带有液体引射装置的orc制取压缩空气装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中低温余热回收利用技术领域，尤其是涉及一种带有液体引射装置的ORC制取压缩空气装置及方法。
【背景技术】
[0002]在钢铁、有色金属、石油化工、建材、轻工等诸多行业中，生产企业有着大量低品位余热，包括烟气、蒸汽和热水等，这些热量品位低，数量大，分布散，基本不能为生产再利用。在当前节能减排大政策背景下，余热利用技术越来越受到工业界和学术界的重视，推广工业中低温余热制取压缩空气即为一种低品位余热利用的重要方式。
[0003]采用有机工质代替水蒸汽的有机朗肯循环(ORC)虽然可以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，能源转化率低，由此限制了中低温热源ORC发电的推广应用，而ORC制取压缩空气没有相关技术及应用报道。
[0004]把流体力学引射技术运用于0RC，可以提高ORC系统的做功能力与能源效率。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0RC，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。
[0005]然而，ORC发电系统中，由于进入膨胀机工质流量和压力的随机波动，工质在膨胀机中不能充分有效的平稳膨胀做功(一般螺杆膨胀机的膨胀比控制在1:4左右)，导致转速不稳定，影响ORC系统发电的稳定性，降低了发电效率。如果利用膨胀机直接驱动空气压缩机，对普通空气进行压缩。压缩空气通过稳压(减压)后直接并入气体管网，系统的能源效率可以大幅提尚。
[0006]压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。现有的压缩空气制取方法往往需要大量的能耗，如果采用ORC来制取压缩空气，即可大大降低流程工业的能耗，提高能源效率。
[0007]目前，国内外没有发现利用ORC来制取压缩空气的应用，本发明带来全新的压缩空气节能理念，利用免费的工业中低温余热来制取压缩空气。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种带有液体引射装置的ORC制取压缩空气装置及方法。
[0009]为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0010]提供一种带有液体引射装置的ORC制取压缩空气装置，包括蒸发器、透平同轴一体机、液体引射器、冷凝器、第一级工质泵和第二级工质泵，各设备之间通过管线实现连接；所述透平同轴一体机由透平膨胀机和透平压缩机同轴直联，透平膨胀机用于膨胀做功，透平压缩机用于制取压缩空气；其中，透平膨胀机设有工质入口和工质出口，透平压缩机设有空气入口和压缩空气出口；
[0011]各设备之间通过管线实现连接:第一工质泵的出口端与蒸发器的工质入口相接，蒸发器的工质出口与透平膨胀机的工质入口相接，透平膨胀机的工质出口连接至液体引射器的引射流体入口，液体引射器的出口端经冷凝器分别接至第一级工质泵和第二级工质泵的入口，液体引射器的工作流体入口与第二级工质泵的出口相接；蒸发器上设有热源入口端和热源出口端。
[0012]本发明中，所述冷凝器是空冷或水冷的冷凝器。
[0013]本发明进一步提供了利用所述装置实现ORC制取压缩空气的方法，包括:
[0014]低压(I?2.5bar)液态有机工质由第一工质泵加压为过冷液态后送入蒸发器，吸收来自中低温余热(80?300°C )的能量转变为高压(5?1bar)高温(60?80°C )蒸汽，再被导入透平膨胀机；透平膨胀机膨胀做功的同时，驱动直联的透平压缩机对普通空气进行压缩，实现输出压缩空气；透平膨胀机做功后，有机工质以1.5?3bar的蒸气形式进入液体引射器，被来自第二工质泵出口的过冷液态有机工质卷吸、混合后排出，并送入冷凝器；向冷源放热后，有机工质被冷凝为液态，再返回至第一级工质泵和第二级工质泵的入口，以此实现往复循环。
[0015]本发明中，所述中低温余热是指:烟气、蒸汽或热水。
[0016]本发明中，所述冷源是空气或水:如果采用空冷冷凝器，冷源为空气；如果采用水冷冷凝器，冷源为水。
[0017]本发明中，所述有机工质是氟利昂。在特殊应用场合，也可以使用硅油或二氧化碳作为工质。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0019]1、实现中低温余热回收利用，并用于制取工业生产过程中需量大的压缩空气；
[0020]2、在常规ORC制取压缩空气系统基础上，增设液体引射器和第二级工质泵，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。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的ORC制取压缩空气的装置示意图；
[0022]图2为透平同轴一体机示意图。
[0023]图中标记为:蒸发器1，透平同轴一体机2，液体引射器3，冷凝器4，第一级工质泵5，第二级工质泵6，透平膨胀机7，透平压缩机8。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0025]本发明利用了引射器这一技术。引射器是利用射流的紊动扩散作用，使不同压力的两股流体相互混合，并引发能量交换的流体机械和混合反应设备。进入装置前，压力较高的流体叫工作流体，以很高的速度从喷嘴流出。由于射流的紊动扩散作用，卷吸周围的流体二发生动量交换。被吸走的压力较低的叫引射流体。
