專利名稱：利用低溫工質(zhì)制冷發(fā)電的方法及制冷發(fā)電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以低品位(t＜250℃)熱能為熱源，以低溫工質(zhì)為循環(huán)工質(zhì)來進(jìn)行制冷發(fā)電的方法及制冷發(fā)電站。
目前，應(yīng)用最廣泛的制冷方法是蒸汽壓縮式制冷，其原理如

圖1。在制冷循環(huán)時(shí)，常溫高壓液態(tài)制冷劑，經(jīng)節(jié)流閥2節(jié)流，成為低溫低壓液態(tài)制冷劑，進(jìn)入蒸發(fā)器1與常溫載冷劑進(jìn)行熱交換。常溫載冷劑放出熱量，溫度降低成為低溫載冷劑，供冷量用戶使用。低溫低壓液態(tài)制冷劑，吸收熱量蒸發(fā)汽化，成為常溫低壓氣態(tài)制冷劑。該常溫低壓氣態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)3，被壓縮成高溫高壓氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入冷凝器4與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換，放出熱量，被冷凝成常溫高壓液態(tài)制冷劑，再經(jīng)節(jié)流閥2節(jié)流，循環(huán)制冷。
用于傳統(tǒng)制冷發(fā)電的方法是氣體壓縮式制冷發(fā)電循環(huán)。其原理如圖2。該循環(huán)以空氣為制冷作功工質(zhì)。在制冷發(fā)電時(shí)，壓縮機(jī)4吸入來自換熱器1的常溫低壓空氣，把它壓縮成高溫高壓空氣，進(jìn)入冷卻器5與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換。高溫高壓空氣放出熱量，成為常溫高壓空氣，進(jìn)入膨脹機(jī)2絕熱膨脹，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)3發(fā)電，對外輸出電能。常溫高壓空氣，經(jīng)絕熱膨脹后內(nèi)能減少，壓力降低，成為低溫低壓空氣。進(jìn)入換熱器1與常溫載冷劑進(jìn)行熱交換，常溫載冷劑放出熱量，溫度降低成為低溫載冷劑供冷量用戶使用。低溫低壓空氣吸收熱量成為常溫低壓空氣，再進(jìn)入壓縮機(jī)4，循環(huán)運(yùn)行。
應(yīng)用最廣泛的發(fā)電站是凝汽式燃煤火力發(fā)是站。其發(fā)電原理如圖3。煤炭在鍋爐1中燃燒，水在鍋爐1內(nèi)被加熱。水吸收煤炭燃燒釋放的熱，成為高溫高壓水蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)2絕熱膨脹，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)3發(fā)電，對外輸出電能。乏汽從汽輪機(jī)2尾部排出，成為低溫低壓水蒸汽，進(jìn)入冷凝器4與冷卻水進(jìn)行熱交換，放出熱量，溫度降低，被冷凝成凝結(jié)水。經(jīng)凝結(jié)水泵5加壓進(jìn)入除氧器6除氧，再經(jīng)鍋爐給水泵7送入鍋爐，循環(huán)運(yùn)行。
本發(fā)明的目的在于，運(yùn)用上述三種傳統(tǒng)的制冷與發(fā)電的方法，創(chuàng)建以低溫工質(zhì)為循環(huán)制冷作功工質(zhì)，以低品位(t＜250℃)熱能為熱源的制冷發(fā)電方法及制冷發(fā)電站設(shè)備，為人類提供電能與冷量。
人類擁有取之不盡，用之不完的太陽能與貯量巨大的地?zé)崮?，又擁有大?guī)模合成低溫液態(tài)工質(zhì)的能力。人類能夠憑借手中的技術(shù)和資金，采用再生資原，保護(hù)生態(tài)，改善環(huán)境的方式來發(fā)展生產(chǎn)。
本發(fā)明的制冷發(fā)電方法及其設(shè)備，能大規(guī)模地利用低品位(t＜250℃)的潔凈能源-太陽能、地?zé)崮芘c工業(yè)余熱，來進(jìn)行制冷與發(fā)電。
