一种自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统及工艺的制作方法

1.本发明属于换热技术领域，尤其是涉及一种自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统及工艺。


背景技术：

2.针对日益严峻的能源与环境问题，有机朗肯循环技术是回收利用低品位可再生能源及工业余热的有效技术手段，更是实现“双碳”目标的重要抓手。
3.但是，有机朗肯循环系统的热效率普遍偏低，抑制了该技术的进一步推广应用，这是由于有机朗肯循环系统蒸发器中的热量大部分都用于加热有机工质的潜热了，限制了系统蒸发温度的进一步提升。
4.在有机朗肯循环系统中，工质泵是必不可少的部件，工质泵主要承担将有机工质液体加压至蒸发压力以及输送有机工质液体到蒸发器的作用。对于小型系统来说，系统功率输出相对较低，同时小流量的工质泵效率较低，导致系统中工质泵耗功严重。甚至在极端情况下，可能出现系统发电机输出电功率比工质泵耗功小，系统净输出功为负的情况。或者位置偏远、人烟稀少的地方，如海岛、高原等，常规电网供电成本都相关高，有机朗肯循环系统工质泵的启动就会受到限制。


技术实现要素：

5.本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统。
6.为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：一种自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统，其特征在于：所述自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统包括预热器、两相蒸发器、气液分离器、双级膨胀机、发电机、闪蒸器、喷射器、回热器、冷凝器、多个截止阀、左储增压罐以及右储增压罐；所述两相蒸发器与气液分离器相连通；所述气液分离器的气相有机工质出口与双级膨胀机的入口相连通，所述气液分离器的液相有机工质出口与闪蒸器的入口相连通，所述双级膨胀机给发电机发电；所述闪蒸器的有机工质液体出口与喷射器的入口相连通；所述双级膨胀机的有机工质乏汽出口与回热器的热源入口相连通；所述回热器的热源出口与冷凝器的热源入口相连通，所述冷凝器的热源出口与回热器的冷源入口相连通，所述回热器的冷源出口连通至喷射器；所述喷射器的出口分别与左储增压罐的入口以及右储增压罐的入口相连通；所述左储增压罐的出口以及右储增压罐的出口分别与预热器的冷源入口相连通；所述左储增压罐的入口管路、出口管路以及右储增压罐的入口管路、出口管路上分别设有截止阀。
7.在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述闪蒸器的有机工质蒸汽出口与双级膨胀机的入口相连通。
8.作为本发明的优选技术方案：所述气液分离器的液相有机工质出口与闪蒸器的入口的连通管路上设有节流阀。
9.作为本发明的优选技术方案：所述气液分离器的气相有机工质出口与左储增压罐的入口相连通，且两者的连通管路上设有截止阀。
10.作为本发明的优选技术方案：所述气液分离器的气相有机工质出口与右储增压罐的入口相连通，且两者的连通管路上设有截止阀。
11.本发明的还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电工艺。
12.为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：一种自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电工艺，所述自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电工艺基于前文所述的自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统，并包括如下步骤：低沸点的有机工质在两相蒸发器中被加热成气液两相状态，然后进入气液分离器中进行气液分离，其中汽相有机工质进入双级膨胀机的高压级膨胀做功，带动发电机发电，液相有机工质经过节流阀减压后进入闪蒸器中闪蒸，闪蒸出的有机工质蒸汽进入双级膨胀机的低压级进行膨胀做功，带动发电机发电；双级膨胀机出口的有机工质乏汽在回热器中与从冷凝器出来的液相有机工质进行换热后进入冷凝器；闪蒸后的有机工质液体温度、压力较高，冷凝器出口经回热后的有机工质液体温度、压力较低；当左储增压罐的入口管路上的截止阀开启时，右储增压罐的出口管路上的截止阀开启，其余截止阀关闭，喷