雙壓力多級膨脹再熱的內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙壓力多級膨脹再熱的內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)。其系統(tǒng)組成為：由冷凝器、低高壓工質(zhì)泵、預熱器和高溫中冷器以及煙氣換熱器、第一膨脹機、再熱器、第二膨脹機、混合熱交換器以及第三膨脹機，依次串接構(gòu)成ORC主循環(huán)系統(tǒng)。低壓工質(zhì)泵輸出的工質(zhì)分向高低壓級二個支路，兩個支路的工質(zhì)在混合熱交換器內(nèi)匯合。缸套冷卻水出口與預熱器、低溫蒸發(fā)器及缸套冷卻水進口，串接組成冷卻水循環(huán)。進氣口與渦輪增壓器壓氣機進口、高低溫中冷器串接組成增壓空氣回路。排氣口與渦輪增壓器中的渦輪機、煙氣換熱器及再熱器連接構(gòu)成排氣熱利用系統(tǒng)。按內(nèi)燃機余熱品質(zhì)分級組成回路，使各個部分的余熱得到充分利用，增大了從余熱源中回收的熱量。
【專利說明】雙壓力多級膨脹再熱的內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機余熱利用技術(shù)，具體涉及一種雙壓力多級膨脹再熱的內(nèi)燃機余熱回收利用的朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對于內(nèi)燃機來說燃料產(chǎn)生的能量很大一部分都被排氣以及缸套冷卻水等帶走。隨著能源短缺和環(huán)境問題的日益嚴重，人們越來越關(guān)注內(nèi)燃機余熱能量的回收，以減少能源的消耗。有機朗肯循環(huán)(ORC)技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，熱效率高，并且安全可靠，是目前內(nèi)燃機余熱利用技術(shù)研究熱點。內(nèi)燃機運行將產(chǎn)生較多的余熱源，并且各余熱源的溫度、熱流量等都不一樣，簡單的有機朗肯循環(huán)其回收的能量就顯得非常有限。如果想提高發(fā)動機余熱的高效利用，必須在熱回收系統(tǒng)中，根據(jù)各熱源的不同品質(zhì)，合理地梯級利用各余熱源能量，才能使系統(tǒng)的輸出功盡可能大。
[0003]因此針對這種情況，本發(fā)明提出一種雙壓力多級膨脹再熱內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)來梯級利用各熱源的能量，增大系統(tǒng)回收的熱量，進而提高輸出功。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是，提出一種適用于內(nèi)燃機余熱回收的雙壓力多級膨脹再熱的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，可以充分利用內(nèi)燃機余熱，梯級利用不同熱源的能量，從而提高回收系統(tǒng)的輸出功，達到提高內(nèi)燃機燃油經(jīng)濟性的目的。
[0005]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理與系統(tǒng)組成進行說明:雙壓力多級膨脹再熱的內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)具有:冷凝器、兩個工質(zhì)泵、高低溫中冷器、低溫蒸發(fā)器、混合熱交換器、預熱器、煙氣換熱器、三個膨脹機以及渦輪增壓器等。其系統(tǒng)組成為:由冷凝器、低壓工質(zhì)泵、高壓工質(zhì)泵、預熱器和高溫中冷器以及煙氣換熱器工質(zhì)側(cè)、第一膨脹機、再熱器的工質(zhì)側(cè)、第二膨脹機、混合熱交換器以及第三膨脹機，依次串接構(gòu)成ORC循環(huán)系統(tǒng)。在高、低壓工質(zhì)泵與混合熱交換器工質(zhì)側(cè)之間，依次接有低溫中冷器和低溫蒸發(fā)器，將ORC主循環(huán)系統(tǒng)分為高低壓級兩個支路，低壓工質(zhì)泵輸出的工質(zhì)分別泵入兩個支路，兩個支路的工質(zhì)在混合熱交換器內(nèi)匯合。內(nèi)燃機缸套冷卻水出口通過管路與預熱器、低溫蒸發(fā)器的水側(cè)、以及缸套冷卻水進口，依次串接組成冷卻水閉路循環(huán)?？諝膺M氣口與渦輪增壓器中壓氣機進口、高溫中冷器和低溫中冷器的空氣側(cè)、以及內(nèi)燃機進氣口，依次串接組成增壓空氣回路。內(nèi)燃機排氣口與渦輪增壓器中的渦輪機、煙氣換熱器以及再熱器依次連接構(gòu)成排氣熱利用系統(tǒng)。
