[发明专利]一种利用混合组分工质的低温热源热电转换系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温热源热电转换系统，尤其涉及一种利用混合组分工质的低温热源热电转换系统。

背景技术

目前，绝大多数的热动力系统都是利用具有固定沸点的单一组分工作介质，采用朗肯循环技术，这种热动力系统的效率受到沸点温度恒定的限制，因为汽化潜热较大，热源在散热过程中温度呈线性下降，具有固定沸点的工作介质在吸热过程在达到沸点之前，其温升与热源散热特性相同也呈线性。但是该工作介质在达到沸点温度后即继续吸收热量蒸发汽化，在汽化过程中但是温度保持不变直至全部液态工作介质变成汽态工质。也就是说，其汽化过程必须从热源中吸收大量热能，但是与热源的温差不能保持线性关系，导致整个热动力系统的效率受到限制。

在授予Alexander I.Kalina的美国专利号为US4346561的文件中介绍了一种卡琳娜循环技术，卡琳娜循环是在朗肯循环基础上的一种“改进”，它将“纯”的循环介质变成了氨和水的“混合物”。氨-水混合物的物理特性既不同于纯水，又不同于纯氨，它采用了两种沸点稳定且能形成不固定沸点的相异工作介质，该工质不但在液态吸热过程中能保持与热源散热过程线性的温降特性平行，而且在汽化相变过程中也能使其温升特性与热源散热过程线性的温降特性近似保持平行，从而提高了整个热动力系统的效率。

结合图1，卡琳娜循环的过程大致如下：工质从热井经氨泵送入分离式热交换器，加热后的工质经分离器分为富氨气和贫氨水，富氨气送入氨汽轮机做功，排出的乏汽送入冷凝器，贫氨水也输送至冷凝器，通过冷源降温后，汽态工质逐渐被液态工质吸收，混合物最终呈液态送入热井，完成一个热电转换循环过程。

由上述循环过程可知，对非单一组分循环工质而言，实现一个循环的关键是进入凝汽器中的液态工质对汽态工质的吸收效率。该吸收效率取决于下列因素：

1)汽轮机背压；

2)汽、液态工质的流量比例；

3)将汽态工质被液态工质吸收后释放出的热量携离的冷却水温度及流量。

在上列因素中，汽、液态工质的流量比例最为重要。在US434656专利文件实施“贫氨水→冷凝器”的过程操作时，仅依靠操作人员经验，通过手动或电动阀门操作实施，由于对离开分离器液态工质的真实流量、温度和密度不能在线知晓，即使通过熟练运行人员操作，手动调节“贫氨水→冷凝器”过程中液态和汽态工作介质的实际流量偏差通常会超过设计值的10％～15％以上，致使工质不能按精确比例相混合，导致液、汽态工质不能完全液化，使系统循环效率下降，汽轮机背压无法稳定在设计值。同时，也给冷却水量和冷却塔工况调节带来困难。

另外，根据上述循环过程又可知：由于待加热工质从离开加压泵后，陆续经过分离式的各加热器、汽水分离器以及与各分离设备相关的隔离阀、调节阀以及连接管道，不但造成了占地和布置的困难，提高了工程成本，而且提高了汽轮机入口前工质的管道沿程和局部阻力损失约8％-10％，减少了汽轮机的输出轴功率和发电机的有效输出电功率约7％-9％。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何精确控制汽、液态工质的流量比例，使液态工质能够对汽态工质完全吸收后液化，从而提高系统循环效率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种利用混合组分工质的低温热源热电转换系统，其特征在于：包括产汽器，产汽器内从上至下依次设有喷淋器、第一加热器、第二加热器，盛有混合组分工质的热井通过带有加压输液泵的管路连接喷淋器；产汽器上部设有干汽器，干汽器通过管路连接涡轮机进气端，涡轮机连接发电机，涡轮机排气端通过管路连接混合器；产汽器下部设有回流器，回流器通过管路连接混合器，混合器连接凝汽器。

优选地，所述混合组分工质同时满足以下两个条件：一、两种以上化学成分稳定的工作介质；二、两种以上沸点稳定且能形成不固定沸点的相异工作介质。

优选地，所述第一加热器与第二加热器共用同一低温热源，即低温热源先进入第一加热器，从第一加热器出来后再进入第二加热器。

优选地，所述第一加热器与第二加热器的传热面温度均高于所述混合组分工质的沸点温度。

优选地，所述凝汽器内通有冷却水源。

优选地，所述回流器连接混合器的管路上设有流量调节阀。

优选地，所述产汽器中的液位线位于第一加热器以下。

本发明还提供一种利用混合组分工质的低温热源热电转换方法，采用上述利用混合组分工质的低温热源热电转换系统，步骤为：