1.中高温有机朗肯循环工质,其特征在于,按质量百分数计,包括11-59%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和41-89%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
2.根据权利要求1所述的中高温有机朗肯循环工质,其特征在于,按质量百分数计,包括11-44%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和56-89%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,
6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
3.根据权利要求1或2所述的中高温有机朗肯循环工质,其特征在于,按质量百分数计,包括11-26%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和74-89%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,
6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
4.根据权利要求1或2所述的中高温有机朗肯循环工质,其特征在于,按质量百分数计,包括11-17%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和83-89%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,
6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
5.根据权利要求1或2所述的中高温有机朗肯循环工质,其特征在于,按质量百分数计,包括20-26%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和74-80%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,
6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
6.根据权利要求1或2所述的中高温有机朗肯循环工质,其特征在于,按质量百分数计,包括32-44%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和56-68%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,
6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
7.根据权利要求1所述的中高温有机朗肯循环工质,其特征在于,按质量百分数计,包括53-59%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和41-47%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,
6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
技术领域
[0001] 本
发明涉及热
力系统工质技术领域,特别涉及中高温
有机朗肯循环工质。
背景技术
[0002] 有机朗肯循环是以有机工质代替
水蒸汽的闭式循环系统,由于其能将低品位能(如工业余热、地热、
太阳能、
生物质能等)转换成
电能而受到越来越多的关注,然而由于缺乏理想的工质,使得有机朗肯循环的发展受到一定的制约。
[0003] HCFC-123是目前研究最多的一种有机朗肯循环工质,在中低温余热利用中可以实现较高的效率,然而其大气寿命较长,对臭
氧层具有破坏作用,其GWP值为120;HFC-134a、HFC-245fa与戊烷是目前中低温商业有机朗肯循环中使用最多的三种工质,其中戊烷具有较强的可燃性,HFC-134a、HFC-245fa虽然不可燃,但是其
温室效应潜能(GWP)均较高,HFC-134a的GWP值为1300,HFC-245fa的GWP值为950。随着国际上对
气候变化的日益重视,HFC-
134a、HFC-245fa只能是一种过渡性的工质。
[0004] 在有机朗肯循环中使用非共沸混合工质可显著降低
传热过程中的不可逆损失,提高系统效率。在
专利CN102925110A中,公开了以HFC-143、HFC-236fa、HFC-245fa等十种组元组成的混合工质;在专利CN102925113A中,公开了以HFC-236fa、HFC-143、HFC-245fa等十种组元组成的混合工质。上述专利
申请中的混合工质或者具有可燃性,或者具有较高的GWP值,且适用的余热源
温度较低。因此,开发出一种环境友好,热力性能优良,实际应用安全可靠的高温工质对有机朗肯循环技术的发展至关重要。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种中高温有机朗肯循环工质,其热力性能优良,环境友好,应用时安全可靠。
[0006] 为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案:按
质量百分数计,包括11-59%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和41-89%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
[0007] 进一步的改进在于,按质量百分数计,包括11-44%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和56-89%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