[0006]高壓級支路由高壓工質(zhì)泵、預熱器和高溫中冷器以及煙氣換熱器工質(zhì)側(cè)、第一膨脹機、再熱器的工質(zhì)側(cè)、第二膨脹機以及混合熱交換器組成；低壓級支路由低壓工質(zhì)泵、低壓工質(zhì)泵、低溫中冷器、低溫蒸發(fā)器、混合熱交換器、第三膨脹機以及冷凝器組成。兩個支路在混合熱交換器中交匯并換熱。
[0007]本發(fā)明的特點及有益效果是，按照內(nèi)燃機余熱的品質(zhì)分級組成回路，使內(nèi)燃機各個部分的余熱得到充分利用，增大了從余熱源中回收的熱量，進而提高了回收系統(tǒng)的輸出功，達到了提高內(nèi)燃機燃油經(jīng)濟性的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]所示附圖為本發(fā)明系統(tǒng)原理和部件連接結(jié)構(gòu)圖。圖中粗實線表示ORC循環(huán)；長虛線表示空氣增壓余熱循環(huán)；細虛線表示缸套冷卻水循環(huán)；粗虛線表示內(nèi)燃機高溫排氣循環(huán)。
【具體實施方式】
[0009]以下結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明的原理與設(shè)置方案做進一步的說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0010]雙壓力多級膨脹再熱的內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成及部件連接的技術(shù)方案為:由冷凝器1、低壓工質(zhì)泵2、高壓工質(zhì)泵6、預熱器7和高溫中冷器8以及煙氣換熱器9工質(zhì)側(cè)、第一膨脹機10、再熱器11的工質(zhì)側(cè)、第二膨脹機12、混合熱交換器以及第三膨脹機14，依次串接構(gòu)成ORC主循環(huán)系統(tǒng)。在高、低壓工質(zhì)泵與混合熱交換器工質(zhì)側(cè)之間，依次接有低溫中冷器3和低溫蒸發(fā)器4，將ORC主循環(huán)分為高低壓級兩個支路，低壓工質(zhì)泵輸出的工質(zhì)分別泵入兩個支路，兩個支路的工質(zhì)在混合熱交換器5內(nèi)匯合。內(nèi)燃機缸套冷卻水出口通過管路與預熱器、低溫蒸發(fā)器4的水側(cè)、及缸套冷卻水進口，依次串接組成冷卻水閉路循環(huán)?？諝膺M氣口與渦輪增壓器13中壓氣機進口、高溫中冷器8和低溫中冷器3的空氣側(cè)、以及內(nèi)燃機進氣口，依次串接組成增壓空氣回路。內(nèi)燃機排氣口與渦輪增壓器中的渦輪機、煙氣換熱器以及再熱器依次連接構(gòu)成排氣熱利用系統(tǒng)。由低溫中冷器、低溫蒸發(fā)器、混合熱交換器三個換熱器的工質(zhì)側(cè)、第三膨脹機、冷凝器的工質(zhì)側(cè)以及低壓工質(zhì)泵，依次串接構(gòu)成整體ORC循環(huán)的低壓級支路。壓氣機與渦輪膨脹機軸連接構(gòu)成渦輪增壓器。ORC主循環(huán)系統(tǒng)高低壓級兩個支路中循環(huán)的工質(zhì)均為(CH3)3SiOSi(CH3)3 (六甲基二硅氧烷)。
[0011]ORC循環(huán)系統(tǒng)的熱源(通過渦輪增壓器)來自排氣余熱、缸套冷卻水余熱和空氣增壓余熱。為此系統(tǒng)主要組成三個循環(huán)回路，
[0012]第一條回路:缸套冷卻水從內(nèi)燃機出來后先通過預熱器對來自高壓支路的工質(zhì)進行預熱，再通過低壓蒸發(fā)器使其工質(zhì)蒸發(fā)，冷卻水溫度降低后回到內(nèi)燃機中。
