CN102562179A - 带有液体引射装置的有机朗肯循环发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有液体引射装置的有机朗肯循环发电系统，主要是在朗肯循环系统中的膨胀机与冷凝器之间，增设一液体引射器与工质泵。引射器的工作流体进口接第二级工质泵，被引射器引射的流体进口与膨胀机的出口相接，引射器的混合流体出口接于冷凝器工质侧的进口。工质侧出口分别接于第一和第二级工质泵，第一级工质泵依次串接于蒸发器、膨胀机、被引射器引射的流体进口以及冷凝器，构成闭环回路。膨胀机排气作为被引射的流体，可降低膨胀机的背压，增大工作压差，可提高朗肯循环系统的做功能力。同时，采用非蒸汽型的液体引射，避免了对引射器的热量输入，使得系统在输入相同热量条件下，该朗肯循环系统输出功增大，热效率得到明显提高。
Description
技术领域
本发明属于热发电技术，具体涉及一种采用引射器提高膨胀机输出功的朗肯循环发电装置。
背景技术
采用有机工质替代水蒸汽的有机朗肯循环(ORC)虽可使中低温热源的利用范围扩大，但由于中低温热源的温度与环境温度之间的差值较小，膨胀过程工作压差小，故做功能力低，能源转化效率低，由此限制了中低温热源ORC发电的推广应用。目前国内外对此项技术的改进策略为：工质的筛选；系统部件优化(如膨胀机的优化设计)、采用跨临界循环代替亚临界循环等。对于中低温热能的发电而言，关键是如何提高其ORC循环的输出功与效率，这是ORC能否推广应用的本质所在。
采用引射原理技术运用于ORC，可以提高ORC系统的做功能力与效率。引射器具有以高压能量来降低被引射流体压力的特征，因此将引射器运用于ORC，膨胀机的排气通过引射器引射后，可降低膨胀机的背压，增大其工作压差。同时，采用非蒸汽型的液体引射器，避免了对引射器的热量输入，使得系统在输入相同热量条件下，不仅使ORC循环的输出功增大，同时其热效率也得到了明显提高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种带有液体引射装置的有机朗肯循环系统，在ORC系统中增设液体引射器，以降低膨胀机的背压，增大膨胀的工作压差，提高ORC的做功能力与效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：引射器的工作流体进口接于第二级工质泵，被引射器引射的流体进口与膨胀机的出口相接，引射器的混合流体出口接于冷凝器工质侧的进口。冷凝器工质侧出口分别接于第一和第二级工质泵，第一级工质泵依次串接于蒸发器、膨胀机、被引射器引射的流体进口以及冷凝器，构成闭环回路。蒸发器的水侧接于热源水。
即在膨胀机与冷凝器之间串接一个液体引射器和工质泵。蒸发器的工质侧与膨胀机、引射器、冷凝器以及一级工质泵串接构成一个闭路循环；引射器、冷凝器和二级工质泵串接构成另一个闭路循环。冷凝器出口的饱和液态工质分两路：一路经一级工质泵加压后，进入蒸发器加热，然后进入膨胀机，膨胀做功，推动发电机发电；另一路经二级工质泵加压后进入引射器，作为引射器的工作流体，两路流体在引射器内混合后进入冷凝器。
本发明的特点以及产生的有益效果是：
在常规ORC基础上，增设液体引射器和二级工质泵，膨胀机排气作为被引射器引射的流体，可降低膨胀机的背压，增大其工作压差，以提高ORC循环的做功能力。另外，采用非蒸汽型的液体引射，避免了对引射器的热量输入，使得系统在输入相同热量条件下，该ORC系统输出功增大，热效率明显得到提高。
另外，由于引射器的工作流体是低焓液体，被引射的流体压降较大的低焓蒸汽，二者混合后的工质焓值要低于常规ORC系统的膨胀机排气，这样降低了冷凝器的冷却负荷，因此可减少冷凝器的投资与泵的功耗。
附图说明
所示附图为本发明装置的工作原理以及系统图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的系统结构作进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。不以此限制本发明的保护范围。
带有液体引射装置的有机朗肯循环(LEORC)系统具有：蒸发器、膨胀机、引射器、冷凝器以及工质泵。引射器1的工作流体进口接于第二级工质泵5-2，被引射器引射的流体进口与膨胀机4的出口相接，引射器的混合流体出口接于冷凝器2工质侧的进口。冷凝器工质侧出口分别接于第一级工质泵5-1和第二级工质泵5-2；第一级工质泵依次串接于蒸发器3、膨胀机、被引射器引射的流体进口以及冷凝器，构成闭环回路。蒸发器3的水侧接于热源水。第二级工质泵将冷凝器出口的部分冷凝液加压后做为引射器的工作流体。
本实施例的循环工质为正丁烷(R600)，热源水温度为95℃，流量1kg/s；工质冷凝温度为35℃。本实施例的运行工况与常规ORC循环达到最大输出功时的运行工况相同，其循环性能的比较如下表所示。其中，引射器的引射压力，即膨胀机出口压力为0.7倍冷凝压力，引射器引射系数为0.3。两种循环系统的运行工况与性能参数热力学理论计算。
带有液体引射器的(LEORC)系统与常规(ORC)系统发电性能比较
循环说明：
(1)冷凝器出口的R600饱和液中的23％(质量百分比)由一级工质泵加压到6.87bar，进入蒸发器吸热，无过热度。
(2)R600饱和蒸汽进入膨胀机，等熵膨胀，推动发电机做功后进入引射器被引射流体进口。膨胀机出口排气温度29.5℃，排气压力2.29bar，过热度6.5℃。
(3)冷凝器出口的饱和液态工质中的77％(质量百分比)由二级工质泵加压到6.87bar，送至引射器，作为引射器的工作流体，进行引射。
(4)膨胀机排气(总量的23％)与工质泵出口过冷液体(总量的77％)进入引射器，混合、扩压后排出，引射器出口排气压力3.28bar，位于两相区，干度为0.23。
(5)引射器出口工质进入冷凝器内冷凝为饱和液，冷凝温度35℃，冷凝压力3.28bar。冷凝器出口的饱和液体分别由一级和二级工质泵送入蒸发器和引射器。如此完成一个循环。
由此得到：LEORC比ORC发电能力提高42％，由于两循环的总输入热量，即蒸发器换热量相同，所以，LEORC比ORC发电效率提高亦为42％。同时，LEORC的冷凝负荷比ORC降低3.23％。
Claims (1)
1.带有液体引射装置的有机朗肯循环发电系统，具有蒸发器、膨胀机、引射器、冷凝器以及工质泵，其特征是：引射器(1)的工作流体进口接于第二级工质泵(5-2)，被引射器引射的流体进口与膨胀机(4)的出口相接，引射器的混合流体出口接于冷凝器(2)工质侧的进口；冷凝器工质侧出口分别接于第一级工质泵(5-1)和第二级工质泵(5-2)；第一级工质泵依次串接于蒸发器(3)、膨胀机、被引射器引射的流体进口以及冷凝器，构成闭环回路，蒸发器(3)的水侧接于热源水。
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