本發(fā)明的制冷發(fā)電方法及其設(shè)備，能以高效除塵的高溫?zé)煔?t＜250℃)具備的熱能為熱源，以低溫工質(zhì)為制冷作功工質(zhì)，通過各工質(zhì)間的能量轉(zhuǎn)換，在不消耗外部電能的條件下，回收煙氣中的SO2，使其用于工業(yè)生產(chǎn)，以減少酸雨對生態(tài)環(huán)境的危害。
不對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成危害，可在需要冷量與電能的場所使用。因而，本發(fā)明的制冷發(fā)電方法及其設(shè)備，尋求的不僅僅是幾個(gè)地方，幾年內(nèi)的發(fā)展，而是廣大地區(qū)，永遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。
本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的1、利用汽化點(diǎn)低于常溫的低溫液態(tài)工質(zhì)與具有低品位(t＜250℃)熱能的載熱體之間的能量轉(zhuǎn)換，載熱體放出熱量，溫度降低，成為載冷劑供冷量用戶使用。低溫液態(tài)(或氣態(tài))工質(zhì)吸收具有低品位(t＜250℃)熱能的載熱體的熱量、蒸發(fā)汽化、成為具有一定溫度(t＜250℃)的高壓(P≤4.0MPa)氣態(tài)工質(zhì)。
2、將具有一定溫度(t＜250℃)的高壓(P≤4.0MPa)氣態(tài)工質(zhì)，導(dǎo)入背壓汽輪機(jī)絕熱膨脹，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，對外輸出電能。具有一定溫度(t＜250℃)的高壓(P≤4.0MPa)氣態(tài)工質(zhì)，通過背壓汽輪機(jī)絕熱膨脹后，成為低溫低壓汽態(tài)工質(zhì)。
3、利用冷卻介質(zhì)冷卻低溫低壓汽態(tài)工質(zhì)，使其降溫冷凝成再生低溫液態(tài)工質(zhì)，導(dǎo)入液態(tài)工質(zhì)貯罐，循環(huán)使用。冷卻介質(zhì)溫度有所升高后，從系統(tǒng)排出。
4、利用氣體壓縮技術(shù)，將運(yùn)行中因閃蒸產(chǎn)生的汽態(tài)工質(zhì)進(jìn)行處理，并使其液化成再生低溫液態(tài)工質(zhì)，循環(huán)使用。
為實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明運(yùn)用能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，使低溫液態(tài)工質(zhì)具備的冷量，通過與載熱體之間的能量轉(zhuǎn)換，提供載冷劑對外輸出冷量。利用氣體壓縮式制冷發(fā)電的方法，讓其具有一定溫度(t＜250℃)的高壓(P≤4.0MPa)氣體，通過背壓汽輪機(jī)絕熱膨脹，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，對外輸出電能。用其產(chǎn)生的冷量，處理絕熱膨脹后的汽體，使其降溫并將部分汽態(tài)工質(zhì)液化。另一部分沒液化的汽態(tài)工質(zhì)，利用冷卻介質(zhì)使其繼續(xù)降溫，并使其達(dá)到液化條件而液化，使循環(huán)得以繼續(xù)。
制冷發(fā)電站運(yùn)行時(shí)，液態(tài)工質(zhì)經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流回到液態(tài)工質(zhì)貯罐時(shí)，因閃蒸產(chǎn)生少量低溫汽態(tài)工質(zhì)并聚集于液態(tài)工質(zhì)貯罐頂部。為處理這部分汽態(tài)工質(zhì)，本發(fā)明運(yùn)用氣體壓縮技術(shù)，用氣態(tài)工質(zhì)壓縮機(jī)壓縮這部分汽態(tài)工質(zhì)，并使其壓力達(dá)到背壓汽輪機(jī)的排汽壓力，再一起進(jìn)入冷凝器與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換，一起被冷卻并達(dá)到液化條件液化，回到液態(tài)工質(zhì)貯罐，繼續(xù)在系統(tǒng)中運(yùn)行。