[0013]第二條回路:從增壓器壓氣機中排出的空氣溫度升高，依次通過兩個中冷卻器，預熱高、低壓支路的工質(zhì)，空氣溫度降低后再進入氣缸。這兩條回路的熱負荷不是很大，且溫度相對也比較低，所以主要用來預熱或加熱低壓支路的工質(zhì)，使其變?yōu)榈蛪簹怏w。
[0014]第三條回路是ORC整體循環(huán)回路，從冷凝器出來的工質(zhì)經(jīng)過低壓泵加壓后分為高低壓兩條支路:低壓支路的工質(zhì)首先通過低溫中冷器與增壓空氣進行換熱，再到低壓蒸發(fā)器中與缸套冷卻水進行換熱成為低壓氣體。高壓支路工質(zhì)經(jīng)過預熱器和高溫中冷器初步換熱后，到煙氣換熱器中被內(nèi)燃機的高溫排氣加熱變成高溫、高壓氣體，然后進入第一膨脹機中膨脹做功。做功后的工質(zhì)溫度有所降低但仍具有一定的能量，于是又進入再熱器中與高溫排氣進行第二次換熱，溫度升高后再進入第二膨脹機中膨脹做功。做功后的乏汽在混合熱交換器中與低壓支路的工質(zhì)蒸汽匯合，同時又被加熱成飽和蒸汽進入第三膨脹機進行第三次膨脹做功，工質(zhì)乏汽在冷凝器中冷凝，通過低壓工質(zhì)泵打回系統(tǒng)完成循環(huán)。在第三回路中，因為內(nèi)燃機排氣的溫度比較高，所攜帶的熱負荷較大，所以O(shè)RC循環(huán)回路是內(nèi)燃機余熱利用的主要循環(huán)回路。
【權(quán)利要求】
1.雙壓力多級膨脹再熱的內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)，具有:冷凝器、兩個工質(zhì)泵、高低溫中冷器、低溫蒸發(fā)器、混合熱交換器、預熱器、煙氣換熱器、三個膨脹機以及渦輪增壓器，其特征在于:由冷凝器(I)、低壓工質(zhì)泵(2)、高壓工質(zhì)泵(6)、預熱器(7)和高溫中冷器(8)以及煙氣換熱器(9)工質(zhì)側(cè)、第一膨脹機(10)、再熱器(11)的工質(zhì)側(cè)、第二膨脹機(12)、混合熱交換器(5)以及第三膨脹機(14)，依次串接構(gòu)成ORC主循環(huán)系統(tǒng)，在高、低壓工質(zhì)泵與混合熱交換器工質(zhì)側(cè)之間，依次接有低溫中冷器(3)和低溫蒸發(fā)器(4)，將ORC主循環(huán)系統(tǒng)分為高低壓級兩個支路，低壓工質(zhì)泵輸出的工質(zhì)分別泵入兩個支路，兩個支路的工質(zhì)在混合熱交換器(5)內(nèi)匯合，內(nèi)燃機缸套冷卻水出口通過管路與預熱器、低溫蒸發(fā)器(4)的水側(cè)、以及缸套冷卻水進口，依次串接組成冷卻水閉路循環(huán)；空氣進氣口與渦輪增壓器(13)中壓氣機進口、高溫中冷器(8)和低溫中冷器(3)的空氣側(cè)、以及內(nèi)燃機進氣口，依次串接組成增壓空氣回路；內(nèi)燃機排氣口與渦輪增壓器中的渦輪機、煙氣換熱器以及再熱器依次連接構(gòu)成排氣熱利用系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壓力多級膨脹再熱的內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)，其特征是由所述ORC主循環(huán)低壓級支路由低溫中冷器(3 )、低溫蒸發(fā)器(4 )、混合熱交換器(5 )三個換熱器的工質(zhì)側(cè)、第三膨脹機(14)、冷凝器(I)的工質(zhì)側(cè)以及低壓工質(zhì)泵(2)，依次串接組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壓力多級膨脹再熱的內(nèi)燃機余熱回收系統(tǒng)，其特征是所述ORC主循環(huán)系統(tǒng)高低壓級兩個支路中循環(huán)的工質(zhì)均為(CH3)3SiOSi (CH3)3O
【文檔編號】F02G5/00GK103670558SQ201310749469
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】李曉寧, 舒歌群, 王軒, 梁友才, 李團兵 申請人:天津大學