射器中引射的有机工质液体进入到左储增压罐中；当左储增压罐中的液位达到设计值时，气液分离器的气相有机工质出口与左储增压罐的入口的连通管路上的截止阀开启，右储增压罐的出口管路上的截止阀开启，其余截止阀关闭，气液分离器中分离出的10%的高温高压有机工质蒸汽进入到左储增压罐中；当左储增压罐的压力与预热器的压力相平衡时，气液分离器的气相有机工质出口与右储增压罐的入口的连通管路上截止阀开启，左储增压罐的出口管路上的截止阀开启，其余截止阀关闭，左储增压罐中的高压有机工质液体进入到预热器中，实现液相有机工质从冷凝器到预热器的增压流动，与此同时，喷射器中引射的有机工质液体进入到右储增压罐中，然后循环往复，喷射器中引射的有机工质液体交替进入到左储增压罐和右储增压罐中，左储增压罐和右储增压罐中的有机工质液体再交替进入到预热器中，最终实现液相有机工质从冷凝器到预热器的连续增压流动。
13.本发明提供一种自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统及工艺，将两相蒸发器出口的有机工质变成两相状态，提高系统的蒸发温度，进而提升系统的效率。双储增压罐和部分高温高压有机工质蒸汽替代工质泵，利用双储增压罐的切换运行和高温高压有机工质蒸汽的增压作用，解决有机工质的循环问题，实现了系统的自启动无功耗运行。同时利用喷射器的引射增压作用，降低膨胀机的背压，实现净输出功的提升。由于有机工质膨胀做功与有机工质闪蒸系统的耦合作用，系统存在两路液相有机工质，利用喷射器的引射增压作用，充分利用闪蒸器出口液相有机工质压力，降低膨胀机出口的背压，实现净输出功的提升。利用双储增压罐和小比例高温高压有机工质蒸汽代替工质泵，解决了无工质泵工况下，
液相有机工质从冷凝器到蒸发器的增压流动问题，实现了系统自启动无功耗运行。该系统节能效果显著、控制方便，适用于太阳能、生物质能、地热能、工艺余热等低品位能源，特别是小型发电系统及偏远地区。
附图说明
14.图1为本发明所提供的自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统的图示；图中：1、预热器，2、两相蒸发器，3、气液分离器，4、双级膨胀机，5、发电机，6、节流阀，7、闪蒸器，8、喷射器，9、回热器，10、冷凝器，11-16、截止阀，17、左储增压罐，18、右储增压罐。
具体实施方式
15.参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
16.为回收利用低品位热能，如太阳能、地热能、生物质能、工业余热等，本发明提供一种自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统，主要包括预热器1，两相蒸发器2，气液分离器3，双级膨胀机4，发电机5，节流阀6，闪蒸器7，喷射器8，回热器9，冷凝器10，截止阀11-16，左储增压罐17，右储增压罐18以及连接管路。
17.具体地，上述自启动无功耗有机工质膨胀-闪蒸发电系统的工作过程如下所述：低沸点的有机工质在两相蒸发器2中被加热成气液两相状态，然后进入气液分离器3中进行气液分离，其中汽相有机工质进入双级膨胀机4的高压级膨胀做功，带动发电机5发电，液相有机工质经过节流阀6减压后进入闪蒸器7中闪蒸，闪蒸出的有机工质蒸汽进入双级膨胀机4的低压级进行膨胀做功，带动发电机5发电。双级膨胀机4出口的有机工质乏汽在回热器9中与从冷凝器10出来的液相有机工质进行换热后进入冷凝器10。闪蒸后的有机工质液体温度、压力较高，冷凝器10出口经回热后的有机工质液体温度、压力较低。当截止阀11开启时，截止阀16开启，截止阀12、13、14、15关闭，喷射器8中引射的有机工质液体进入到左储增压罐17中，当左储增压罐17中的液位达到设计值时，截止阀11关闭，截止阀12开启，截止阀13、14、15关闭，截止阀16开启，气液分离器3中分离出的10%的高温高压有机工质蒸汽进入到左储增压罐17中，当左储增压罐17的压力与预热器1的压力相平衡时，截止阀11、12、14、16关闭，截止阀13开启，截止阀15开启，左储增压罐18中的高压有机工质液体进入到预热器1中，实现液相有机工质从冷凝器到预热器的增压流动，与此同时，喷射器8中引射的有机工质液体进入到右储增压罐18中，然后循环往复，喷射器8中引射的有机工质液体交替进入到左储增压罐17和右储增压罐18中，左储增压罐17和右储增压罐18中的有机工质液体再交替进入到预热器1中，最终实现液相有机工质从冷凝器到预热器的连续增压流动。
18.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。