柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1,1,2,2,3-五氟丙烷和七氟丙烷及余熱回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種用于回收柴油機余熱的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)的二元混合工質(zhì)。 本發(fā)明也涉及采用二元混合工質(zhì)的柴油機余熱回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源問題己經(jīng)成為經(jīng)濟發(fā)展中一個頭等重要問題。柴油機以其經(jīng)濟性和熱效率高 的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和運輸產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域，但其廢熱占到燃燒總能量的55%-70%，大部分的能量通過冷卻水散熱和高溫尾氣排放到大氣中。隨著能源供應(yīng)日益緊張，節(jié) 能、降耗、提高能源利用率越來越引起人們的重視，所以發(fā)動機排氣余熱的利用是必然趨 勢。
[0003] 目前，針對于回收柴油機余熱，有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)采用純工質(zhì)，對于純工質(zhì)循環(huán)動 力系統(tǒng)來說，蒸發(fā)器的擁損失最高，限制了循環(huán)效率及循環(huán)凈功的提高，其主要原因在于夾 點溫差導致純工質(zhì)和熱源的匹配效果差，夾點溫差是蒸發(fā)器過程中溫差最小的點，它出現(xiàn) 在純工質(zhì)泡點位置，純工質(zhì)的泡點溫度和露點溫度相同，而混合工質(zhì)的泡點溫度和露點溫 度不同，存在溫度滑移，這對于混合工質(zhì)與冷熱源的匹配有很大的益處。因此，開發(fā)環(huán)境友 好、熱力學性能好的新型可靠的工質(zhì)，對柴油機余熱利用系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。
[0004] 有關(guān)柴油機余熱利用的混合工質(zhì)的公開報道也較多，例如"采用非共沸混合工質(zhì) 變組分的低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)"的專利文件中，采用七氟丙烷和異丁烷混合用于利用地熱能， 熱源為85°C的地熱水。循環(huán)熱效率為9.41%，但其中的異丁烷易燃，安全性能差，不能用于 柴油機余熱回收;再例如"一種太陽能有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)"的專利文件中，采用二氯一 氟乙烷和正丁烷混合用于利用太陽能，但二氯一氟乙烷會破壞臭氧層，正丁烷易燃易爆。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于回收柴油機排氣能量，減少碳排放，保護環(huán)境 的柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2,2,3_五氟丙烷和七氟丙烷。本發(fā)明的目的還在 于提供一種利用柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷的余 熱回收方法。
[0006] 本發(fā)明的柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2,2,3_五氟丙烷和七氟丙烷由 1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷物理混合而成，1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷的質(zhì)量百 分數(shù)為〇. 3-0.9:0.1-0.7，組元物質(zhì)質(zhì)量分數(shù)之和等于100%。
[0007] 本發(fā)明的柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2,2,3_五氟丙烷和七氟丙烷的 臨界壓力范圍為3120kPa-3628kPa，臨界溫度范圍為123°C_167°C。