[0008] 进一步的改进在于,按质量百分数计,包括11-26%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和74-89%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
[0009] 进一步的改进在于,按质量百分数计,包括11-17%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和83-89%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
[0010] 进一步的改进在于,按质量百分数计,包括20-26%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和74-80%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
[0011] 进一步的改进在于,按质量百分数计,包括32-44%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和56-68%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
[0012] 进一步的改进在于,按质量百分数计,包括53-59%的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和41-47%的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
[0013] 与
现有技术相比,本发明具有以下有益效果:(1)安全性能:本发明的混合工质具有不可燃的特点,实际应用安全可靠。(2)环境性能:本发明的混合工质ODP接近于零,不破坏臭氧层,GWP较低,具有良好的环境性能。(3)热工参数:在高温有机朗肯循环设计工况,如
汽轮机入口温度分别为310℃和240℃,冷凝泡点温度均为25℃下的平均
蒸发压力分别为2447kPa和2370kPa,平均冷凝压力分别为63kPa和74kPa;如汽轮机入口温度分别为195℃和
175℃,冷凝泡点温度均为25℃,
蒸发器出口
过热度均为5℃下的平均蒸发压力分别为
1539kPa和1589kPa,平均冷凝压力分别为89kPa和104kPa;热工参数适宜。(4)循环性能:本发明在上述工况下的单位质量输出净功分别为39.86~42.86kJ/kg、35.15~38.35kJ/kg、
31.57~38.24kJ/kg和36.75~39.88kJ/kg(在汽轮机和工质
泵的等熵效率分别为80%和
75%的条件下),循环效率分别为33.02~34.92%、32.60~34.30%、27.48~27.85%和
24.49~24.53%(
回热器效率为80%的条件下),循环性能优良。(5)热利用率:本发明为非共沸混合工质,
相变过程存在温度滑移,与纯工质相比,能够实现更好的温度匹配,减少不可逆损失,循环热利用率高,适用于高温的地热源或工业余热、太阳能、生物质能等有机朗肯循环工质。
[0014] 进一步的,按质量百分比计,11-17%的HCFO-1233zd(E)与83-89%的HFE-7500混合物可作为蒸发温度为270-350℃的有机朗肯循环系统使用;20-26%的HCFO-1233zd(E)与74-80%的HFE-7500混合物可作为蒸发温度为200-280℃的有机朗肯循环系统使用;32-
44%的HCFO-1233zd(E)与56-68%的HFE-7500混合物可作为蒸发温度为175-210℃的有机朗肯循环系统使用;53-59%的HCFO-1233zd(E)与41-47%的HFE-7500混合物可作为蒸发温度为140-185℃的有机朗肯循环系统使用。
附图说明
[0015] 图1为本发明的
实施例1-3在变汽轮机入口温度下的单位质量输出净功,其中横坐标为汽轮机入口温度,纵坐标为单位质量输出净功。
[0016] 图2为本发明的实施例4-6在变汽轮机入口温度下的单位质量输出净功,其中横坐标为汽轮机入口温度,纵坐标为单位质量输出净功。
[0017] 图3为本发明的实施例7-11在变蒸发
露点温度下的热效率,其中横坐标为蒸发露点温度,纵坐标为热效率。
[0018] 图4为本发明的实施例7-11在变蒸发露点温度下的单位质量输出净功,其中横坐标为蒸发露点温度,纵坐标为单位质量输出净功。
[0019] 图5为本发明的实施例7-11在蒸发露点温度下的蒸发温度滑移,其中横坐标为蒸发露点温度,纵坐标为蒸发温度滑移。
[0020] 图6为本发明的实施例12-14在变蒸发露点温度下的热效率,其中横坐标为蒸发露点温度,纵坐标为热效率。
[0021] 图7为本发明的实施例12-14在变蒸发露点温度下的单位质量输出净功,其中横坐标为蒸发露点温度,纵坐标为单位质量输出净功。
[0022] 图8为本发明的实施例12-14在变蒸发露点温度下的蒸发温度滑移,其中横坐标为蒸发露点温度,纵坐标为蒸发温度滑移。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
[0024] 本发明中提供中高温有机朗肯循环工质中的高温具体为140-350℃。本发明中涉及到2种组元物质,具体是:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯(C3H2ClF3,HCFO-1233zd(E))和3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷(C7F15OC2H5,HFE-7500)。各组元物质的基本参数如表1所示。
[0025] 表1 高温有机朗肯循环工质中所含组元的基本参数
[0026]
[0027] 其中,Tb:标准沸点Tcr:
临界温度Pcr:
临界压力。
[0028] 本发明提出的高温有机朗肯循环工质,具体是由HCFO-1233zd(E)和HFE-7500组成。
[0029] 上述混合工质各组元物质的具体配比(质量百分数)为:
[0030] HCFO-1233zd(E)/HFE-7500:11-17/83-89%
