CN111306830B - 一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统 - Google Patents

一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统，包括气液分离器、高压膨胀机、低压膨胀机、发电机、减压阀、闪蒸罐、抽汽调节阀、制冷喷射器、喷射回热器、冷凝器、低压工质泵、高压工质泵、发生器、蒸发器和节流阀；低品位热能与发生器相连，加热发生器中的循环工质；高压膨胀机、低压膨胀机、发电机同轴连接，驱动发电机发电；循环工质在蒸发器中蒸发吸热，获得冷能。本发明通过有机朗肯闪蒸系统、喷射回热系统、喷射制冷系统的耦合，降低工质泵功耗，提高能源利用效率，具有结构简单、节能效果显著、控制方便等优点。

Description

一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统
技术领域
本发明涉及低品位热能利用技术，具体涉及一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统。
背景技术
我国中低温热源种类繁多、总量庞大、分布广泛，主要包括两大类，一是存在于自然界的中低温可再生能源，主要包括太阳能、生物质能、地热能等，二是工业生产过程中排放的余热、废热等。但普遍存在能量品位较低的问题。发展低品位热能的髙效回收利用技术，可大幅提髙我国能源利用效率，减少化石能源消耗实现我国社会、经济可持续发展。
在能源利用技术发展过程中，能源动力系统从单个循环系统形式逐渐向多个热力循环组合的总能系统方向发展，侧重于不同形式热力循环的有机耦合，基于热能品位的“温度对口、梯级利用”的原理构建联合循环。冷电联供系统是一种分布在用户侧兼备发电、制冷的总能系统，是提高能源利用率的一种非常重要且行之有效的手段，不仅可以满足日常生活和工业生产中的多重的能源需求，还可以实现能源的高效转换、综合梯级利用和节能。近年来由于能源短缺及制冷耗能的不断增长，冷电联供系统受到了越来越广泛的关注。据统计，目前在全球总能源消耗结构中，建筑能耗约占总能耗的20-50％，其中空调系统能耗占建筑能耗的50-70％，而且随着城市化进程的加快，空调系统能耗还将会持续增长。
发明内容
为回收利用低品位热能及多种能源需求输出，本发明提供一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统，利用低品位热能，包括工业余热、太阳能、生物质能、地热能等，通过有机朗肯闪蒸系统、喷射回热系统、喷射制冷系统的耦合，降低工质泵功耗，提高能源利用效率，具有结构简单、节能效果显著、控制方便等优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统，包括气液分离器、高压膨胀机、低压膨胀机、发电机、减压阀、闪蒸罐、抽汽调节阀、制冷喷射器、喷射回热器、冷凝器、低压工质泵、高压工质泵、发生器、蒸发器和节流阀；
气液分离器的气体出口与高压膨胀机的蒸汽进口相连，气液分离器的液体出口经减压阀与闪蒸罐的入口相连，闪蒸罐的气体出口与低压膨胀机的蒸汽进口相连，闪蒸罐的液体出口依次经高压工质泵、发生器与气液分离器的入口相连；
高压膨胀机和低压膨胀机的乏气出口同时与制冷喷射器的工作流体进口相连，制冷喷射器的出口经冷凝器与喷射回热器的引射流体进口相连，喷射回热器的出口分为两路，一路依次经低压工质泵、发生器与气液分离器的入口相连，另一路依次经节流阀、蒸发器与制冷喷射器的引射流体进口相连，高压膨胀机的抽气口经抽汽调节阀与喷射回热器的工作流体进口相连；
低品位热能与发生器相连，加热发生器中的循环工质；高压膨胀机、低压膨胀机、发电机同轴连接，驱动发电机发电；循环工质在蒸发器中蒸发吸热，获得冷能。
本发明的冷电联供系统，循环工质在发生器中被加热成气液两相状态，然后进入气液分离器中进行气液分离，其中气相工质进入高压膨胀机膨胀做功，带动发电机发电；液相工质经过减压阀进入闪蒸罐中闪蒸，闪蒸出的气相工质进入低压膨胀机膨胀做功，带动发电机发电。高压膨胀机和低压膨胀机出口的循环工质乏汽在制冷喷射器中形成一股高速气流，将蒸发器中的低压循环工质蒸汽抽吸到制冷喷射器中，并与之混合，由于蒸发器内循环工质的蒸发产生制冷效应。
作为本发明的一种改进，还包括预热器，其毗邻设置在发生器下游，从发生器出来的低品位热能进入预热器，对预热器中的循环工质进行预热。预热器的设置可以进一步提高对低品位热能的利用效率。
作为本发明的一种改进，还包括回热器，其一侧连接在制冷喷射器与冷凝器之间，另一侧连接在低压工质泵与预热器之间。回热器用于回收制冷喷射器出口循环工质的热量，减少冷凝器的热负荷，提高热量的利用效率。
