本發(fā)明涉及動力機械技術領域，特別涉及一種以CO2為主要組元新型動力循環(huán)混合工質(zhì)。

背景技術：
低品位熱能廣泛存在，主要包括低溫地熱能、太陽熱能和工業(yè)余熱廢熱能等。低品位熱能儲量巨大，若能高效利用將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟和社會效益。工業(yè)領域的余熱總量巨大，冶金、化工、煤炭等行業(yè)的余熱總資源占其燃料消耗的17%-67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。中高溫熱能可采用水作為工質(zhì)的傳統(tǒng)朗肯循環(huán)進行回收，低于350℃的熱能采用傳統(tǒng)朗肯循環(huán)時余熱回收效率大幅降低，低于250℃的熱能采用傳統(tǒng)朗肯循環(huán)時系統(tǒng)甚至不能工作，造成目前低溫熱能大量浪費，回收利用的潛力非常大。采用低沸點工質(zhì)的朗肯循環(huán)是低品位熱能高效利用的有效方法，目前采用的低沸點工質(zhì)主要是氟利昂類和烷烴類工質(zhì)。氟利昂類工質(zhì)一般具有較好的穩(wěn)定性和安全性，但氟利昂類工質(zhì)普遍對環(huán)境不友好，處于分階段淘汰過程當中，且價格昂貴；烷烴類主要包括直鏈式烴類和芳香族烴類，如丁烷、異丁烷、戊烷、甲苯等，它們具有較好的熱力學屬性，但是可燃，運行安全性較差。CO2屬于自然工質(zhì)，具有良好的環(huán)境性能，ODP為0，GWP為1，自身無毒，不可燃，熱穩(wěn)定性強，價格低廉。但由于CO2臨界溫度為31℃，以CO2作為動力循環(huán)工質(zhì)時，其不能被常規(guī)冷卻水冷凝。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是提出較好的動力循環(huán)工質(zhì)，在保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定和安全的前提下，降低動力循環(huán)工質(zhì)成本。本發(fā)明提出一種以CO2為主要組元新型動力循環(huán)混合工質(zhì)，包括：CO2/丙烷混合工質(zhì)、CO2/環(huán)丙烷混合工質(zhì)、CO2/丙炔混合工質(zhì)、CO2/丁烷混合工質(zhì)、CO2/異丁烷混合工質(zhì)、CO2/順丁烯混合工質(zhì)、CO2/反丁烯混合工質(zhì)和CO2/環(huán)戊烷混合工質(zhì)。優(yōu)選地，CO2/丙烷混合工質(zhì)中丙烷質(zhì)量百分數(shù)在20%-60%；CO2/環(huán)丙烷混合工質(zhì)中環(huán)丙烷質(zhì)量百分數(shù)在1%-30%；CO2/丙炔混合工質(zhì)中丙炔質(zhì)量百分數(shù)在1%-30%；CO2/丁烷混合工質(zhì)中丁烷質(zhì)量百分數(shù)在1%-30%；CO2/異丁烷混合工質(zhì)中異丁烷質(zhì)量百分數(shù)在1%-30%；CO2/順丁烯混合工質(zhì)中順丁烯質(zhì)量百分數(shù)在1%-30%；CO2/反丁烯混合工質(zhì)中反丁烯質(zhì)量百分數(shù)在1%-30%；CO2/環(huán)戊烷混合工質(zhì)中環(huán)戊烷質(zhì)量百分數(shù)在1%-30%。另一方面，本發(fā)明還同時提供一種動力循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的循環(huán)工質(zhì)為上述混合工質(zhì)。再一方面，本發(fā)明還同時提供一種動力循環(huán)方法，該方法中采用上述混合工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)。本發(fā)明涉及的混合工質(zhì)具有比CO2更高的臨界溫度和更低的臨界壓力，與采用純CO2作為工質(zhì)相比，混合工質(zhì)循環(huán)中，工質(zhì)能夠被30℃左右的常規(guī)冷卻水冷凝，且循環(huán)壓力更低，有助于降低系統(tǒng)成本；由于主要組元CO2的存在，混合工質(zhì)的可燃性也低壓第二組元可燃性；同時混合物工質(zhì)具有很好的環(huán)境友好性。附圖說明圖1為本發(fā)明的混合工質(zhì)所使用的循環(huán)系統(tǒng)結構示意圖；圖2為本發(fā)明的混合工質(zhì)所采用的循環(huán)流程示意圖；圖3為本發(fā)明的一個實施例中將CO2與丙烷按50:50的質(zhì)量百分比混合所得混合工質(zhì)的性能曲線示意圖。具體實施方式下面通過實施例結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。本發(fā)明涉及的新型動力循環(huán)混合工質(zhì)應用于低品位熱能驅(qū)動的動力循環(huán)系統(tǒng)中，如圖1所示，工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)包括加熱器1、膨脹機（或汽輪機）2、冷卻器3、工質(zhì)泵4。循環(huán)工作原理如圖2所示，工質(zhì)在加熱器中被熱源流體加熱，然后高溫高壓工質(zhì)進入膨脹機（或汽輪機）膨脹并對外輸出軸功，低溫低壓的氣態(tài)工質(zhì)進入冷卻器與低溫熱源流體（冷卻水）進行換熱冷卻并冷凝為液態(tài)，低溫低壓液態(tài)工質(zhì)經(jīng)過工質(zhì)泵增壓達到設計壓力，進入加熱器與熱源流體換熱重新達到高溫高壓狀態(tài)，從而完成一個循環(huán)。本發(fā)明旨在提供一種更易被處理且循環(huán)性能更高的循環(huán)工質(zhì)，為此提供了一種以CO2為主要組元新型動力循環(huán)混合工質(zhì)。本發(fā)明涉及的混合工質(zhì)在加熱器中吸熱和在冷凝器中放熱時，混合工質(zhì)與熱源流體具有比純質(zhì)更好的溫度匹配，循環(huán)具有更高的低品位熱能利用效率。