[0026]本发明中的带有液体引射装置的ORC制取压缩空气装置，包括蒸发器1、透平同轴一体机2、液体引射器3、冷凝器4、第一级工质泵5和第二级工质泵6，冷凝器4是空冷或水冷的冷凝器。
[0027]透平同轴一体机2由透平膨胀机7和透平压缩机8同轴直联，透平膨胀机7用于膨胀做功，透平压缩机8用于制取压缩空气；其中，透平膨胀机7设有工质入口和工质出口，透平压缩机8设有空气入口和压缩空气出口。透平同轴一体机2工作时，透平膨胀机7和透平压缩机8同轴等速相连，避免了不同轴传动的机械效率损失，提高了制取压缩空气的整体效率。
[0028]各设备之间通过管线实现连接:第一工质泵5的出口端与蒸发器I的工质入口相接，蒸发器I的工质出口与透平膨胀机7的工质入口相接，透平膨胀机7的工质出口连接至液体引射器3的引射流体入口，液体引射器3的出口端经冷凝器4分别接至第一级工质泵5和第二级工质泵6的入口，液体引射器3的工作流体入口与第二级工质泵6的出口相接；蒸发器I上设有热源入口端和热源出口端。
[0029]本发明中的装置设有控制系统，不仅实现与装置相关的电气和仪表的基本控制，而且通过在管路上设置传感器，通过控制调节阀的开度，达到提高透平膨胀机7的最佳工况效果和系统的稳定可靠性。透平同轴一体机2设润滑油系统。
[0030]本发明中，低压(I?2.5bar)有机工质由第一工质泵5加压为过冷液态后送入蒸发器1，吸收来自中低温余热(80?300°C )的能量转变为高压(5?1bar)高温(60?80°C )蒸汽，再被导入透平膨胀机7 ;透平膨胀机7膨胀做功的同时，驱动直联的透平压缩机8对普通空气进行压缩，实现输出压缩空气；透平膨胀机7做功后，有机工质以低压蒸气(1.5?3bar)的形式进入液体引射器3，被来自第二工质泵6出口的过冷液态有机工质卷吸、混合后排出，并送入冷凝器4 ;向冷源(如果水冷模式，冷却水30°C左右；如果风冷模式，空气常温20°C )放热后，有机工质被冷凝为液态，再返回至第一级工质泵5和第二级工质泵6的入口，以此实现往复循环。
[0031]本发明中，中低温余热是指烟气、蒸汽或热水；冷源是水或空气；有机工质是氟利昂O
【主权项】
1.一种带有液体引射装置的ORC制取压缩空气装置，包括蒸发器；其特征在于，该装置还包括:透平同轴一体机、液体引射器、冷凝器、第一级工质泵和第二级工质泵； 所述透平同轴一体机由透平膨胀机和透平压缩机同轴直联，透平膨胀机用于膨胀做功，透平压缩机用于制取压缩空气；其中，透平膨胀机设有工质入口和工质出口，透平压缩机设有空气入口和压缩空气出口 ； 各设备之间通过管线实现连接:第一工质泵的出口端与蒸发器的工质入口相接，蒸发器的工质出口与透平膨胀机的工质入口相接，透平膨胀机的工质出口连接至液体引射器的引射流体入口，液体引射器的出口端经冷凝器分别接至第一级工质泵和第二级工质泵的入口，液体引射器的工作流体入口与第二级工质泵的出口相接；蒸发器上设有热源入口端和热源出口端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷凝器是空冷冷凝器或水冷冷凝器。
3.利用权利要求1所述装置实现ORC制取压缩空气的方法，其特征在于，包括: I?2.5bar的液态有机工质由第一工质泵加压为过冷液态后送入蒸发器，吸收来自80?300°C的中低温余热的能量转变为5?10bar、60?80°C的蒸汽，再被导入透平膨胀机；透平膨胀机膨胀做功的同时，驱动直联的透平压缩机对普通空气进行压缩，实现输出压缩空气；透平膨胀机做功后，有机工质以1.5?3bar的蒸气形式进入液体引射器，被来自第二工质泵出口的过冷液态有机工质卷吸、混合后排出，并送入冷凝器；向冷源放热后，有机工质被冷凝为液态，再返回至第一级工质泵和第二级工质泵的入口，以此实现往复循环。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述中低温余热是指:烟气、蒸汽或热水。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述有机工质是氟利昂或硅油。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷源是空气或水:如果采用空冷冷凝器，冷源为空气；如果采用水冷冷凝器，冷源为水。
【专利摘要】本发明涉及中低温余热回收利用技术，旨在提供一种带有液体引射装置的ORC制取压缩空气装置及方法。该装置中，透平同轴一体机由透平膨胀机和透平压缩机同轴直联；第一工质泵的出口端与蒸发器的工质入口相接，蒸发器的工质出口与透平膨胀机的工质入口相接，透平膨胀机的工质出口连接至液体引射器的引射流体入口，液体引射器的出口端经冷凝器分别接至第一级工质泵和第二级工质泵的入口，液体引射器的工作流体入口与第二级工质泵的出口相接。本发明利用ORC实现中低温余热回收，并用于制取压缩空气；以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。
【IPC分类】F01D15-08, F01K25-08, F01K19-00
【公开号】CN104594966
【申请号】CN201510041800
【发明人】沈新荣, 方飞龙, 许丹丹, 任世琛, 沈岑, 何川, 杨笑梅
【申请人】杭州哲达科技股份有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月27日