[发明专利]一种利用超低温尾气的朗肯循环工质及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于热力循环系统的工作介质，具体涉及到作为蒸发温度为60-80℃的利用超低温尾气的朗肯循环系统中的工质，还涉及循环工质的使用方法。

背景技术

低热资源(如低温地热)以及废气长期以来并不受到重视，其品位低，难以利用。近年来，随着有机郎肯循环系统的发展，低热资源或者废气发电技术逐渐走向应用，这有助于减小化石能源消耗和二氧化碳、氮氧化合物的排放。制约朗肯系统发电利用的主要技术因素之一是热效率，必须投入大于产出，方能获得工业化利用；另一点是经济性，系统造价和维护费用应当较低。本发明提出一种利用超低温尾气的朗肯循环工质以及工质的使用方法。

现有技术中低温热源发电一般采用有机朗肯循环技术和卡林纳循环技术。

有机朗肯循环采用低沸点的有机工作介质（简称工质），比如R123制冷剂、R113制冷剂、R245FA制冷剂或异戊烷等。其工作循环如下：有机工质在蒸气发生器中吸收来自低温热源管道的热量而产生饱和或者过热有机工质蒸气，然后该有机工质蒸气进入膨胀机做功，并通过与透平机连接的发电机输出发电量。之后有机工质进入到冷凝器中凝结放热形成液态，液体的有机工质再经过供给泵升压后进入蒸气发生器，这样完成一个完整的循环。 

卡林纳循环技术是以氨水混合物作为工质的一种新型动力循环，它使工质的吸热温度曲线和热源的放热温度曲线达到很好的匹配，从而减少了不可逆损失。另外，也能显著提高能源利用效率，在联合循环和热源利用方面具有独特的优势。其工作循环如下：其中氨水工作溶液经过供给泵加压并经过预热器升温之后，进入蒸汽发生器中，由其中的低温热源管道加热、蒸发并过热后，产生过热氨水蒸汽。随后该过热氨水蒸汽进入透平机做功，并通过与透平机连接的发电机输出发电量。从透平机中排出的工质经过蒸馏器冷却，然后被从分离器分离出来的贫氨溶液稀释为基本溶液，进入吸收器中凝结；离开吸收器的饱和液体经凝结泵加压，一部分经过再热器和蒸馏器加热升温后，进入分离器分离。在分离器分离出富氨蒸汽和贫氨溶液。其中贫氨溶液经再热器冷却，再经节流装置降压，以稀释透平机排出的工作溶液形成氨水基本溶液。分离器分离出来的富氨蒸汽经预热器冷却后，和另一部分氨水基本溶液混合为氨水工作溶液，然后被冷凝器中的冷却水凝结为饱和液体，最后经供给泵加压，完成一个循环过程。 

随着能源与环境问题带来的挑战的不断加大，以及技术进步带来的发电经济性的提升，一直被认为不具备发电经济性的低温资源(特别是60-80℃超低温度范围)的利用开始得到关注。低温资源之所以发电利用经济性较差，其主要原因之一，就是缺乏适合的循环工质。目前用作低温有机朗肯循环的工质有C5F12、HC600等，它们或因温室效应势(GWP)很大，或因易燃易爆，而限制了其推广应用。因此开发一种环境友好、热力性能优良的新型工质，对超低温有机朗肯循环技术的发展至关重要。

发明内容

本发明的目的是，提供一种适用于超低温尾气的朗肯循环使用的工质，可作为温度为60-80℃的超低温尾气，或其它低品位(如低温地热资源)热源的朗肯循环系统中的工质。 

本发明的朗肯循环工质包括下列组分：质量分数30-35%的二甲基胺，质量分数40-45%三甲基胺，质量分数10-20%甲基乙胺，质量分数10-15%的胺基乙烷，上述四种物质的总含量为100%。 

本发明的朗肯循环工质使用方法为：环境温度为20℃，低温热源温度为60-80℃；工质首先流经蒸发器，在蒸发器内的蒸发温度为54-56℃，工质进入蒸汽态；蒸汽进入透平机做工，蒸汽压力和温度降低；随后进入预热器，蒸汽在预热器首先与将要进入蒸发器的工质换热，将工质温度提高3-5℃；随后蒸汽进入冷凝器，将蒸汽冷凝为饱和液态，冷凝温度为30-35℃；饱和液体储存在储液罐中，随后提升至蒸发器，完成一次做工循环。 

上述循环工质使用方法中在蒸发器中蒸发压力为1.3-1.6MP；冷凝压力为0.45-0.6MP。

上述工质的制备方法是，将各组元物质按其指定的质量配比进行物理混合。 

本发明具有以下优点及有益效果： 

(1) 循环性能：上述朗肯循环工质在使用过程中，在设计工况下，朗肯循环效率为22％左右、单位质量输出净功基本在118-126KJ/Kg (透平机等熵效率假定为75％)，循环性能优良，热效率高。(2)本发明工质对环境友好。破换臭氧潜质低。

具体实施方式