一种带气-液喷射器的有机朗肯双级闪蒸循环系统

1.本发明涉及有机朗肯闪蒸循环发电技术领域，具体地，涉及一种带气-液喷射器的有机朗肯双级闪蒸循环系统。


背景技术：

2.近些年，我国不合理的能源结构和逐年递增的能源消耗使环境问题愈演愈烈，大力开发清洁能源以及利用工业余热已经成为我国发展的必然选择。上述能源在我国的分布特点是总量大、种类多、分布广但多为中低温热源，因此发展中低温资源利用技术成为当务之急。
3.为高效利用中低温热源，常结合热功转化技术将低品位的一次能源或工业余热、废热等转化为高品位的电能。在众多热功转化技术之中，有机朗肯循环是最具有应用前景的中低温资源利用技术之一。然而随着有机朗肯循环发电规模减小以适应当地的中低温资源，系统各部件尺寸减小，单机效率降低，工质泵耗功大的问题愈发显著，其最高可占一半以上的膨胀机输出功，因此，如何有效减小工质泵耗功已成为提升有机朗肯循环系统性能的关键性问题。现有技术中亟需一种利用气-液喷射器升压特性以降低工质泵耗功，提高系统发电性能的有机朗肯双级闪蒸循环系统。


技术实现要素：

4.针对上述情况，本发明拟解决的问题是，提供一种带气-液喷射器的有机朗肯双级闪蒸循环系统。
5.本发明解决所述技术问题的技术方案如下：
6.一种带气-液喷射器的有机朗肯双级闪蒸循环系统，包括蒸发器、气液分离器、闪蒸罐、高压膨胀机、低压膨胀机、冷凝器、气-液喷射器、工质泵、第一混合器、第二混合器、第一发电机和第二发电机，所述蒸发器的工质出口与所述气液分离器的进口连通，所述气液分离器的气态工质出口与所述高压膨胀机的入口连通，所述气液分离器的液态工质出口与所述闪蒸罐的入口连通；所述闪蒸罐的气态工质出口的一部分与所述低压膨胀机的入口连通，另一部分与所述气-液喷射器的蒸汽喷嘴进口连通，所述闪蒸罐的液态工质出口与工所述质泵的入口连通；所述高压膨胀机膨胀做功驱动所述第一发电机，所述高压膨胀机的出口与所述第一混合器连通；所述低压膨胀机膨胀做功驱动是所述第二发电机，所述低压膨胀机的出口与所述第一混合器连通；所述第一混合器还与所述冷凝器的工质入口连通；所述冷凝器的工质出口与所述气-液喷射器的液体喷嘴进口连通，所述冷凝器的冷却水入口和冷却水出口连接外界冷却水源；所述气-液喷射器的出口与所述第二混合器连通；所述第二混合器还与所述工质泵的出口连通；所述第二混合器与所述蒸发器的工质入口连通；所述蒸发器的热源入口与中低温热源连接，所述蒸发器的热源出口与中低温热源的排放处连接。
7.有机朗肯双级闪蒸循环系统的控制方法，包括以下步骤：
第一混合器；7-冷凝器；8-气-液喷射器；9-工质泵；10-第二混合器；11-第一发电机；12-第二发电机。
具体实施方式
20.下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本技术权利要求的保护范围。
21.如图1所示的带气-液喷射器的有机朗肯双级闪蒸循环系统，系统包括蒸发器1、气液分离器2、闪蒸罐3、高压膨胀机4、低压膨胀机5、第一混合器6、冷凝器7、气-液喷射器8、工质泵9、第二混合器10、第一发电机11、第二发电机12。
22.所述蒸发器1的工质出口与所述气液分离器2的进口连通，所述气液分离器2的气态工质出口与所述高压膨胀机4的入口连通，所述气液分离器2的液态工质出口与所述闪蒸罐3的入口连通；所述闪蒸罐3的气态工质出口的一部分与所述低压膨胀机5的入口连通，另一部分与所述气-液喷射器8的蒸汽喷嘴进口连通，所述闪蒸罐3的液态工质出口与工所述质泵9的入口连通；所述高压膨胀机4膨胀做功驱动所述第一发电机11，所述高压膨胀机4的出口与所述第一混合器6连通；所述低压膨胀机5膨胀做功驱动是所述第二发电机12，所述低压膨胀机5的出口与所述第一混合器6连通；所述第一混合器6还与所述冷凝器7的工质入口连通；所述冷凝器7的工质出口与所述气-液喷射器8的液体喷嘴进口连通，所述冷凝器7的冷却水入口和冷却水出口连接外界冷却水源；所述气-液喷射器8的出口与所述第二混合器10连通；所述第二混合器10还与所述工质泵9的出口连通；所述第二混合器10与所述蒸发器1的工质入口连通；所述蒸发器1的热源入口与中低温热源连接，所述蒸发器1的热源出口与中低温热源的排放处连接。