本發(fā)明的制冷發(fā)電站設(shè)備包括有一低溫液態(tài)工質(zhì)貯存裝置，-低溫液態(tài)工質(zhì)輸送裝置，一背壓汽輪機(jī)，一發(fā)電機(jī)，一蒸發(fā)裝置，一冷凝裝置，一過熱器，一節(jié)流裝置和一氣態(tài)工質(zhì)壓縮裝置。
本發(fā)明的制冷發(fā)電站設(shè)備在運(yùn)行中，低溫液態(tài)工質(zhì)貯存裝置中的低溫工質(zhì)經(jīng)低溫液態(tài)工質(zhì)輸送裝置加壓以后泵入蒸發(fā)裝置與具有低品位(t＜250℃)熱能的載熱體進(jìn)行熱交換。低溫工質(zhì)吸收載熱體的熱量后蒸發(fā)汽化，成為有一定溫度(t＜250℃)的高壓(P≤4.0MPa)氣態(tài)工質(zhì)，進(jìn)入背壓汽輪機(jī)絕熱膨脹，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，有一定溫度(t＜250℃)的高壓(P≤4.0MPa)氣態(tài)工質(zhì)在絕熱膨脹，對外作功之后成為低溫低壓汽態(tài)工質(zhì)，進(jìn)入冷凝裝置與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換。低溫低壓汽態(tài)工質(zhì)放出熱量，溫度降低，被冷卻成液態(tài)工質(zhì)再進(jìn)入過熱器與低溫汽態(tài)工質(zhì)進(jìn)行熱交換，溫度有所降低后經(jīng)節(jié)流裝置節(jié)流后回到低溫液態(tài)工質(zhì)貯存裝置、繼續(xù)在系統(tǒng)中循環(huán)運(yùn)行。
下面借助本發(fā)明的附圖所示的具體實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的蒸汽壓縮式制冷原理圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的氣體壓縮式制冷發(fā)電原理圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的凝汽式燃煤火力發(fā)電站熱力循環(huán)原理圖；圖4為本發(fā)明的制冷發(fā)電站設(shè)備的第一個(gè)實(shí)施例；圖5為本發(fā)明的制冷發(fā)電站設(shè)備的第二個(gè)實(shí)施例；圖6為本發(fā)明的制冷發(fā)電站設(shè)備的第三個(gè)實(shí)施例。
圖4為本發(fā)明的制冷發(fā)電站設(shè)備的第一個(gè)實(shí)施例。其中標(biāo)號(hào)為1的液態(tài)工質(zhì)貯罐有一出口端與液態(tài)工質(zhì)輸送泵2的入口端相接，液態(tài)工質(zhì)輸送泵2的出口端與蒸發(fā)器5的內(nèi)腔相接。液態(tài)工質(zhì)輸送泵2將液態(tài)工質(zhì)貯罐1中的低溫液態(tài)工質(zhì)泵入蒸發(fā)器5的內(nèi)腔。
蒸發(fā)器5的內(nèi)腔的另一端與背壓汽輪機(jī)3相接，其外腔的入口端系載熱體(熱源)入口，另一端系載冷劑出口。經(jīng)背壓汽輪機(jī)3絕熱膨脹，對外作功、內(nèi)能減少，成為低溫低壓的汽態(tài)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器9的內(nèi)腔，受到外腔冷卻介質(zhì)的冷卻并被冷凝成液態(tài)工質(zhì)。液態(tài)工質(zhì)導(dǎo)入過熱器7的內(nèi)腔，受到外腔低溫汽態(tài)工質(zhì)的冷卻，溫度有所降低后進(jìn)入節(jié)流閥6。液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)節(jié)流閥6被節(jié)流成低溫低壓液態(tài)工質(zhì)，導(dǎo)入液態(tài)工質(zhì)貯罐1，完成工質(zhì)的制冷發(fā)電一次循環(huán)。