[0008] 利用柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷的余熱 回收方法之一是：1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷二元混合工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)栗8加壓后，進入回 熱器6吸收來自膨脹機4出口的有機工質(zhì)的熱量，接著進入中冷器-有機工質(zhì)換熱器9吸收中 冷器的熱量，最后進入煙氣-有機工質(zhì)換熱器3吸收柴油機排氣的熱量，成為高溫高壓的飽 和蒸汽或過熱蒸汽進入膨脹機4膨脹做功，膨脹完的有機工質(zhì)進入回熱器6將一部分能量傳 遞給工質(zhì)栗8出口的有機工質(zhì)，之后進入冷凝器7冷凝成飽和液體。
[0009] 利用柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷的余熱 回收方法之二是：1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷二元混合工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)栗8加壓后，進入回 熱器6吸收來自膨脹機出口的有機工質(zhì)的熱量，進入煙氣-有機工質(zhì)換熱器3吸收柴油機排 氣的熱量，成為高溫高壓的飽和蒸汽或過熱蒸汽進入膨脹機4膨脹做功，膨脹完的有機工質(zhì) 進入回熱器6將一部分能量傳遞給工質(zhì)栗8出口的有機工質(zhì)，之后進入冷凝器7冷凝成飽和 液體。
[0010] 利用柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2,2,3_五氟丙烷和七氟丙烷的余熱 回收方法之三是：1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷二元混合工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)栗8加壓后，進入回 熱器6吸收來自膨脹機4出口的有機工質(zhì)的熱量，接著進入中冷器-有機工質(zhì)換熱器9吸收中 冷器的熱量，最后進入水或?qū)嵊?有機工質(zhì)換熱器10吸收柴油機排氣的熱量，成為高溫高 壓的飽和蒸汽或過熱蒸汽進入膨脹機4膨脹做功，膨脹完的有機工質(zhì)進入回熱器6將一部分 能量傳遞給工質(zhì)栗8出口的有機工質(zhì)，之后進入冷凝器7冷凝成飽和液體，其中水或?qū)嵊?有機工質(zhì)換熱器的熱源水來自煙氣-水或?qū)嵊蛽Q熱器3,在煙氣-水或?qū)嵊蛽Q熱器3中的 水或?qū)嵊陀蔁煔饧訜帷?br>[0011] 利用柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷的余熱 回收方法之四是：1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷二元混合工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)栗8加壓后，進入回 熱器6吸收來自膨脹機出口的有機工質(zhì)的熱量，進入水或?qū)嵊?有機工質(zhì)換熱器10吸收柴 油機排氣的熱量，成為高溫高壓的飽和蒸汽或過熱蒸汽進入膨脹機4膨脹做功，膨脹完的有 機工質(zhì)進入回熱器6將一部分能量傳遞給工質(zhì)栗8出口的有機工質(zhì)，之后進入冷凝器7冷凝 成飽和液體，其中水或?qū)嵊?有機工質(zhì)換熱器的熱源水來自煙氣-水或?qū)嵊蛽Q熱器3,在 煙氣-水或?qū)嵊蛽Q熱器3中的水或?qū)嵊陀蔁煔饧訜帷?br>[0012] 本發(fā)明基于解決能源問題及溫室效應(yīng)引起的環(huán)境問題，充分考慮柴油機排氣的特 點，綜合提高柴油機余熱利用潛力，通過二元混合工質(zhì)有機朗肯系統(tǒng)，回收柴油機排氣能 量，減少碳排放，保護環(huán)境。
[0013] 本發(fā)明總體方案的指導思想是：通過研究發(fā)現(xiàn)，臨界溫度相差70°C的工質(zhì)混合后 表現(xiàn)出很高的熱效率，在此范圍內(nèi)篩選出冷卻水溫度為25 °C時，熱源溫度為200 °C柴油機排 氣溫度條件下，熱效率超過20 %的工質(zhì)配比。
[0014] 本系統(tǒng)所采用的兩種二元混合工質(zhì)混合物其臨界壓力相近，相變時滑移溫度大， 符合環(huán)保要求，循環(huán)性能優(yōu)良，本發(fā)明在環(huán)境溫度25°C柴油機額定工況下的朗肯循環(huán)效率 大于20%，循環(huán)熱效率高，回熱循環(huán)效率相對于目前其他二元混合工質(zhì)混合物及純工質(zhì)都 要高，產(chǎn)生這種效果的原因在于采用這種配比，回熱時，高壓回熱出口可跨越過高壓下的泡 點溫度，低壓回熱出口可跨越低壓下的露點溫度。避免了純工質(zhì)朗肯循環(huán)的溫度夾點問題， 有利于循環(huán)效率的提尚。
