一种低沸点工质薄膜蒸发系统的制作方法

本实用新型涉及低品位热能利用技术领域，尤其涉及一种低沸点工质薄膜蒸发系统。

背景技术：

我国工业企业在生产过程中需消耗大量的能源，但能源利用率普遍较低，其中大部分的低品位热能被直接或间接排放至周围环境，而且这些工业企业面临着节能和环保的压力。近年来，一些工业企业通过采用有机朗肯循环进行余热回收利用，但现有技术中，有机朗肯循环系统通常采用满液式蒸发器来实现有机工质的汽化，其缺点在于换热效果差，有机工质填充量大，设备外形尺寸和占地面积大，投资高；现有利用低品位热能的发电系统采用的有机工质如r134a、r143a、r32、r23、r123、r1234ze、r245fa、丁烷、异丁烷、戊烷和环戊烷等，价格较高，且一些制冷剂类工质全球变暖指数(gwp)较高，甚至具有低毒性或易燃易爆的特性。有机朗肯循环系统中工质填充量越多，其存在的危险性就越大，而且经济成本也越高，不但存在安全隐患，同时对环境也存在潜在威胁。蒸发器所需的工质填充量占整个有机朗肯循环系统工质填充量的70～80％，如果能有效减少蒸发器的工质填充量，将显著降低有机朗肯循环系统工质填充量。

因此，需要提供一种低沸点工质薄膜蒸发系统，以至少部分地解决上述问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，本实用新型提供了一种低沸点工质薄膜蒸发系统，包括：

液体工质管路，所述液体工质管路用于提供低沸点液体工质；

余热源管路，所述余热源管路用于提供余热源，所述余热源用于与所述低沸点液体工质进行换热；

薄膜蒸发装置，所述薄膜蒸发装置的上部设置有工质雾化装置，所述工质雾化装置与所述液体工质管路连通；所述薄膜蒸发装置的下部设置有薄膜蒸发管，所述薄膜蒸发管与所述余热源管路连通；所述工质雾化装置用于将所述低沸点液体工质雾化后喷淋至所述薄膜蒸发管上，所述薄膜蒸发管将所述低沸点液体工质加热产生低沸点工质蒸汽；

高压供汽管路，所述高压供汽管路与所述薄膜蒸发装置顶部连通，用于输送所述薄膜蒸发装置产生的所述低沸点工质蒸汽。

根据本实用新型的低沸点工质薄膜蒸发系统，在薄膜蒸发装置中，低沸点液体工质经工质雾化装置雾化后喷淋至薄膜蒸发管上，被薄膜蒸发管内的余热源加热，在薄膜蒸发管外壁形成膜态蒸发与沸腾，产生低沸点工质蒸汽，具有较高的传热系数，能够有效提高蒸发系统的传热效率，既可以大幅减少换热面积，有效减小蒸发装置的体积，降低设备投资，又可以减少蒸发系统的工质填充量，减少环境污染和安全隐患。

优选地，所述液体工质管路包括低压液体工质管路、工质泵和高压液体工质管路，所述工质泵的进口与所述低压液体工质管路连通，所述工质泵的出口与所述高压液体工质管路的进口连通，且所述工质泵用于将所述低沸点液体工质从低压状态加压至高压状态，所述高压液体工质管路的出口与所述工质雾化装置连通。

由此，低沸点液体工质经工质泵从低压状态加压至高压状态，有利于低沸点液体工质在工质雾化装置中的雾化。

优选地，所述余热源管路包括余热源输入管路和余热源输出管路，所述余热源输入管路与所述薄膜蒸发管的进口连通，所述余热源输出管路与所述薄膜蒸发管的出口连通。

由此，来自余热源管路的余热源可在薄膜蒸发管内与薄膜蒸发管外壁上的低沸点液体工质进行换热。

优选地，所述薄膜蒸发装置的上部设置有汽液分离装置，且所述汽液分离装置设置在所述工质雾化装置的上方。

由此，薄膜蒸发装置产生的高压有机工质蒸汽可经汽液分离装置分离掉蒸汽中夹带的液体，提高了压有机工质蒸汽的干度。

优选地，所述薄膜蒸发装置内设置有除雾装置，且所述除雾装置设置在所述汽液分离装置与所述工质雾化装置之间。

由此，薄膜蒸发装置产生的高压有机工质蒸汽经除雾装置与汽液分离装置的双重分离作用，分离掉蒸汽中夹带的液体，强化了分离效果，可进一步提高高压有机工质蒸汽的干度。

优选地，所述低沸点工质薄膜蒸发系统还包括工质提升系统，所述工质提升系统包括：工质提升装置进口管路、工质提升装置和工质提升装置出口管路，所述工质提升装置的进口通过所述工质提升装置进口管路与所述薄膜蒸发装置底部连通，所述工质提升装置的出口通过所述工质提升装置出口管路与所述工质雾化装置连通。