所說的制冷發(fā)電站設(shè)備進(jìn)一步還有一氣態(tài)工質(zhì)壓縮機(jī)8。該氣態(tài)工質(zhì)壓縮機(jī)8，把液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)節(jié)流閥6節(jié)流時(shí)，因閃蒸而產(chǎn)生的聚集在液態(tài)工質(zhì)貯罐1頂部的汽態(tài)工質(zhì)，壓縮成與背壓汽輪機(jī)3排出的乏汽壓力相似后，通向冷凝器9內(nèi)腔入口端，與背壓汽輪機(jī)3排出的乏汽一起循環(huán)運(yùn)行。冷凝器9外腔的入口端系冷卻介質(zhì)入口，出口端系冷卻介質(zhì)出口。
簡言之，在本發(fā)明的制冷發(fā)電站設(shè)備中，液態(tài)工質(zhì)貯罐1中的低溫液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)液態(tài)工質(zhì)輸送泵2加壓，進(jìn)入蒸發(fā)器5與具有低品位(t＜250℃)熱能的載熱體進(jìn)行熱交換。在蒸發(fā)器5里，液態(tài)(或氣態(tài))工質(zhì)吸收載熱體的熱量后蒸發(fā)汽化，變成具有一定溫度(t＜250℃)和壓力(P≤4.0 MPa)的氣態(tài)工質(zhì)。載熱體則放出熱量，溫度降低，成為低溫載冷劑，供冷量用戶使用。從蒸發(fā)器5出來的具有一定溫度與壓力的氣態(tài)工質(zhì)，進(jìn)入背壓汽輪機(jī)3絕熱膨脹，對外作功后成為低溫低壓汽態(tài)工質(zhì)。背壓汽輪機(jī)3帶動(dòng)發(fā)電機(jī)4發(fā)電，對外輸出電能。背壓汽輪機(jī)3排出的乏汽進(jìn)入冷凝器9，在那里被冷卻介質(zhì)冷卻，液化成液態(tài)工質(zhì)，流經(jīng)過熱器7溫度有所降低后，經(jīng)節(jié)流閥6節(jié)流成為低溫低壓液態(tài)工質(zhì)，回到流態(tài)工質(zhì)貯罐1，繼續(xù)在系統(tǒng)中循環(huán)運(yùn)行。
液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)節(jié)流閥6節(jié)流時(shí)，因閃蒸產(chǎn)生少量的聚集在液態(tài)工質(zhì)貯罐1頂部的汽態(tài)工質(zhì)，經(jīng)氣態(tài)工質(zhì)壓縮機(jī)8壓縮，其壓力達(dá)到與背壓汽輪機(jī)3排出的乏汽態(tài)壓力相似后，再與背壓汽輪機(jī)3排出的乏汽匯合，一起進(jìn)冷凝器9，一起循環(huán)運(yùn)行。
圖5是應(yīng)用本發(fā)明的煙氣回收SO2發(fā)電站的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。它以高效除塵的高溫(t＜250℃)煙氣為熱源。高溫送風(fēng)機(jī)把煙氣從C處送入蒸發(fā)器5-II與液態(tài)(或氣態(tài))低溫工質(zhì)進(jìn)行熱交換，放出熱量，溫度降低，成為中溫?zé)煔?，從蒸發(fā)器5-II的出口端流出。中溫?zé)煔庠購腅處導(dǎo)入蒸發(fā)器5-I與流態(tài)低溫工質(zhì)進(jìn)行熱交換，放出熱量，溫度降低，成為溫度為-10℃的低溫?zé)煔?，從蒸發(fā)器5-I的出口端F處流出，導(dǎo)入SO2回收裝置。
低溫工質(zhì)吸收高溫(t＜250℃)煙氣的熱量，蒸發(fā)汽化，成為具有一定溫度與壓力的作功氣體，導(dǎo)入背壓汽輪機(jī)3絕熱膨脹，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)4發(fā)電，為煙氣回收SO2發(fā)電站提供自用電。