[0031] HCFO-1233zd(E)/HFE-7500:20-26/74-80%
[0032] HCFO-1233zd(E)/HFE-7500:32-44/56-68%
[0033] HCFO-1233zd(E)/HFE-7500:53-59/41-47%
[0034] 以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100%。
[0035] 上述混合工质的制备方法是,将各组元物质按照所
指定的质量配比在常温下进行物理混合。
[0036] 下面通过具体实施例进行说明。
[0037] 实施例1:按质量百分数计,取11%的HCFO-1233zd(E)和89%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0038] 实施例2:按质量百分数计,取14%的HCFO-1233zd(E)和86%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0039] 实施例3:按质量百分数计,取17%的HCFO-1233zd(E)和83%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0040] 以高温
地热资源有机朗肯循环为例,循环系统设计工况取为:汽轮机入口温度为310℃,冷凝泡点温度为25℃,汽轮机等熵效率和工质泵效率分别为85%和75%,内部回热器效率为80%。根据循环计算,实施例1-3的有关参数和循环性能指标如表2所示。
[0041] 表2 本发明实施例1-3的性能
[0042]
[0043] 实施例4:按质量百分数计,取20%的HCFO-1233zd(E)和80%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0044] 实施例5:按质量百分数计,取23%的HCFO-1233zd(E)和77%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0045] 实施例6:按质量百分数计,取26%的HCFO-1233zd(E)和74%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0046] 以高温地热资源有机朗肯循环为例,循环系统设计工况取为:汽轮机入口温度为240℃,冷凝泡点温度为25℃,汽轮机等熵效率和工质泵效率分别为85%和75%,内部回热器效率为80%。根据循环计算,实施例4-6的有关参数和循环性能指标如表3所示。
[0047] 表3 本发明实施例4-6的性能
[0048]
[0049] 实施例7:按质量百分数计,取32%的HCFO-1233zd(E)和68%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0050] 实施例8:按质量百分数计,取35%的HCFO-1233zd(E)和65%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0051] 实施例9:按质量百分数计,取38%的HCFO-1233zd(E)和62%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0052] 实施例10:按质量百分数计,取41%的HCFO-1233zd(E)和59%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0053] 实施例11:按质量百分数计,取44%的HCFO-1233zd(E)和56%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0054] 以高温地热资源有机朗肯循环为例,循环系统设计工况取为:汽轮机入口温度为195℃,冷凝泡点温度为25℃,蒸发器出口过热度为5℃,汽轮机等熵效率和工质泵效率分别为85%和75%,内部回热器效率为80%。根据循环计算,实施例7-11的有关参数和循环性能指标如表4所示。
[0055] 表4 本发明实施例7-11的性能
[0056]
[0057] 实施例12:按质量百分数计,取53%的HCFO-1233zd(E)和47%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0058] 实施例13:按质量百分数计,取56%的HCFO-1233zd(E)和44%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0059] 实施例14:按质量百分数计,取59%的HCFO-1233zd(E)和41%的HFE-7500,在常温下进行物理混合后作为有机朗肯循环工质。
[0060] 以高温地热资源有机朗肯循环为例,循环系统设计工况取为:汽轮机入口温度为175℃,冷凝泡点温度为25℃,蒸发器出口过热度为5℃,汽轮机等熵效率和工质泵效率分别为85%和75%,内部回热器效率为80%。根据循环计算,实施例12-14的有关参数和循环性能指标如表5所示。
[0061] 表5 本发明实施例12-14的性能
[0062]
[0063] 从表2和表3可以看出,本发明的混合工质循环性能优良,具有较大的单位质量输出净功和较高的循环效率。从表4和表5可以看出,本发明的混合工质循环性能优良,具有较大的单位质量输出净功和较高的循环效率,蒸发过程中均存在较大的温度滑移,实现工质与热源间更好的匹配换热,减少了换热过程的不可逆损失。
[0064] 从图1-2可以看出,在所设计的工况范围内,本发明的实施例1-3和实施例4-6的单位质量输出净功均随汽轮机入口温度的升高而增大;从图3-5可以看出,本发明的实施例7-11的热效率和单位质量输出净功均随蒸发露点温度的升高而增大,蒸发温度滑移随蒸发露点温度的升高而减小;从图6-8可以看出,在所设计的工况范围内,本发明的实施例12-14的热效率和单位质量输出净功随蒸发露点温度的升高而增大,蒸发温度滑移随蒸发露点温度的升高而减小。