[发明专利]一种基于单螺杆膨胀机的卡琳娜循环系统

说明书

一种基于单螺杆膨胀机的卡琳娜循环系统，涉及低温余热利用技术领域。该系统包括蒸发器、分离器、透平膨胀机、回热器、单螺杆膨胀机、吸收器、冷凝器和工质泵等。氨水混合工质在蒸发器和回热器加热至沸腾汽化，并在分离器中分离出贫氨水饱和液体和富氨水饱和气体，液态工质和气态工质分别进入单螺杆膨胀机、透平膨胀机，然后驱动发电机进行发电，之后两个工质混合在冷凝器冷凝后经工质泵重新增压到蒸发器与回热器进行循环。该系统可以利用工业中的烟气余热和太阳能等低品位热源作驱动，回收因节流过程损失的膨胀功，可以有效的提高能源利用率。

技术领域

本发明涉及低于121℃的低温余热利用技术领域，特别涉及到一种基于单螺杆膨胀机的卡琳娜循环系统。

背景技术

随着社会与经济的快速发展，对能源的需求也越来越大，地球上化石能源的储量也急剧减少。所以为了应对能源问题，低品位热源的利用逐渐走进我们的视野。在石油、化工、冶金、水泥等工业中产生了大量的中低温余热，但是大量的锅炉、冷凝和换热设备将这些低温的废水、烟气排放到环境中，造成了巨大的能源浪费，并且造成了比较严重的环境热污染。而且我们所处的环境中还存在一些天然的低品位热源，像地热能和太阳能等。所以在能源问题上，中低品位能源的利用已经引起了人们很大的重视。

高温热源驱动的蒸汽动力循环在发电技术上已经非常成熟，但是采用低温热源作为驱动时，其性能并不能达到理想效果，而且在经济上也是不可取的。但是有机朗肯循环则可以利用低沸点的有机工质在低温热源中回收热量，这就克服了蒸汽动力循环中必须利用水作为工质这一缺点。在使用纯工质的有机朗肯循环中，由于工质等温蒸发与热源温差较大，所以导致蒸发器损失较大。而在这时卡琳娜循环的出现刚好解决了这个问题，卡琳娜循环中的循环工质是氨水混合物，具有变温蒸发特性，与变温热源在蒸发换热过程具有良好的匹配性，减少了有限温差引起的不可逆损失，因此卡琳娜循环可以达到较高的循环效率。卡琳娜循环系统中的KCS 34g系统刚好适用于低于121℃的小型电厂。但是在KCS 34g中，采用节流阀降低贫氨水饱和液体回路的压力时，会因为节流而损失掉大量能量。

针对以上问题，本发明提出了一种基于单螺杆膨胀机的卡琳娜循环系统。在原来KCS 34g的基础上将节流阀换成单螺杆膨胀机，来回收因节流过程所损失的膨胀功，从而提高系统的热效率。

发明内容

本发明是针对现有的卡琳娜循环系统在余热利用中技术的不足，提供了一种基于了单螺杆膨胀机的卡琳娜循环系统，该系统可以利用工业过程所产生的低于121℃的余热或者地热等低温热源，并且通过单螺杆膨胀机来回收贫氨水溶液节流损失的能量，从而可以有效地达到节能效果，并且在这个过程中，将低品位热能转化为高品位的电能。

本发明所述的一种基于单螺杆膨胀机的卡琳娜循环系统，包括蒸发器、分离器、透平膨胀机、回热器、单螺杆膨胀机、吸收器、冷凝器和工质泵等。所述的蒸发器与回热器进口是从泵出来的两股分开的管道；所述分离器的进口与蒸发器和换热器的出口相连接，两个出口与单螺杆膨胀机与透平膨胀机相连接；所述透平膨胀机与单螺杆膨胀机同轴连接，且透平膨胀机连接发电机；所述冷凝器为板式换热器；所述泵为离心变频泵，通过管道与蒸发器、回热器以及冷凝器相连接。

进一步，所述蒸发器中设有工业过程中排放的低于121℃的低温余热等低品位热源的进口与出口，蒸发器加热氨水混合工质的管道采用蛇形翅片管，蒸发器管道布置采取逆流方式。

进一步，所述分离器分离效果较好，分离之后出口通过管道与单螺杆膨胀机与透平膨胀机相连接。

进一步，所述单螺杆膨胀机，效率较高，进口与分离器贫氨水饱和液体出口通过管道相连接，且与透平膨胀机同轴连接。

进一步，所述透平膨胀机性能优良，且安全可靠，进口与分离器富氨水饱和气体出口通过管道相连接，且与单螺杆膨胀机同轴连接，并连接发电机。

进一步，所述回热器为板式换热器。