圖6是應(yīng)用本發(fā)明的制冷發(fā)電站的又一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。它以95℃的潔凈熱水為熱源載熱體。載熱體從C處泵入蒸發(fā)器5-II與液態(tài)(或氣態(tài))低溫工質(zhì)進(jìn)行熱交換，放出熱量，溫度降低，成為低溫載熱體從蒸發(fā)器5-II的D處流出。從冷量用戶10流出的常溫載冷劑從E處泵入蒸發(fā)器5-I，與液態(tài)低溫工質(zhì)進(jìn)行熱交換，放出熱量，溫度降低，成為低溫載冷劑，達(dá)到冷量用戶10要求的參數(shù)后，從蒸發(fā)器5-I的F處流出，導(dǎo)入冷量用戶10。
低溫工質(zhì)吸收載熱體(熱水)的熱量，蒸發(fā)汽化，成為具有一定溫度與壓力的氣態(tài)工質(zhì)，導(dǎo)入背壓汽輪機(jī)3絕熱膨脹，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)4發(fā)電，對外輸出電能。
權(quán)利要求
1.一利用低溫工質(zhì)制冷發(fā)電的方法，其特征在于，該方法包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)1)利用其汽化點(diǎn)低于常溫的液態(tài)低溫工質(zhì)與具有低品位(t＜250℃)熱能的載熱體間的能量轉(zhuǎn)換，載熱體放出熱量，溫度降低，成為低溫載冷劑，供冷量用戶使用，液態(tài)低溫工質(zhì)吸收載熱體的熱量，蒸發(fā)汽化，成為具有一定溫度(t＜250℃)和壓力(P≤4.0MPa)的氣態(tài)工質(zhì)，2)將具有一定溫度與壓力的氣態(tài)工質(zhì)導(dǎo)入背壓汽輪機(jī)絕熱膨脹，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，對外輸出電能，具有一定溫度與壓力的氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)絕熱膨脹后成為低溫低壓汽態(tài)工質(zhì)，3)利用冷卻介質(zhì)冷卻低溫低壓汽態(tài)工質(zhì)、使其達(dá)到液化條件而液化成再生低溫工質(zhì)，而冷卻介質(zhì)溫度會(huì)有所升高，4)利用氣體壓縮技術(shù)，將運(yùn)行中沒有液化的汽態(tài)工質(zhì)進(jìn)行處理，并使其達(dá)到液化條件而液化成再生低溫工質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制冷發(fā)電方法，其特征在于所說的氣體壓縮技術(shù)是利用一臺(tái)氣態(tài)工質(zhì)壓縮機(jī)，把制冷發(fā)電過程中沒有液化的汽態(tài)工質(zhì)，壓縮成具有一定壓力的氣態(tài)工質(zhì)，與背壓汽輪機(jī)排汽匯合一起導(dǎo)入冷凝器，一起與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換，一起被冷凝成再生低溫工質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的制冷發(fā)電方法，其特征在于在制冷發(fā)電過程中，制冷發(fā)電站設(shè)備所消耗的能量為外界具有低品位(t＜250℃)熱能的載熱體輸入的能量，輸出的是電能和冷量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的制冷發(fā)電方法，其特征在于在制冷發(fā)電過程中，冷卻介質(zhì)攜帶熱量對外排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的制冷發(fā)電方法，其特征在于在制冷發(fā)電過程中，所用的低溫工質(zhì)循環(huán)使用，其汽化點(diǎn)低于常溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一制冷發(fā)電方法，其特征在于在制冷發(fā)電過程中，所用的載熱體是具有低品位(t＜250℃)熱能的液體(蒸汽)、氣體或工業(yè)余熱。
