(7)、低压级气液分离器(8)、低压级蒸发器(9)、低压级透平(10)、冷凝器(11)、低压级工质泵(12)、冷却水泵(13)和冷却塔(14)；所述低压级预热器(1)的热流体出口与低压级蒸发器(9)的冷流体进口、低压级蒸发器(9)的热流体出口与低压级透平(10)的进口、低压级透平(10)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口通过管道相连接，以构成第一有机朗肯循环管路；所述低压级预热器(1)的热流体出口与高压级工质泵(2)的进口、高压级工质泵(2)的出口与高压级预热器(3)的冷流体进口、高压级预热器(3)的热流体出口与高压级节流阀(4)的进口、高压级节流阀(4)的出口与高压级气液分离器(5)的进口、高压级气液分离器(5)的饱和蒸气出口与高压级透平(6)的进口、高压级透平(6)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口通过管道相连接，以构成第一有机闪蒸循环管路；所述低压级气液分离器(8)的饱和液体出口与低压级蒸发器(9)的冷流体进口、低压级蒸发器(9)的热流体出口与低压级透平(10)的进口、低压级透平(10)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口、低压级预热器(1)的热流体出口与高压级工质泵(2)的进口、高压级工质泵(2)的出口与高压级预热器(3)的冷流体进口、高压级预热器(3)的热流体出口与高压级节流阀(4)的进口、高压级节流阀(4)的出口与高压级气液分离器(5)的进口、高压级气液分离器(5)的饱和液体出口与低压级节流阀(7)的进口、低压级节流阀(7)的出口与低压级气液分离器(8)的进口通过管道相连接，以构成第二有机朗肯循环管路；所述高压级气液分离器(5)的饱和液体出口与低压级节流阀(7)的进口、低压级节流阀(7)的出口与低压级气液分离器(8)的进口、低压级气液分离器(8)的饱和气体出口与低压级透平(10)的进口、低压级透平(10)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口、低压级预热器(1)的热流体出口与高压级工质泵(2)的进口、高压级工质泵(2)的出口与高压级预热器(3)的冷流体进口、高压级预热器(3)的热流体出口与高压级节流阀(4)的进口、高压级节流阀(4)的出口与高压级气液分离器(5)的进口依次通过管道相连接，以构成第二有机闪蒸循环管路；所述冷凝器(11)的热流体出口与冷却水泵(13)的进口、冷却水泵(13)的出口与冷却塔(14)上端的布水管、冷却塔(14)下端的出口与冷凝器(11)的冷流体进口通过管道相连接，以构成冷却水循环管路。...

【技术特征摘要】
1.一种双压吸热非共沸有机闪蒸-朗肯循环中低温热能利用系统，其特征在于，包括低压级预热器(1)、高压级工质泵(2)、高压级预热器(3)、高压级节流阀(4)、高压级气液分离器(5)、高压级透平(6)、低压级节流阀(7)、低压级气液分离器(8)、低压级蒸发器(9)、低压级透平(10)、冷凝器(11)、低压级工质泵(12)、冷却水泵(13)和冷却塔(14)；所述低压级预热器(1)的热流体出口与低压级蒸发器(9)的冷流体进口、低压级蒸发器(9)的热流体出口与低压级透平(10)的进口、低压级透平(10)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口通过管道相连接，以构成第一有机朗肯循环管路；所述低压级预热器(1)的热流体出口与高压级工质泵(2)的进口、高压级工质泵(2)的出口与高压级预热器(3)的冷流体进口、高压级预热器(3)的热流体出口与高压级节流阀(4)的进口、高压级节流阀(4)的出口与高压级气液分离器(5)的进口、高压级气液分离器(5)的饱和蒸气出口与高压级透平(6)的进口、高压级透平(6)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口通过管道相连接，以构成第一有机闪蒸循环管路；所述低压级气液分离器(8)的饱和液体出口与低压级蒸发器(9)的冷流体进口、低压级蒸发器(9)的热流体出口与低压级透平(10)的进口、低压级透平(10)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与低压级工质泵(12)的进口、低压级工质泵(12)的出口与低压级预热器(1)的冷流体进口、低压级预热器(1)的热流体出口与高压级工质泵(2)的进口、高压级工质泵(2)的出口与高压级预热器(3)的冷流体进口、高压级预热器(3)的热流体出口与高压级节流阀(4)的进口、高压级节流阀(4)的出口与高压级气液分离器(5)的进口、高压级气液分离器(5)的饱和液体出口与低压级节流阀(7)的进口、低压级节流阀(7)的出口与低压级气液分离器(8)的进口通过管道相连接，以构成第二有机朗肯循环管路；所述高压级气液分离器(5)的饱和液体出口与低压...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛众，鄢银连，解志勇，相华江，张军，袁志鹏，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53