23.气液分离器2的作用是对因热源品位较低而未完全蒸发的工质进行气液分离。
24.闪蒸罐3的作用是通过降压扩容，使来自气液分离器2的液体工质发生闪蒸，获得可供利用的气态工质。
25.气-液喷射器8的作用是利用高温高压蒸汽来自3闪蒸出来的蒸汽引射低温低压液体来自7的工质，在8的混合室中通过直接接触换热使气体发生冷凝，在混合室末端产生强烈的凝结激波，使混合流体压力迅速提高，最后通过扩散过程使混合流体的压力进一步提高，从而达到高效的增压目的。
26.优选地，本系统选择干工质或等熵工质以避免蒸汽在气液喷射器8的喷嘴的膨胀过程中形成小液滴影响加速过程和增加流动损失。
27.本发明的工作原理和工作流程是：
28.以中低温热源水为例，中低温热源水进入蒸发器1的热源入口，与蒸发器1中的液态有机工质进行换热，使工质经历不完全蒸发过程，液态有机工质变成气液两相态有机工质；换热后的中低温热源从蒸发器1的热源出口流出；气液两相态有机工质从蒸发器1的工质出口流出，进入气液分离器2实现气液分离；分离得到气态有机工质从气液分离器2的气态工质出口流出，进入高压膨胀机4膨胀做功，带动第一发电机11发电；分离得到的液态有机工质从气液分离器2的液态工质出口流出，进入闪蒸罐3中进行闪蒸；经闪蒸罐3气液分离得到的气态有机工质分成两部分，一部分进入低压膨胀机5膨胀做功，带动第二发电机12发电；另一部分进入气-液喷射器的蒸汽喷嘴；闪蒸罐3分离出的液态工质进入工质泵9；高压
膨胀机4的乏汽和低压膨胀机5的乏汽进入第一混合器6中进行混合，混合后的气态有机工质进入冷凝器7；气态有机工质与从外界进入冷凝器7的冷却水进行换热，换热后的低温冷却水变成高温冷却水，从冷凝器7的冷却水出口流出；换热后的气态有机工质冷凝成饱和液态有机工质，从冷凝器7的工质出口流出，进入气-液喷射器的液体喷嘴；
29.在气-液喷射器8中，在闪蒸罐3中气液分离后得到的气态有机工质作为工作流体，并高速通过蒸汽喷嘴，同时，从冷凝器7的工质出口流出的低温低压液体作为引射流体，经过液体喷嘴进行加速降压；工作流体和引射流体分别通过蒸汽喷嘴出口和液体喷嘴出口，在气-液喷射器8的混合室中混合；得到的混合流体在气-液喷射器8的扩散室中再进行扩散，然后进入所述第二混合器10；同时，经所述工质泵9加压到蒸发压力后的有机工质进入所述第二混合器10；
30.在气-液喷射器8进行喷射的过程中，需要控制闪蒸罐4的气体出口的流量比例，在闪蒸罐3中气液分离后得到的气态有机工质作为工作流体将作为气-液喷射器8正常运行所必须的高温高压蒸汽，从冷凝器7的工质出口流出的低温低压液体作为引射流体。工作流体被送入气-液喷射器8的蒸汽喷嘴，工作流体将热能转化为动能并高速通过蒸汽喷嘴，同时，形成压差从而引射引射流体，经过液体喷嘴进行加速降压；工作流体和引射流体分别通过蒸汽喷嘴出口和液体喷嘴出口，在混合室中通过直接接触换热使气体发生冷凝，通过剧烈的质量、动量和热量的交换，逐渐形成均匀的两相流；两相流在混合室末端受背压的影响产生强烈的凝结激波，使混合流体压力迅速提高；混合流体在扩散室中进行扩散过程，使压力进一步提升至超过工作流体的压力，从而达到蒸发器的蒸发压力；
31.气-液喷射器8的混合流体进入第二混合器10；同时，经工质泵9加压到蒸发压力后的有机工质进入也第二混合器10。
32.两部分流体在第二混合器10中混合后进入蒸发器1，完成循环。
33.例如，本系统中，温度为110℃，质量流量为1kg/s的热源水进入蒸发器1内为系统提供热量；温度为20℃，质量流量为2kg/s的冷却水进入冷凝器7中；冷凝温度为35℃；引射比为8；机械摩擦效率为95％；发电效率为95％；有机工质r245fa以0.92kg/s流入蒸发器1，分别于高压膨胀机4和低压膨胀机5内膨胀做功，共提供约8.34kw的膨胀功；工质泵耗功约为0.86kw；最终获得的系统净输出功为6.67kw；相比同工况下无气-液喷射器的有机朗肯闪蒸循环系统，膨胀机输出功虽然减少了0.58kw，但节省工质泵耗功1.22kw，系统净输出功提高了0.7kw，相对提升了11.73％。
34.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。