[发明专利]实现双级全流涡轮膨胀机ORC制取压缩空气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及中低温余热回收利用技术领域，尤其是涉及一种实现双级全流涡轮膨胀机ORC制取压缩空气的方法。

背景技术

有机朗肯循环(ORC)系统，是以低沸点有机物为工质的一项热力循环技术。其基本工作原理是ORC有机工质在蒸发器中与热源换热，产生该有机工质的蒸汽，进而推动膨胀机或汽轮机做工，并带动发电机发电或输出动力，换热后的蒸汽在冷凝器中冷却为液态，再由循环泵送入蒸发器，从而完成一个循环。由于低沸点有机工质的使用，这种动力系统对热源的温度、压力等条件要求较低，因此适用于工业余热回收，地热、太阳能等可再生能源的中低温热利用等场合。

膨胀机没有气阀、活塞等滑动部件，因此其工艺性好，工质流速大，可平稳地进行高速运转，是一种良好的热功转换设备。现有的有机朗肯循环系统较多使用螺杆膨胀机，螺杆膨胀机具有运行过程中内部工质可以气液两相流的特点。涡轮膨胀机同样拥有此特点，且使用涡轮膨胀机替代螺杆膨胀机后，可以利用膨胀机和压缩机同轴的特性，以极低的能耗来制取压缩空气。

压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。现有的压缩空气制取方法往往需要大量的能耗，如果采用余热能源来制取压缩空气，即可大大降低流程工业的能耗，提高能源效率。

在钢铁、有色金属、石油化工、建材、轻工等诸多行业中，生产企业有着大量低品位余热，包括烟气、蒸汽和热水等，这些热量品位低、数量大、分布散，基本不能为生产再利用。在当前节能减排大政策背景下，余热利用技术越来越受到工业界和学术界的重视，推广中低温余热发电或者中低温余热回收制取压缩空气即为一种低品位余热利用的重要方式。

然而，ORC发电系统中，由于进入膨胀机工质流量和压力的随机波动，工质在膨胀机中不能充分有效的平稳膨胀做功(一般螺杆膨胀机的膨胀比控制在1:4左右)，导致转速不稳定，影响ORC系统发电的稳定性，降低了发电效率。如果利用膨胀机直接驱动空气压缩机，对普通空气进行压缩。压缩空气通过稳压(减压)后直接并入气体管网，系统的能源效率可以大幅提高。

目前，国内外没有发现利用ORC来制取压缩空气的应用，本发明带来全新的压缩空气节能理念，利用免费的工业中低温余热来制取压缩空气。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种实现双级全流涡轮膨胀机ORC制取压缩空气的方法。

为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种双级全流涡轮膨胀机ORC制取压缩空气的系统，包括蒸发器、两台透平同轴一体机、冷凝器和工质泵，各设备之间通过管线实现连接；

所述透平同轴一体机由透平膨胀机和透平压缩机同轴直联，透平膨胀机用于膨胀做功，透平压缩机用于制取压缩空气；其中，两台透平膨胀机并联运行，均设有工质入口和工质出口；两台透平压缩机串联运行，其中一台透平压缩机设有一级空气入口和一级压缩空气出口，另一台透平压缩机设二级压缩空气入口和二级压缩空气出口，一级压缩空气出口通过管线接至二级压缩空气入口；

各设备之间通过管线实现连接：工质泵的出口端与蒸发器的工质入口相接，蒸发器的工质出口分别接至两台透平膨胀机的工质入口；两台透平膨胀机的工质出口均经冷凝器接至工质泵的入口端；蒸发器上设有热源入口端和热源出口端。

本发明中，所述冷凝器是空冷冷凝器或水冷冷凝器。

本发明中，在透平膨胀机的工质出口与冷凝器之间的管线上设有储液罐。

本发明中，在透平膨胀机的工质出口处设有止回阀，以保证一台膨胀机紧急停机时不影响另一台的正常运行。

本发明中，在蒸发器的工质出口与两台透平膨胀机的工质入口之间的管线上设有二次换热器；二次换热器上设工质入口和工质出口、压缩空气入口和压缩空气排出口，其中压缩空气入口与所述透平压缩机的二级压缩空气出口相连。