一種冷電聯(lián)供系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的制冷、發(fā)電及冷電聯(lián)供方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低品位熱源回收利用、變工況冷電聯(lián)供與動(dòng)力工程領(lǐng)域，涉及一種基于低品位熱源回收利用的冷電聯(lián)供系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的制冷、發(fā)電及冷電聯(lián)供方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]國(guó)內(nèi)對(duì)低品位熱源的回收廣泛采用水蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用水作為工質(zhì)，由于水在蒸發(fā)吸熱過程中溫度恒定，使得熱源放熱溫度曲線和工質(zhì)蒸發(fā)吸熱曲線匹配不好，導(dǎo)致?lián)Q熱過程的不可逆損失比較大，對(duì)低品位熱源回收效率低。
[0003]國(guó)內(nèi)有些系統(tǒng)采用有機(jī)工質(zhì)作為吸收低品位熱源的工質(zhì)，但是由于有機(jī)工質(zhì)自身的一些缺陷也很難達(dá)到在工程上大規(guī)模應(yīng)用的程度。首先，有機(jī)工質(zhì)的價(jià)格昂貴，造成系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性較差；其次，有機(jī)工質(zhì)因?yàn)樽陨淼臒嵛镄栽诠ぷ鬟^程中易發(fā)生泄露，對(duì)系統(tǒng)性能造成影響；再次，大多數(shù)的有機(jī)工質(zhì)自身具有毒性，對(duì)人體及環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生一定的危害。因此，尋求一種非共沸點(diǎn)混合物作為系統(tǒng)工質(zhì)，使得工質(zhì)的吸熱溫度曲線和熱源的放熱溫度曲線達(dá)到很好的匹配，從而減少了不可逆損失，提高了整個(gè)循環(huán)的效率。
[0004]目前盛行的大多數(shù)冷電聯(lián)供系統(tǒng)雖然可以將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芘c冷能來加以利用，但針對(duì)不同需求的變工況卻很難達(dá)到滿意的效果，因此有必要在冷電聯(lián)供的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)冷電聯(lián)供系統(tǒng)對(duì)變工況的適應(yīng)性，將熱能轉(zhuǎn)化為所需規(guī)模的電能和冷能，來滿足用戶多方面的能源需求。
[0005]在工業(yè)生產(chǎn)過程中，例如水泥、硫酸、玻璃等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，有大量的余熱資源以各種形式被排放到環(huán)境中，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。另外，自然界中存在大量的可再生能源，比如太陽(yáng)能和地?zé)崮?，具有?shù)量大、清潔等特點(diǎn)。因此，回收工業(yè)余熱、可再生能源等低品位熱源對(duì)于緩解環(huán)境污染問題、減少化石燃料的消耗以及提高能源的利用率具有重要現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明提供了一種冷電聯(lián)供系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的制冷、發(fā)電及冷電聯(lián)供方法，利用低品位熱源，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎屠淠?，既提高了能源的利用率，減小能源浪費(fèi)，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，同時(shí)，也在單一系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同工況要求的多種低品位熱源利用模式，包括發(fā)電模式、制冷模式、冷電聯(lián)供模式。
