[发明专利]一种带压缩制冷增效的无泵有机朗肯循环发电系统

说明书

本发明公开了一种带压缩制冷增效的无泵有机朗肯循环发电系统，包括相互连接以形成有机朗肯循环和蒸气压缩制冷循环的超音速汽液两相流喷射泵、蒸发器、膨胀机、蒸发冷凝器、膨胀降压装置、冷却器、节流阀、压缩机以及发电机。本发明采用超音速汽液两相流喷射泵代替常规系统中的工质泵，并借助蒸发冷凝器将有机朗肯循环与蒸气压缩制冷循环耦合，利用制冷循环所生产的制冷量为有机朗肯循环提供冷却负荷，降低膨胀机出口乏气的冷凝温度，同时采用膨胀降压装置回收利用蒸气压缩制冷循环回路中高压液态工质的压力能，并降低制冷循环侧节流过程的不可逆损失。

技术领域

本发明涉及低品位热能利用技术领域，具体涉及一种带压缩制冷增效的无泵有机朗肯循环发电系统。

背景技术

随着能源供应形势的日趋紧张，低品位热发电技术受到了越来越多的关注，其中尤以有机朗肯循环最受重视。与传统火力发电厂不同，低品位热能驱动的有机朗肯循环发电系统效率相对偏低，其中系统生产的电能有很大部分被工质泵所消耗，尤其是中小型有机朗肯循环发电系统，由于工质流量一般较小，工质泵的效率低、耗电占比更大。同时，工质泵一般需要用电驱动，使得常规的有机朗肯循环发电系统均需要配备启动电源。因此将常规的有机朗肯循环中的工质泵移除并寻求其替代装置，以提高系统的净输出功并实现自启动，是当前ORC(有机朗肯循环)研究的一个热点问题。

发明专利(ZL201410131588.4)公开了一种多级重力驱动动力循环系统，包括第一级重力驱动动力循环单元和第二级重力驱动动力循环单元，虽然该系统实现了无泵运行，但重力驱动动力循环单元对系统紧凑性影响很大，且不同工质对于高度差要求相差较大，不利于系统组装以及布局规划。

文献(路会同、江龙、王丽伟等.低温余热驱动的无泵有机朗肯循环瞬时稳态发电性能.化工学报，2017，DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20170405)提出了一种无泵有机朗肯循环系统，其主要包括两个换热器、膨胀机、发电机和四通阀，该系统虽然成功地移除了工质泵，但两个换热器交替作为蒸发器与冷凝器使用需要借助四通阀控制工质的流向来实现切换，控制繁琐，且受热惰性影响很大，系统效率较低。

发明专利(201410331353.X)公开了一种无泵式有机朗肯发电循环方法和装置，利用锅炉产生的高温高压工质蒸气对液体工质进行加压，液体工质靠重力进入锅炉，实现了从低压的冷凝器向高压的锅炉输送流体，但该方案同样存在需要通过控制阀频繁切换来实现调节工质流向的问题。

此外，在热源参数一定的情况下，工质在膨胀机中的最大做功能力很大程度上取决于膨胀机出口的背压，这一压力又取决于冷凝温度。常规的ORC发电系统常采用自然水或空气作为冷却介质，受且环境温度的影响，这些自然冷却介质难以将有机朗肯循环发电系统的冷凝温度降至环境温度以下。因此，借助其它合理的技术手段，降低有机朗肯循环发电系统的冷凝温度也是有机朗肯循环研究的一个重要方向。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种带压缩制冷增效的无泵有机朗肯循环发电系统，采用超音速汽液两相流喷射泵代替常规系统中的工质泵，并借助蒸发冷凝器将有机朗肯循环与蒸气压缩制冷循环耦合，利用制冷循环所生产的制冷量为有机朗肯循环提供冷却负荷，有效地降低膨胀机的出口压力，从而大幅提高系统的热效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种带压缩制冷增效的无泵有机朗肯循环发电系统，包括有机朗肯循环和蒸气压缩制冷循环，其通过超音速汽液两相流喷射泵和蒸发冷凝器耦合；

所述有机朗肯循环包括超音速汽液两相流喷射泵、蒸发器、膨胀机、蒸发冷凝器和发电机；

超音速汽液两相流喷射泵的出口与蒸发器的冷剂液进口相连，蒸发器的冷剂蒸气出口与膨胀机的蒸气进口相连，膨胀机的乏气出口与蒸发冷凝器高温侧的冷剂进口相连，蒸发冷凝器高温侧的冷剂出口与超音速汽液两相流喷射泵的引射流体进口相连；