由此，薄膜蒸发装置底部的液体工质经过工质提升装置输送至工质雾化装置，通过雾化装置进一步雾化后喷淋至薄膜蒸发管外表面，与薄膜蒸发管内的余热源进行换热。减少了薄膜蒸发装置底部的积液，能够实现薄膜蒸发装置底部工质的膜态蒸发与沸腾，可进一步提高传热效果，并进一步降低蒸发系统的工质填充量。

优选地，所述低沸点工质薄膜蒸发系统还包括液位监控装置，所述液位监控装置用于监测所述薄膜蒸发装置内的液位。

由此，通过液位监控装置对薄膜蒸发装置内的液位进行监测，可根据监测的液位调整进入低沸点工质薄膜蒸发系统的工质量，从而保证低沸点液体工质能在薄膜蒸发管外壁形成膜态蒸发与沸腾，提高传热效果。

附图说明

本实用新型实施方式的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1为根据本实用新型实施方式的低沸点工质薄膜蒸发系统的示意图；

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本实用新型的低沸点工质薄膜蒸发系统。显然，本实用新型的施行并不限于低品位热能利用技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

参考图1，对本实用新型的一个优选实施方式进行描述，本实用新型提供了一种低沸点工质薄膜蒸发系统，其包括液体工质管路110、余热源管路120、薄膜蒸发装置130和高压供汽管路140。其中，液体工质管路110包括低压液体工质管路111、工质泵112和高压液体工质管路113；余热源管路120包括余热源输入管路121和余热源输出管路122；薄膜蒸发装置130的上部设置有工质雾化装置131，薄膜蒸发装置130的下部设置有薄膜蒸发管132。系统运行时，低沸点有机液体工质，如r134a、r143a、r32等，经低压液体工质管路111进入工质泵112，被工质泵112加压成高压低沸点液体工质后，经高压液体工质管路113进入薄膜蒸发装置130上部的工质雾化装置131，在工质雾化装置131内雾化后喷淋至薄膜蒸发装置130下部的薄膜蒸发管132上，被薄膜蒸发管132内来自余热源输入管路121的余热源加热至膜态蒸发与沸腾，蒸发后变成高压有机工质蒸汽，然后流入高压供汽管路140，供膨胀做功使用。本实用新型利用薄膜蒸发装置代替传统的满液式蒸发装置，避免了满液式蒸发装置换热效果差和工质填充量大的缺点。薄膜蒸发装置使工质处于膜态沸腾，具有较高的传热系数，提高了有机朗肯循环发电系统的效率，既可以大幅减少换热面积，有效减少蒸发装置的体积，降低设备投资，又可以减少蒸发系统的工质填充量，减少环境污染和安全隐患。采用低沸点工质薄膜蒸发装置后可以使蒸发系统的工质填充量降低50％，使有机朗肯循环系统的工质填充量减少30～40％。

在本实施方式中，低沸点工质薄膜蒸发系统还包括工质提升系统150，其包括：工质提升装置进口管路151、工质提升装置152和工质提升装置出口管路153。工质提升装置152通过工质提升装置进口管路151与薄膜蒸发装置130底部连通，将薄膜蒸发装置130底部的液体工质通过工质提升装置出口管路153输送至工质雾化装置131，通过工质雾化装置131将液体工质进一步雾化后喷淋至薄膜蒸发管132外表面，被薄膜蒸发管132内来自余热源输入管路121的余热源加热至膜态蒸发与沸腾，蒸发后变成高压有机工质蒸汽，然后流入高压供汽管路140，供膨胀做功使用。工质提升系统的设置能够减少薄膜蒸发装置底部的积液，使薄膜蒸发装置底部的液体工质也能在薄膜蒸发管外壁形成膜态蒸发与沸腾，可进一步提高传热效果，并进一步降低蒸发系统的工质填充量。

在本实施方式中，薄膜蒸发装置130的顶部设置有汽液分离装置133，在汽液分离装置133与工质雾化装置131之间设置除雾装置134，高压有机工质蒸汽经过除雾装置134后再经过汽液分离装置133，可将蒸汽中夹带的液体分离掉，保证流入高压供汽管路140的高压有机工质蒸汽的干度，可提高有机朗肯循环发电系统的可靠性与使用寿命。

在本实施方式中，根据薄膜蒸发管132的高度以及薄膜蒸发管132在薄膜蒸发装置130的具体位置设置液位监控装置160，对薄膜蒸发装置内的液位进行监测，可根据监测的液位调整进入低沸点工质薄膜蒸发系统的工质量，从而保证低沸点液体工质能在薄膜蒸发管132外壁形成膜态蒸发与沸腾，提高传热效果。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。