[0007]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]—種冷電聯(lián)供系統(tǒng)，包括儲(chǔ)液罐:盛有氨水基本溶液；低溫回?zé)崞?以非共沸點(diǎn)混合物為工質(zhì)，儲(chǔ)液罐內(nèi)的氨水基本溶液在低溫回?zé)崞鲀?nèi)吸收工質(zhì)的熱能進(jìn)行一次預(yù)熱，該非共沸點(diǎn)混合物為氨和水的混合物；高溫回?zé)崞?與低溫回?zé)崞鞯某隹谙噙B，從低溫回?zé)崞鞒鰜淼陌彼救芤涸诟邷鼗責(zé)崞鲀?nèi)吸收來自分離器中貧氨溶液的熱能進(jìn)行二次預(yù)熱，然后進(jìn)入到余熱鍋爐；余熱鍋爐:該余熱鍋爐的入口與高溫回?zé)崞鞯某隹谙噙B，經(jīng)過高溫回?zé)崞鞯陌彼救芤涸谟酂徨仩t內(nèi)吸收低品位熱源的熱能；分離器:分離器的入口與余熱鍋爐的出口相連，分離器包括氣體出口和液體出口，氨水基本溶液在分離器中分離成富氨蒸汽和貧氨溶液，富氨蒸汽經(jīng)氣體出口與發(fā)電裝置相連，貧氨溶液經(jīng)液體出口與高溫回?zé)崞飨噙B；發(fā)電裝置:發(fā)電裝置的氣體入口與分離器的氣體出口相連，發(fā)電裝置的抽氣出口與制冷系統(tǒng)相連；混合器:分離器的液體出口、發(fā)電裝置的乏汽出口和富氨蒸汽出口，以及分離器的氣體出口均與混合器的入口相連，該混合器的出口經(jīng)冷凝器與儲(chǔ)液罐相連。
[0009]所述冷電聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)一步包括:蒸汽發(fā)生器:盛有氨水混合溶液，富氨蒸汽經(jīng)發(fā)電裝置抽氣出口抽出后，對(duì)蒸汽發(fā)生器內(nèi)的氨水混合溶液加熱；冷凝器2:冷凝器2的入口與蒸汽發(fā)生器的出口相連，冷凝器2的出口經(jīng)節(jié)流閥3與蒸發(fā)器的入口相連；蒸發(fā)器:蒸發(fā)器的出口與吸收器的氣體入口相連；吸收器:吸收器的氣體入口與蒸發(fā)器的出口相連，吸收器的液體入口與蒸汽發(fā)生器的溶液出口經(jīng)節(jié)流閥2相連，吸收器的出口經(jīng)溶液栗與蒸汽發(fā)生器相連。
[0010]所述分離器的氣體出口包括主支路和第一支路，所述主支路與發(fā)電裝置相連，所述第一支路又分為第一分支路和第二分支路，所述第一分支路與蒸汽發(fā)生器連通，所述第二分支路與混合器連通；所述主支路上設(shè)置有主汽閥和調(diào)節(jié)閥1，第一支路的主路上設(shè)置有旁通閥1，第一分支路上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥2，第二分支路上設(shè)置有旁通閥2。
[0011]—種冷電聯(lián)供系統(tǒng)的冷電循環(huán)方法，包括以下步驟:
[0012](1)儲(chǔ)液罐內(nèi)的氨水基本溶液經(jīng)增壓栗增壓后在低溫回?zé)崞鲀?nèi)吸收經(jīng)混合器流出的氨水基本溶液的熱能進(jìn)行一次預(yù)熱，在高溫回?zé)崞鲀?nèi)吸收貧氨溶液的熱能進(jìn)行二次預(yù)熱，最后在余熱鍋爐內(nèi)吸收低品位熱源的熱能；
[0013](2)經(jīng)二次預(yù)熱的氨水基本溶液在分離器內(nèi)被分離成富氨蒸汽與貧氨溶液，富氨蒸汽進(jìn)入發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電，其中，經(jīng)發(fā)電裝置抽氣口抽出部分富氨蒸汽進(jìn)入到蒸汽發(fā)生器內(nèi)，用于加熱蒸汽發(fā)生器內(nèi)的氨水混合溶液，加熱氨水混合溶液之后的富氨蒸汽經(jīng)節(jié)流減壓后與分離出來的貧氨溶液以及發(fā)電裝置產(chǎn)生的乏汽在混合器處混合，混合后的氨水基本溶液經(jīng)冷凝后回至儲(chǔ)液罐。
[0014]蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的富氨蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝為富氨溶液，富氨溶液經(jīng)節(jié)流、定壓蒸發(fā)后形成富氨蒸汽，該富氨蒸汽進(jìn)入到吸收器內(nèi)；與此同時(shí)，蒸汽發(fā)生器中的氨水混合溶液經(jīng)受熱后濃度降低而生成貧氨溶液，貧氨溶液經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入到吸收器內(nèi)，用于吸收經(jīng)定壓蒸發(fā)而進(jìn)入到吸收器內(nèi)的富氨蒸汽，生成氨水混合溶液，該氨水混合溶液經(jīng)溶液栗加壓后進(jìn)入到蒸汽發(fā)生器并被加熱，同時(shí)氨蒸氣溢出液面形成富氨蒸汽，該富氨蒸汽進(jìn)入到冷凝器2，放熱凝結(jié)成富氨溶液，完成制冷循環(huán)。
[0015]所述發(fā)電裝置為汽輪機(jī)，若要增大制冷量，發(fā)電量保持不變，則將主汽閥打開，旁通閥1和旁通閥2關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥2關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥1開度增大，調(diào)節(jié)閥3開度減小，這樣，氨水基本溶液在分離器中經(jīng)分離后，進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸中富氨蒸汽的流量增大，進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸中富氨蒸汽的流量減??