[发明专利]一种基于非共沸混合工质功冷联供复合循环的内燃机余热回收系统

说明书

本发明涉及一种基于非共沸混合工质功冷联供复合循环的内燃机余热回收系统，属于余热利用与节能技术领域。本发明包括ORC供液泵、ORC蒸汽发生器、ORC过热器、ORC透平、喷射器、凝汽器、制冷蒸发器、冷凝器、低压供液泵、低压预热器、蒸汽发生器、低压过热器、汽包、混合器、调节阀、截止阀和节流阀。本发明从如何高效利用内燃机余热，提出采用有机朗肯循环（ORC）与喷射式制冷循环（ERC）构成的复合循环梯级内燃机余热回收的功冷联供系统，该系统能充分利用内燃机烟气和缸套冷却水余热实现功冷联供。

技术领域

本发明涉及一种基于非共沸混合工质功冷联供复合循环的内燃机余热回收系统，属于余热利用与节能技术领域。

背景技术

内燃机以汽油或者柴油作为燃料，广泛应用于交通运输、农业机械、工程机械和发电领域，是石油资源消耗及温室气体排放的主要设备，当前国际汽油柴油价格持续上升，对国民经济发展影响严重。另外，近几年中国部分地区尤其是北方爆发的严重雾霾天气，而内燃机尾气排放是造成雾霾天气的主要原因之一，因此，内燃机节能减排的工作势在必行。但是，当前内燃机设计制造技术已经相当成熟，仅仅通过改进内燃机的结构方式或者改善内燃机的缸内燃烧越来越难以提高内燃机的燃料利用率。有研究表明，内燃机工作时，燃料燃烧释放的能量只有不到42%转化为了内燃机的有用功，其余很大部分的能量以废气散热的方式损失掉，如果能将这部分能量加以回收利用，对提高内燃机能量的利用率以及降低环境污染具有重要的意义。

目前大量的学者对内燃机余热技术进行了研究，主要包括热电能源转化技术（TEG）、废气涡轮增加技术及有机朗肯循环技术（ORC），这其中有机朗肯循环技术由于具有效率高、设备简单、可靠性高等优点，在内燃机余热回收领域展现出了很大的潜力。内燃机可回收的余热主要包括排气和缸套水，其中缸套水出口温度一般低于100℃，这部分能量品位低，但数量大，占输入燃料的30%~40%，因此如何提高对缸套冷却水余热的回收利用是关键。本系统发明人在ORC动力循环与喷射式制冷循环的基础上，构建了能同时高效回收利用烟气与缸套冷却水余热的功冷联供系统。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种基于非共沸混合工质功冷联供复合循环的内燃机余热回收系统。本发明从如何高效利用内燃机余热，提出采用有机朗肯循环（ORC）与喷射式制冷循环（ERC）构成的复合循环梯级内燃机余热回收的功冷联供系统，该系统能充分利用内燃机烟气和缸套冷却水余热实现功冷联供。本发明通过以下技术方案实现。

一种基于非共沸混合工质功冷联供复合循环的内燃机余热回收系统，包括ORC供液泵1、ORC蒸汽发生器2、ORC过热器3、ORC透平4、喷射器5、凝汽器7、制冷蒸发器8、冷凝器9、低压供液泵10、低压预热器11、蒸汽发生器12、低压过热器13、汽包14、混合器15、调节阀、截止阀和节流阀；

所述内燃机高温烟气依次经过ORC过热器3、ORC蒸汽发生器2、低压过热器13放热后排出；

所述缸套热冷却水依次经过蒸汽发生器12换热、低压预热器11放热后排出；

所述冷凝器9中液态混合工质依次通过低压供液泵10、截止阀Ⅲ21输送到低压预热器11中预热，然后进入到蒸汽发生器12中加热，蒸汽发生器12中蒸汽工质出口连接低压过热器13过热，低压过热器13过热蒸汽工质出口一路通过调节阀Ⅰ16进入到ORC透平4中膨胀做功，另一路通过调节阀Ⅱ17连接喷射器5作为引射流体，蒸汽发生器12中液相工质出口通过汽包14、ORC蒸汽发生器2、ORC过热器3后进入到ORC透平4中膨胀做功，ORC透平4中乏汽出口依次经过低压预热器11放热后回到冷凝器9中冷却得到液态混合工质；所述喷射器5中的低压蒸汽出口依次经过截止阀Ⅰ18、凝汽器7冷凝，凝汽器7冷凝液体出口一路依次通过截止阀Ⅱ19和制冷蒸发器8蒸发致冷回到喷射器5中，另一路依次通过混合器15、节流阀20与截止阀Ⅲ21的液态混合工质混合后进入到低压预热器11中预热完成一个工质循环。