7.一制冷發(fā)電站設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括一液態(tài)工質(zhì)貯罐，一液態(tài)工質(zhì)輸送泵，一蒸發(fā)器，一背壓汽輪機(jī)，一發(fā)電機(jī)，一冷凝器，一過熱器，一節(jié)流閥和一氣態(tài)工質(zhì)壓縮機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的制冷發(fā)電站設(shè)備，其特征在于所說的液態(tài)工質(zhì)貯罐有一出口端與一液態(tài)工質(zhì)輸送泵的入口端相接。液態(tài)工質(zhì)輸送泵的出口端與蒸發(fā)器的內(nèi)腔相接，所說的蒸發(fā)器，其內(nèi)腔的另一端與背壓汽輪機(jī)的入口端相接，其外腔的入口端與載熱體相接，具有低品位(t＜250℃)熱能的載熱體從C處進(jìn)入蒸發(fā)器，與內(nèi)腔的低溫工質(zhì)進(jìn)行熱交換，放出熱量，溫度降低，成為低溫載冷劑，從出口端D流出，所說的背壓汽輪機(jī)的另一端與冷凝器的內(nèi)腔相接，在背壓汽輪機(jī)上接有一對外輸出電能的發(fā)電機(jī)，所說的冷凝器，其內(nèi)腔的另一端與過熱器的內(nèi)腔相接，其外腔的入口端與冷卻介質(zhì)相接。低于常溫(t≤30℃)的冷卻介質(zhì)從A處進(jìn)入冷凝器，與內(nèi)腔的低溫工質(zhì)進(jìn)行熱交換，吸收熱量，溫度升高，從出口端B流出，所說的過熱器，其內(nèi)腔的另一端與節(jié)流閥相接，其外腔的入口端與液態(tài)工質(zhì)貯罐相接，系制冷發(fā)電過程中沒有液化的汽態(tài)工質(zhì)的入口，其外腔的出口端與氣態(tài)工質(zhì)壓縮機(jī)相接，所說的節(jié)流閥的另一端與流態(tài)工質(zhì)貯罐相接，所說的氣態(tài)工質(zhì)壓縮機(jī)入口端與過熱器相接，其出口端與冷凝器相接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制冷發(fā)電站設(shè)備，其特征在于在制冷發(fā)電過程中，所用的低溫工質(zhì)循環(huán)使用，其汽化點(diǎn)低于常溫。所用的載熱體是具有低品位(t＜250℃)熱能的液體(蒸汽)、氣體或工業(yè)余熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任一制冷發(fā)電站設(shè)備，其特征在于該設(shè)備在輸出電能的同時(shí)也可滿足不同的冷量用戶，例如空調(diào)用戶、冷凍用戶或從煙氣(t＜250℃)回收SO2用戶對不同品位冷量的要求。
全文摘要
一種用低溫工質(zhì)制冷發(fā)電的方法和設(shè)備,利用汽化點(diǎn)低于常溫的低溫工質(zhì)與具有低品位(t< 250℃)熱能的載熱體之間的能量轉(zhuǎn)換,提供低溫載冷劑供冷量用戶使用。利用被載熱體所加熱了的高壓氣態(tài)工質(zhì)在背壓汽輪機(jī)中的絕熱膨脹,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,對外輸出電能。利用冷卻介質(zhì)將絕熱膨脹后的汽態(tài)工質(zhì)冷凝成液態(tài)工質(zhì),使循環(huán)得以繼續(xù)。本發(fā)明的方法和設(shè)備大大提高低品位(t< 250℃)熱能的利用率,可在需要電能與冷量的場所使用。
文檔編號(hào)F03G7/06GK1175663SQ9611117
公開日1998年3月11日 申請日期1996年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月29日
發(fā)明者毛元章 申請人:毛元章, 張鐵峰, 毛霖