具體地，本發(fā)明的混合工質(zhì)包括以下實施方式：實施例A1：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將丙烷和CO2按50:50的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例B1：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將環(huán)丙烷和CO2按10:90的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例B2：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將環(huán)丙烷和CO2按20:80的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例B3：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將環(huán)丙烷和CO2按30:70的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例C1：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將丙炔和CO2按10:90的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例C2：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將丙炔和CO2按20:80的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例C3：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將丙炔和CO2按30:70的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例D1：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將丁烷和CO2按10:90的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例D2：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將丁烷和CO2按20:80的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例D3：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將丁烷和CO2按30:70的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例E1：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將異丁烷和CO2按10:90的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例E2：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將異丁烷和CO2按20:80的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例E3：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將異丁烷和CO2按30:70的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例F1：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將順丁烯和CO2按10:90的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例F2：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將順丁烯和CO2按20:80的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例F3：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將順丁烯和CO2按30:70的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例G1：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將反丁烯和CO2按10:90的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例G2：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將反丁烯和CO2按20:80的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例G3：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將反丁烯和CO2按30:70的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例H1：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將環(huán)戊烷和CO2按10:90的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例H2：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將環(huán)戊烷和CO2按20:80的質(zhì)量百分比進行物理混合。實施例H3：系統(tǒng)充灌工質(zhì)時將環(huán)戊烷和CO2按30:70的質(zhì)量百分比進行物理混合。下表具體顯示了各實施例中混合工質(zhì)的臨界參數(shù)，可以看出，通過各實施例中以適當?shù)谋壤旌螩O2及相應工質(zhì)，可以實現(xiàn)對工質(zhì)所需臨界溫度和臨界壓力的有效調(diào)節(jié)。表1.臨界參數(shù)比較進一步地，針對200℃，液態(tài)型熱源（比熱為2.3kJ/(kg·K），密度為0.790kg/m3），熱源流體質(zhì)量流量為10kg/s，汽輪機（或膨脹機）和工質(zhì)泵效率均為0.75，加熱器傳熱窄點溫差為10℃，冷凝器傳熱窄點溫差為5℃，汽輪機（或膨脹機）進口溫度為180℃，冷凝溫度為35℃，得到部分實施例循環(huán)性能如表2所示。表2.循環(huán)性能對比通過上述實施例及其實驗數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明利用CO2與有機物質(zhì)的適當混合，得到了臨界參數(shù)可控的混合工質(zhì)。本發(fā)明涉及的混合工質(zhì)具有比CO2更高的臨界溫度和更低的臨界壓力，與采用純CO2作為工質(zhì)相比，混合工質(zhì)循環(huán)中，工質(zhì)能夠被30℃左右的常規(guī)冷卻水冷凝，且循環(huán)壓力更低，有助于降低系統(tǒng)成本；由于主要組元CO2的存在，混合工質(zhì)的可燃性也低壓第二組元可燃性；同時混合物工質(zhì)具有很好的環(huán)境友好性。