混合工質1,1,2,2,3-五氟丙烷和1,1,1-三氟乙烷及余熱回收方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及的是一種用于回收柴油機余熱的低溫朗肯循環系統的二元混合工質。 本發明也設及采用二元混合工質的柴油機余熱回收方法。
【背景技術】
[0002] 能源問題己經成為經濟發展中一個頭等重要問題。柴油機W其經濟性和熱效率高 的優勢，廣泛應用于工業生產和運輸產業的各個領域，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。隨著能源供應日益緊張，節 能、降耗、提高能源利用率越來越引起人們的重視，所W發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，有機朗肯循環系統采用純工質，對于純工質循環動 力系統來說，蒸發器的擁損失最高，限制了循環效率及循環凈功的提高，其主要原因在于夾 點溫差導致純工質和熱源的匹配效果差，夾點溫差是蒸發器過程中溫差最小的點，它出現 在純工質泡點位置，純工質的泡點溫度和露點溫度相同，而混合工質的泡點溫度和露點溫 度不同，存在溫度滑移，運對于混合工質與冷熱源的匹配有很大的益處。因此，開發環境友 好、熱力學性能好的新型可靠的工質，對柴油機余熱利用系統技術的發展至關重要。
[0004] 有關柴油機余熱利用的混合工質的公開報道也較多，例如"采用非共沸混合工質 變組分的低溫朗肯循環系統"的專利文件中，采用屯氣丙烷和異下燒混合用于利用地熱能， 熱源為85°C的地熱水。循環熱效率為9.41%，但其中的異下燒易燃，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發電系統"的專利文件中，采用二氯一 氣乙燒和正下燒混合用于利用太陽能，但二氯一氣乙燒會破壞臭氧層，正下燒易燃易爆。
【發明內容】
[0005] 本發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，保護環境 的混合工質1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣乙燒。本發明的目的還在于提供一種利用混 合工質1，1，2,2,3-五氣丙烷和氣乙燒的余熱回收方法。
[0006] 本發明的混合工質1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣乙燒是由1，1，2，2，3-五氣 丙烷和1，1，1-Ξ氣乙燒物理混合而成的二元混合工質，1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣 乙燒的質量分數為(0.2-0.8) :(0.1-0.5)，兩組元物質質量分數之和等于100%。
[0007] 本發明的混合工質1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣乙燒的臨界壓力范圍為 3652kPa-3665kPa，臨界溫度范圍為 93°C-164°C。
[000引本發明的利用混合工質1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣乙燒的余熱回收方法 之一為：混合工質1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣乙烷烴工質累8加壓后，進入回熱器6 吸收來自膨脹機4出口的有機工質的熱量，接著進入中冷器-有機工質換熱器9吸收中冷器 的熱量，最后進入煙氣-有機工質換熱器3吸收柴油機排氣的熱量，形成的高溫高壓的飽和 蒸汽或過熱蒸汽進入膨脹機4膨脹做功，膨脹完的有機工質進入回熱器則尋一部分能量傳遞 給工質累8出口的有機工質，之后進入冷凝器7冷凝成飽和液體。
[0009] 本發明的利用混合工質1，1，2,2,3-五氣丙烷和氣乙燒的余熱回收方法 之二為：混合工質1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣乙烷烴工質累8加壓后，進入回熱器6 吸收來自膨脹機出口的有機工質的熱量，進入煙氣-有機工質換熱器3吸收柴油機排氣的熱 量，形成的高溫高壓的飽和蒸汽或過熱蒸汽進入膨脹機4膨脹做功，膨脹完的有機工質進入 回熱器則尋一部分能量傳遞給工質累8出口的有機工質，之后進入冷凝器7冷凝成飽和液體。
[0010] 本發明的利用混合工質1，1，2,2,3-五氣丙烷和氣乙燒的余熱回收方法 之Ξ為：混合工質1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣乙烷烴工質累8加壓后，進入回熱器6 吸收來自膨脹機4出口的有機工質的熱量，接著進入中冷器-有機工質換熱器9吸收中冷器 的熱量，最后進入水或導熱油-有機工質換熱器10吸收柴油機排氣的熱量，形成的高溫高壓 的飽和蒸汽或過熱蒸汽進入膨脹機4膨脹做功，膨脹完的有機工質進入回熱器則尋一部分能 量傳遞給工質累8出口的有機工質，之后進入冷凝器7冷凝成飽和液體;其中水或導熱油-有 機工質換熱器的熱源水來自煙氣-水或導熱油換熱器3,在煙氣-水或導熱油換熱器3中的水 或導熱油由煙氣加熱。