；反之，若要減小制冷量，發(fā)電量保持不變，則將主汽閥打開，旁通閥1、2關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥2關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥1開度減小，調(diào)節(jié)閥3開度增大；若要增大發(fā)電量，制冷量保持不變，則將主汽閥打開，旁通閥1和旁通閥2關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥2關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥1開度增大，調(diào)節(jié)閥3開度增大，這樣，氨水基本溶液在分離器中經(jīng)分離后，進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸中富氨蒸汽流量增大，進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸中富氨蒸汽流量增加；反之，若要減小發(fā)電量，制冷量保持不變，則將主汽閥打開，旁通閥1和旁通閥2關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥2關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥1開度減小，調(diào)節(jié)閥3開度減小；若要求單獨(dú)發(fā)電，則將主汽閥打開，旁通閥1和旁通閥2關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥2關(guān)閉，抽氣閥關(guān)閉；若要求單獨(dú)制冷，則將主汽閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥1和調(diào)節(jié)閥3關(guān)閉，抽氣閥關(guān)閉，旁通閥2關(guān)閉，將旁通閥1與調(diào)節(jié)閥2打開；若要求既不制冷也不發(fā)電，則將主汽閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥1、調(diào)節(jié)閥2、調(diào)節(jié)閥3關(guān)閉，旁通閥1和旁通閥2打開。
[0016]—種冷電聯(lián)供系統(tǒng)的制冷循環(huán)方法，包括以下步驟:
[0017](1)儲(chǔ)液罐內(nèi)的氨水基本溶液經(jīng)增壓栗增壓后在低溫回?zé)崞鲀?nèi)吸收經(jīng)混合器流出的氨水基本溶液的熱能進(jìn)行預(yù)熱，在高溫回?zé)崞鲀?nèi)吸收貧氨溶液的熱能進(jìn)行二次預(yù)熱，最后在余熱鍋爐內(nèi)吸收低品位熱源的熱能；
[0018](2)氨水基本溶液在分離器中被分離成富氨蒸汽與貧氨溶液，富氨蒸汽流經(jīng)調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入到蒸汽發(fā)生器內(nèi)，加熱蒸汽發(fā)生器內(nèi)的氨水混合溶液，加熱氨水混合溶液之后的富氨蒸汽經(jīng)節(jié)流閥4節(jié)流減壓后與分離出來的貧氨溶液在混合器處混合，混合后的氨水基本溶液經(jīng)冷凝器1冷凝后流回至儲(chǔ)液罐；
[0019](3)蒸汽發(fā)生器內(nèi)的氨水混合溶液由于受熱氨蒸汽逸出液面形成富氨蒸汽，富氨蒸汽進(jìn)入冷凝器2中冷凝，形成富氨溶液，從冷凝器2中流出的富氨溶液經(jīng)節(jié)流閥3降壓，進(jìn)入蒸發(fā)器中定壓蒸發(fā)形成富氨蒸汽并產(chǎn)生制冷量，定壓蒸發(fā)之后產(chǎn)生的富氨蒸汽送入吸收器；與此同時(shí)，蒸汽發(fā)生器中的氨水混合溶液由于受熱氨蒸發(fā)而濃度降低生成貧氨溶液，貧氨溶液經(jīng)節(jié)流閥2后流入吸收器，吸收由蒸發(fā)器來的富氨蒸汽，生成氨水混合溶液；氨水混合溶液由溶液栗加壓送入蒸汽發(fā)生器并被加熱；由于溫度升高，氨在氨水溶劑中的溶解度降低，氨蒸汽逸出液面形成富氨蒸汽；富氨蒸汽進(jìn)入冷凝器2，放熱凝結(jié)成富氨溶液，完成整個(gè)制冷循環(huán)。
[0020]一種冷電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電循環(huán)方法，包括以下步驟:
[0021](1)儲(chǔ)液罐內(nèi)的氨水基本溶液經(jīng)增壓栗增壓后在低溫回?zé)崞鲀?nèi)吸收經(jīng)混合器流出的氨水基本溶液的熱能進(jìn)行預(yù)熱，在高溫回?zé)崞鲀?nèi)吸收貧氨溶液的熱能進(jìn)行二次預(yù)熱，最后在余熱鍋爐內(nèi)吸收低品位熱源的熱能；
[0022](2)氨水基本溶液在分離器中被分離成富氨蒸汽與貧氨溶液，富氨蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸和低壓缸膨脹做功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，分離器