[发明专利]一种基于水合物分离特性的组分可调型有机朗肯循环系统

说明书

本发明涉及有机朗肯循环技术领域，公开了一种基于水合物分离特性的组分可调型有机朗肯循环系统，包括有机朗肯循环系统和水合物法分离循环系统；有机朗肯循环系统至少包括蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵；水合物法分离循环系统至少包括水合物分解釜与水合物生成釜；有机朗肯循环系统的蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵之间分别设置四个接入点，水合物法分离循环系统可在四个接入点中任选两个与有机朗肯循环系统进行耦合。本发明通过水合物法分离循环调节有机朗肯循环中混合工质的组分，通过将混合工质水合物法分离循环内嵌在有机朗肯循环的不同位点上，实现流经有机朗肯循环各部件的工质与各部件的更优匹配，从而提高循环效率。

技术领域

本发明涉及有机朗肯循环技术领域，更具体的说，是涉及一种基于水合物分离特性的组分可调型有机朗肯循环系统。

背景技术

受工质物性影响，实际热力循环的循环效率远低于卡诺循环，为了提高热力循环的效率，前人在循环控制方法、构建新型循环结构、循环内部工质组分调节等方面进行了相应的创新研究。

热力循环控制方面，有发明者将热力循环中工质的物性参数与实际运行中的循环工况进行匹配。CN104696029B专利文献中提出了一种切换次临界运转模式和穿临界运转模式的有机朗肯系统。通过判断有机朗肯循环内工质进入膨胀机的实际压力值与其临界压力值的大小关系，来决定循环系统采取哪种运行模式。实现了工质物性与循环运行工况的匹配，提高了循环系统的可操作范围和使用率，增加了发电量，有效提升了有机朗肯循环系统的经济效益。

工质与热力部件匹配方面，不同工质的物性参数不同，相同的热力部件流经不同工质时，热力部件的效率也相差很大，有发明者根据热力循环中不同热力部件与不同工质的匹配关系，提出了组分可调型有机朗肯循环。CN104033200B专利文献中提到了在同一有机朗肯循环系统中调节混合有机工质的组分浓度，使工质可以灵活的适应系统中能量转移循环和动力产生循环的特性，有效减少系统损失，提高能源利用效率，充分发挥混合有机工质的优势。但所提系统功能的实现高度依赖于调控部件的响应速度和控制精度，实际操作过程中面临的挑战很大。

混合工质组分调节方法的探索，现有分离器主要分为重力型、离心力型、惯性型、过滤型和蒸馏回流型。其中，重力型的优点为简单、方便、调节弹性大，缺点为体积庞大，投资高且分离效果差；离心力型优点为简单、效率高、占地小、寿命长，缺点为调节比小，且分离机理探究不足；惯性型优点为简单、量大，缺点为阻力偏大对粒径较小的液滴分离效果差；过滤型的优点为高效，可有效分离0.1～10μm的液滴，缺点为流速不能太大，且清洗困难；蒸馏回流型分离效率高，但设备庞大投资高，多用于化工石油行业。为解决各类分离器的现存问题，CN206045482U专利文献中提出了一种用于非共沸工质组分调节的T形管组分调节器。利用非共沸工质气液组分不等及T形三通管对两相流动分配不均的特性，在流体一次流过多个T形管及节流阀的过程中实现组分分离的目的。T形管对混合工质的分离效果受循环工况的影响较大，且单管的分离效果不明显，常以组合管的形式出现在循环中进行组分调节。此外，CN100493672专利文献中提出了利用水合物对混合气体进行连续分离的方法与装置。主要用于烟气中CO₂的连续分离与富集。工质水合物的应用，CN106839519A利用水合物生成后对溶液的富集作用，设计了基于水合物法溶液再生的热源塔热泵系统及循环过程，所用水合剂主要为R141b、C₃H₈或CO₂。工质有其对应的水合物，水合物分离法也可以用于混合工质的组分调节中，但目前未见相关研究。