[0011] 本發明的利用混合工質1，1，2,2,3-五氣丙烷和氣乙燒的余熱回收方法 之四為：混合工質1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣乙烷烴工質累8加壓后，進入回熱器6 吸收來自膨脹機出口的有機工質的熱量，進入水或導熱油-有機工質換熱器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 質進入回熱器則尋一部分能量傳遞給工質累8出口的有機工質，之后進入冷凝器7冷凝成飽 和液體;其中水或導熱油-有機工質換熱器的熱源水來自煙氣-水或導熱油換熱器3,在煙 氣-水或導熱油換熱器3中的水或導熱油由煙氣加熱。
[0012] 本發明基于解決能源問題及溫室效應引起的環境問題，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，通過二元混合工質有機朗肯系統，回收柴油機排氣能 量，減少碳排放，保護環境。
[0013] 本發明總體方案的指導思想是：通過研究發現，臨界溫度相差7(TC的工質混合后 表現出很高的熱效率，在此范圍內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 %的工質配比。
[0014] -種二元混合工質有機朗肯循環系統，包括中冷器-有機工質預熱器、煙氣-有機 工質換熱器、膨脹機、回熱器、冷凝器、工質累。
[0015] 本發明的二元混合工質有機朗肯循環系統循環工質選用1，1，2,2,3-五氣丙烷和 1,1,1-二氣乙燒物理混合為二兀混合工質，1,1,2,2,3-五氣丙烷和1,1,1-二氣乙燒質量百 分數為(0.2-0.8) :(0.1-0.5)。兩組元物質質量分數之和等于100%，兩組元物質的基本參 數如表1所示。
[0016] 表1二元混合工質中所含組元的基本參數
[0017] Tc:臨界溫度，Pc:臨界壓力，0DP:臭氧損耗潛能值伴經驗數值），GWP:全球溫室效 應潛能值(累計時間基準100年）
[001 引
[0019] 本系統所采用的兩種二元混合工質其臨界壓力相近，相變時滑移溫度大，符合環 保要求，循環性能優良，本發明在環境溫度25°C柴油機額定工況下的朗肯循環效率大于 20%，循環熱效率高，回熱循環效率相對于目前其他混合工質及純工質都要高，產生運種效 果的原因在于采用該配比在回熱時，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。避免了純工質朗肯循環的溫度夾點問題，有利于循環效率 的提高。
[0020] 采用上述技術方案具有如下顯著優點：
[0021] (1)采用二元混合工質作為有機朗肯循環的工質，能夠有效地回收柴油機余熱，采 用1，1，2，2，3-五氣丙烷/1，1，1-Ξ氣乙燒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。其原因在于采用運種配比，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。
[0022] (2)通過中冷器-有機工質預熱器可W有效地利用中冷器的熱量，提高工質進入煙 氣-有機工質換熱器的溫度，工質自中冷器-有機工質預熱器出來后進入煙氣-有機工質換 熱器繼續升溫，成為飽和蒸汽。通過中冷器-有機工質預熱器和煙氣-有機工質換熱器聯合 傳熱，可W增大有機工質的流量，提高輸出軸功。
[0023] (3)二元混合工質經由煙氣-有機工質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通過回熱器將熱量傳遞給工質累出口的有機工質，提 高熱效率。
【附圖說明】
[0024] 圖1至圖4為本發明的四種二元混合工質有機朗肯循環裝置結構示意圖。
[00巧]圖5為亞臨界溫賭圖。
[0026] 圖6為跨臨界溫賭圖。
【具體實施方式】
[0027] W下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0028] 結合圖1，利用混合工質1，1，2，2，3-五氣丙烷和1，1，1-Ξ氣乙燒的余熱回收方法 之一設及的系統由1-柴油機、2-排氣管、3-煙氣-有機工質換熱器、4-膨脹機、5-功率傳遞設 備、6-回熱器、7-冷凝器、8-工質累和9-中冷器-有機工質預熱器組成。二元混合工質經工質 累8加壓后，進入回熱器6吸收來自膨脹機4出口的有機工質的熱量，接著進入中冷器-有機 工質換熱器9吸收中冷器的熱量，最后進入煙氣-有機工質換熱器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，膨脹完的有機工質進入回熱 器則尋一部分能量傳遞給工質累8出口的有機工質，之后進入冷凝器7冷凝成飽和液體。
[0029] 結合圖2,利用混合工質1，1，2,2,3-五氣丙烷和氣乙燒的余熱回收方法 之二設及的系統由1-柴油機、2-排氣管、3-煙氣-有機工質換熱器、4-膨脹機、5-功率傳遞設 備、6-回熱器、7-冷凝器和8-工質累組成。二元混合工質經工質累8加壓后，進入回熱器即及 收來自膨脹機出口的有機工質的熱量，進入煙氣-有機工質換熱器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，膨脹完的有機工質進入回 熱器則尋一部分能量傳遞給工質累8出口的有機工質，之后進入冷凝器7冷凝成飽和液體。
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