本發(fā)明涉及一種梯級回收利用低品位熱的ORC系統(tǒng)及方法，屬于節(jié)能領(lǐng)域。

技術(shù)背景

化石燃料是人類賴以生存的基礎(chǔ)，化石燃料的大量使用不僅帶來了環(huán)境污染，而且利用率不高，造成了能源巨大浪費。隨著化石燃料日益枯竭，可再生清潔能源太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芤约肮S廢熱等變溫?zé)嵩礋崮艿睦玫玫窖芯空邆冊絹碓蕉嗟年P(guān)注。有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)被視為最適合用于回收低品位能源技術(shù)之一，但一般的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的效率普遍偏低，如何實現(xiàn)“溫度對口，梯級利用”的能源利用原則，對提高有機朗肯循環(huán)的效率和該項技術(shù)的推廣具有十分深遠的意義。

目前對于低品位變溫?zé)嵩?，主要采用兩種ORC廢熱回收方法：第一種方法主要采用常規(guī)純工質(zhì)的ORC循環(huán)因為其蒸發(fā)過程存在明顯的恒溫段，使得變溫?zé)嵩礋崮芑厥者^程的換熱溫差較大，從而存在明顯的有用能損失；

第二種方法主要采用非共沸混合工質(zhì)ORC循環(huán)來實現(xiàn)溫度匹配，由于常規(guī)混合工質(zhì)蒸發(fā)過程的滑移溫度不高，因此盡管能夠較采用純工質(zhì)的ORC系統(tǒng)效率有所提高，但熱效率改善程度有限。

因此，如何繼續(xù)改善變溫廢熱回收滑移溫度匹配，是提高變溫?zé)嵩锤咝Щ厥盏难芯糠较蛑弧?/p>

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種梯級回收利用低品位熱的ORC系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)可充分回收利用太陽能、地?zé)崮芎凸I(yè)廢熱等低品位變溫?zé)嵩吹臒崮埽行Ц纳屏俗儨責(zé)嵩磸U熱回收過程的溫度匹配，對變溫?zé)嵩礋崮苣軌蜻M行了有效的梯級回收利用，提高了能源的利用率，其節(jié)能效果明顯。

一種梯級回收利用低品位熱的ORC系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括：第一泵、第二泵、第三泵、第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第一氣液分離器、第二氣液分離器、第一膨脹機、第二膨脹機、第三膨脹機、混合器、冷凝器。

第一換熱器包括冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口和熱側(cè)出口；第一氣液分離器包括入口、氣相出口和液相出口；第二換熱器包括冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口和熱側(cè)出口；第二氣液分離器包括入口、氣相出口和液相出口；第三換熱器包括冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口和熱側(cè)出口；混合器包括混合入口和混合出口；冷凝器包括冷側(cè)入口、冷側(cè)出口、熱側(cè)入口和熱側(cè)出口；

工質(zhì)與第一換熱器的冷側(cè)入口相連，第一換熱器的冷側(cè)出口與第一氣液分離器的入口相連；

第一氣液分離器的氣相出口通過第一膨脹機與混合器的入口相連；

第一氣液分離器的液相出口通過第二泵與第二換熱器的冷側(cè)入口相連，第二換熱器的冷側(cè)出口與第二氣液分離器的入口相連；

第二氣液分離器的氣相出口通過第二膨脹機與混合器的入口相連；

第二氣液分離器的液相出口通過第三泵與第三換熱器的冷側(cè)入口相連，第三換熱器的冷側(cè)出口通過第三膨脹機與混合器的入口相連，混合器的出口與冷凝器的熱側(cè)相連，冷凝器的熱側(cè)出口通過第一泵與第一換熱器的冷側(cè)入口相連；常溫液態(tài)水與冷凝器的冷側(cè)入口相連，冷凝器的冷側(cè)出口與環(huán)境相連；

熱源與第三換熱器的熱側(cè)入口相連，第三換熱器熱側(cè)出口與第二換熱器的熱側(cè)入口相連，第二換熱器熱側(cè)出口與第一換熱器的熱側(cè)入口相連，第一換熱器的熱側(cè)出口與環(huán)境相連；

