[发明专利]一种朗肯循环系统及朗肯循环方法

说明书

本发明提供了一种朗肯循环系统。该朗肯循环系统包括由加热器、做功装置、冷却器、增压装置依次接通形成的介质回路。循环介质在介质回路内部循环流动，从加热器流出的循环介质为超临界状态，循环介质在做功装置中充分膨胀至略高于其三相点压力的气态，从冷却器流出的循环介质为饱和液态，温度比循环介质的三相点温度高0‑20℃。由于循环介质由高温高压的超临界状态逐步膨胀至其理论做功极限状态——三相点压力附近，从而充分发挥了循环介质的做功能力。

技术领域

本发明涉及发电系统领域，特别涉及一种朗肯循环系统及朗肯循环方法。

背景技术

在工业生产中，一些燃机往往具有较高的排气温度，为了实现对排气高位热源的进一步利用，人们通常在燃机底层结合蒸汽朗肯循环来实现高效联合循环发电。现有的蒸汽朗肯循环具有四个过程：

加热过程：水在锅炉中被加热为蒸汽，加热过程可以理想化为定压可逆吸热过程。

做功过程：蒸汽在汽轮机中膨胀，做功过程可以理想化为可逆绝热膨胀过程，即等熵膨胀过程。

冷却过程：蒸汽在冷凝器中被冷却成饱和水，冷却过程可以理想化为可逆定压冷却过程。

增压过程，水在水泵中被压缩升压，增压过程可以理想化为可逆绝热压缩过程，即等熵压缩过程。

其中，根据卡诺原理，可逆热机的效率仅与循环介质的最高温度与最低温度有关，而在现有的蒸汽朗肯循环中，水在加热过程中被加热到气态，在冷却过程中被冷却至接近环境温度的液态，在一定程度上限制了朗肯循环系统的作业效率，因此，如何进一步提高朗肯循环系统的作业效率，是本领域亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种作业效率更高的朗肯循环系统。

该朗肯循环系统包括由加热器、做功装置、冷却器、增压装置依次接通形成的介质回路，循环介质在介质回路内部循环流动，从加热器流出的循环介质为超临界状态，循环介质的三相点温度低于0℃，循环介质的三相点压力高于标准大气压，从冷却器流出的循环介质处于饱和液态，其温度T1比循环介质的三相点温度Tgls高0℃-20℃，从做功装置流出的气态循环介质压强P1等于循环介质在温度T1下的饱和蒸汽压力。根据该技术方案，首先，在本发明提供的朗肯循环系统中，循环介质在加热装置中达到超临界状态，当循环介质处于超临界状态时，密度较高，其膨胀做功所需的透平级数相对较少，因此在本发明中透平设备要比现有的蒸汽朗肯循环中的透平结构紧凑很多,更小的透平设备体积意味着更小的厂房面积、更紧凑的循环流程。

其次，从热力学角度而言，提高循环过程中的热源温度和降低循环过程中的冷源温度可以进一步提高循环效率。但当温度低于三相点时，定压冷却将使循环介质直接由气态凝华为固态，而不经历液相区。但由于固态的循环介质无法流动，因此朗肯循环中循环介质对冷却器提供的冷源的利用能力受到循环介质的三相点温度的限制，所以根据卡诺原理，在本发明中将循环介质加热到高于气态的超临界状态，并且，循环介质在冷却器中冷却到略高于三相点的温度(即高于三相点0℃-20℃)，此温度下对应的循环介质饱和蒸汽压力即为最末级做功装置的排气压力，可以最大限度提高朗肯循环系统的作业效率；进一步地，循环介质的三相点温度低于0℃，能够将循环介质降低至更低的温度，三相点压力高于标准大气压，使得在冷凝过程中不需要借助外部设备维持冷凝器内真空，也避免了空气向冷凝器内的渗漏，这样在结合利用优质低温冷源之后，从热力学角度上来说，能够大幅提高循环效率。

其中，较优地，该朗肯循环系统还包括回热器，回热器的热侧入口与做功装置的介质出口连通，回热器的热侧出口与冷却器的热侧入口连通，回热器的冷侧入口与增压装置的介质出口连通，回热器的冷侧出口与加热器连通。