[0015] 采用上述技術(shù)方案具有如下顯著優(yōu)點：
[0016] (1)采用二元混合工質(zhì)混合物作為有機朗肯循環(huán)的工質(zhì)，能夠有效地回收柴油機 余熱，采用1，1，2，2，3-五氟丙烷/七氟丙烷的混合方式相對于其他的混合物有更高的熱效 率，有效地降低柴油機的排氣。其原因在于采用這種配比，回熱時，高壓回熱出口可跨越過 高壓下的泡點溫度，低壓回熱出口可跨越低壓下的露點溫度。
[0017] (2)通過中冷器-有機工質(zhì)預(yù)熱器可以有效地利用中冷器的熱量，提高工質(zhì)進入煙 氣-有機工質(zhì)換熱器的溫度，工質(zhì)自中冷器-有機工質(zhì)預(yù)熱器出來后進入煙氣-有機工質(zhì)換 熱器繼續(xù)升溫，成為飽和蒸汽或過熱蒸汽。通過中冷器-有機工質(zhì)預(yù)熱器和煙氣-有機工質(zhì) 換熱器聯(lián)合傳熱，可以增大有機工質(zhì)的流量，提高輸出軸功。
[0018] (3)二元混合工質(zhì)混合物經(jīng)由煙氣-有機工質(zhì)換熱器后成為高溫高壓的蒸汽，進入 膨脹機中膨脹做功，膨脹機出口的有機工質(zhì)通過回熱器將熱量傳遞給工質(zhì)栗出口的有機工 質(zhì)，提高熱效率。
【附圖說明】
[0019] 圖1至圖4為本發(fā)明的四種二元混合工質(zhì)有機朗肯循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖5為亞臨界溫熵圖。
[0021]圖6為跨臨界溫熵圖。
【具體實施方式】
[0022]下面舉例對本發(fā)明做更詳細的描述。
[0023]本發(fā)明的二元混合工質(zhì)有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)選用1，1，2，2,3_五氟丙烷和 七氟丙烷物理混合為二元混合工質(zhì)，1，1，2，2，3-五氟丙烷和七氟丙烷質(zhì)量百分數(shù)為(0.3_ 0.9) :(0.1-0.7)。兩組元物質(zhì)質(zhì)量分數(shù)之和等于100%，兩組元物質(zhì)的基本參數(shù)如表1所示。 [0024]表1二元混合工質(zhì)有機工質(zhì)中所含組元的基本參數(shù)
[0025] Tc:臨界溫度，Pc:臨界壓力，0DP:臭氧損耗潛能值(半經(jīng)驗數(shù)值），GWP:全球溫室效 應(yīng)潛能值(累計時間基準1 〇〇年）
[0026]
[0027] 結(jié)合圖1，利用柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2,2,3_五氟丙烷和七氟丙 烷的余熱回收方法之一所涉及的系統(tǒng)由1-柴油機，2-排氣管，3-煙氣-有機工質(zhì)換熱器，4-膨脹機，5-功率傳遞設(shè)備，6-回熱器，7-冷凝器，8-工質(zhì)栗，9-中冷器-有機工質(zhì)預(yù)熱器構(gòu)成。 二元混合工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)栗8加壓后，進入回熱器6吸收來自膨脹機4出口的有機工質(zhì)的熱量，接 著進入中冷器-有機工質(zhì)換熱器9吸收中冷器的熱量，最后進入煙氣-有機工質(zhì)換熱器3吸收 柴油機排氣的熱量，成為高溫高壓的飽和蒸汽或過熱蒸汽進入膨脹機4膨脹做功，膨脹完的 有機工質(zhì)進入回熱器6將一部分能量傳遞給工質(zhì)栗8出口的有機工質(zhì)，之后進入冷凝器7冷 凝成飽和液體。
[0028] 結(jié)合圖2,利用柴油機余熱回收朗肯循環(huán)混合工質(zhì)1，1，2,2,3_五氟丙烷和七氟丙 烷的余熱回收方法之一所涉及的系統(tǒng)由1-柴油機，2-排氣管，3-煙氣-有機工質(zhì)換熱器，4- 膨脹機，5-功率傳遞設(shè)備，6-回熱器，7-冷凝器，8-工質(zhì)栗構(gòu)成。二元混合工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)栗8加 壓后，進入回熱器6吸收來自膨脹機出口的有機工質(zhì)的熱量，進入煙氣-有機工質(zhì)換熱器3吸 收柴油機排氣的熱量，成為高溫高壓的飽和蒸汽或過熱蒸汽進入膨脹機4膨脹做功，膨脹完 的有機工質(zhì)進入回熱器6將一部分能量傳遞給工質(zhì)栗8出口的有機工質(zhì)，之后進入