所述的梯級回收利用低品位熱的ORC系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下過程：

工質(zhì)進入第一換熱器的冷側(cè)吸收熱側(cè)熱源的熱量，吸熱后的工質(zhì)進入第一氣液分離器的入口；

第一氣液分離器氣相出口的氣態(tài)工質(zhì)進入第一膨脹機入口進行膨脹做功，第一膨脹機出口的產(chǎn)物進入混合器的入口；

第一氣液分離器液相出口的液態(tài)工質(zhì)通過第二泵升壓后進入第二換熱的冷側(cè)吸收熱側(cè)熱源的熱量，第二換熱器冷側(cè)出口的工質(zhì)進入第二氣液分離器的入口；

第二氣液分離器氣相出口的工質(zhì)進入第二膨脹機的入口做功，第二膨脹機出口的產(chǎn)物進入混合器的入口；

第二氣液分離器液相出口通過第三泵升壓進入第三換熱器的冷側(cè)吸收熱側(cè)熱源的熱量，第三換熱器冷側(cè)出口的工質(zhì)進入第三膨脹機做功，第三膨脹機出口的產(chǎn)物進入混合器的入口；

經(jīng)過混合器混合后的工質(zhì)進入冷凝器的冷側(cè)被熱側(cè)的常溫液態(tài)水冷卻，冷凝器出口的工質(zhì)通過第一泵升壓后進入第一換熱器的冷側(cè)，開始下一個循環(huán)。

由于該系統(tǒng)通過采用多個增壓泵、多個氣液分離器，并以非共沸混合工質(zhì)作為工作流體，與一般僅采用非共沸混合工質(zhì)的有機朗肯循環(huán)相比，該系統(tǒng)不僅可以調(diào)整工質(zhì)組成來改善變溫廢熱回收過程的溫度匹配，而且可以通過調(diào)整增壓泵壓比以及氣液分離器的氣液比，來改善變溫?zé)嵩磸U熱回收過程的滑移溫度匹配，因此可以有效降低變溫廢熱回收過程有用能的損失，有效提高廢熱回收效率。

附圖說明

圖1 梯級回收利用低品位熱的ORC系統(tǒng)；

圖中標號名稱：1、第一泵,2、第一換熱器，3、第一氣液分離器，4、第一膨脹機，5、第二泵，6、第二換熱器，7、第二氣液分離器，8、第二膨脹機，9、第三泵，10、第三換熱器，11、第三膨脹機，12、混合器，13、熱源，14、工質(zhì)，15、冷凝器，16、常溫液態(tài)水。

具體實施方法

下面參照附圖1說明該系統(tǒng)梯級回收利用低品位熱的ORC系統(tǒng)的運行過程。

工質(zhì)14進入第一換熱器2的冷側(cè)吸收熱側(cè)熱源13的熱量，吸熱后的工質(zhì)14進入第一氣液分離器3的入口。

第一氣液分離器3氣相出口的氣態(tài)工質(zhì)14進入第一膨脹機4入口進行膨脹做功，第一膨脹機4出口的產(chǎn)物進入混合器12的入口。

第一氣液分離器3液相出口的液態(tài)工質(zhì)14通過第二泵5升壓后進入第二換熱6的冷側(cè)吸收熱側(cè)熱源13的熱量，第二換熱器6冷側(cè)出口的工質(zhì)14進入第二氣液分離器7的入口。

第二氣液分離器7氣相出口的工質(zhì)14進入第二膨脹機8的入口做功，第二膨脹機8出口的產(chǎn)物進入混合器12的入口。

第二氣液分離器7液相出口通過第三泵9升壓進入第三換熱器10的冷側(cè)吸收熱側(cè)熱源13的熱量，第三換熱器10冷側(cè)出口的工質(zhì)14進入第三膨脹機11做功，第三膨脹機11出口的產(chǎn)物進入混合器12的入口。

經(jīng)過混合器12混合后的工質(zhì)14進入冷凝器15的冷側(cè)被熱側(cè)的常溫液態(tài)水16冷卻，冷凝器15出口的工質(zhì)14通過第一泵1升壓后進入第一換熱器2的冷側(cè)，開始下一個循環(huán)。