作为本发明的一种改进，所述的发生器出口的循环工质为气液两相状态，干度可通过低品位热能的特性、冷电的负荷特性进行调节。
作为本发明的一种改进，所述的蒸发器的制冷功率根据高压膨胀机和低压膨胀机乏气出口的循环工质压力及抽汽调节阀的开度进行控制。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)发生器出口的循环工质处于两相状态，使得系统具有相对较高的蒸发温度，有机工质先分离再闪蒸可以实现对低品位热能的充分回收利用。
(2)利用高压膨胀机和低压膨胀机出口的循环工质乏汽驱动循环工质喷射制冷系统，实现发电、制冷的联合供应，提高的系统的利用效率。
(3)喷射回热器既作为喷射器又作为回热器，由于循环工质在喷射器内的激波现象，达到高效换热和增压的目的，降低了工质泵功耗，避免了工质泵入口循环工质的汽蚀问题；又可以作为回热器，回收膨胀机抽气的热量，提高系统效率及技术经济性。
附图说明
图1是本发明的喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统的原理图。
附图标记说明：1-气液分离器；2-高压膨胀机；3-低压膨胀机；4-发电机；5-减压阀；6-闪蒸罐；7-抽汽调节阀；8-制冷喷射器；9-喷射回热器；10-冷凝器；11-低压工质泵；12-回热器；13-高压工质泵；14-预热器；15-发生器；16-蒸发器；17-节流阀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例的一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统，包括气液分离器1、高压膨胀机2、低压膨胀机3、发电机4、减压阀5、闪蒸罐6、抽汽调节阀7、制冷喷射器8、喷射回热器9、冷凝器10、低压工质泵11、回热器12、高压工质泵13、预热器14、发生器15、蒸发器16、节流阀17以及配套的连接管道。
气液分离器1的气体出口与高压膨胀机2的蒸汽进口相连，气液分离器1的液体出口经减压阀5与闪蒸罐6的入口相连，闪蒸罐6的气体出口与低压膨胀机3的蒸汽进口相连，闪蒸罐6的液体出口依次经高压工质泵13、预热器14、发生器15与气液分离器1的入口相连。
高压膨胀机2和低压膨胀机3的乏气出口同时与制冷喷射器8的工作流体进口相连，制冷喷射器8的出口依次经回热器12、冷凝器10与喷射回热器9的引射流体进口相连；喷射回热器9的出口分为两路，一路依次经低压工质泵11、预热器14、发生器15与气液分离器1的入口相连，另一路依次经节流阀17、蒸发器16与制冷喷射器8的引射流体进口相连，高压膨胀机2的抽气口经抽汽调节阀7与喷射回热器9的工作流体进口相连。
高压膨胀机2和低压膨胀机3乏气出口的循环工质乏汽进入制冷喷射器8中，在制冷喷射器8喉管部分减压增速，引射蒸发器16出口的二次循环工质气体，二者在混合室内进行混合后，经过增压减速流出制冷喷射器8进入回热器12中，蒸发器16内的循环工质因为蒸发而产生制冷效果。
高压膨胀机2和低压膨胀机3出口的循环工质乏汽温度较高，回热器12用于回收制冷喷射器8出口循环工质的热量，减少冷凝器10的热负荷，提高热量的利用效率。
从高压膨胀机2抽取的一定压力的循环工质蒸汽进入喷射回热器9中，引射冷凝器10出口的液态循环工质进入喷射回热器9，两股流体在喷射回热器9内进行换热。
从高压膨胀机2抽取的高压循环工质在喷射回热器9流道内处于超音速流动状态，由于背压的因素，在喉管部位产生激波，使气相凝结加快，使得流体的压力迅速升高，从而达到高效换热和增压的目的。喷射回热器9既作为喷射器实现冷凝器10出口液态工质的引射和增压，降低了低压工质泵11功耗，避免了低压工质泵11入口循环工质的汽蚀问题，又作为回热器，回收高压膨胀机2抽气的热量，提高系统效率及技术经济性。
高压膨胀机2、低压膨胀机3与发电机4同轴连接，驱动发电机4发电。循环工质在蒸发器16中蒸发吸热产生的冷能可提供给用户，其制冷功率根据高压膨胀机2和低压膨胀机3乏气出口的循环工质压力及抽汽调节阀7的开度进行控制。
低品位热能依次与发生器15、预热器14相连，通过预热器14、发生器15阶梯加热系统的循环工质，实现低品位热能的梯级利用。发生器15出口的循环工质是气液两相状态，可以根据低品位热能的特性、冷电的负荷特性对循环工质的干度进行调节。
下面对本发明的工作过程进行说明：
循环工质在发生器15中被加热成气液两相状态，然后进入气液分离器1中进行气液分离，其中气相有机工质进入高压膨胀机2膨胀做功，带动发电机4发电；液相有机工质经过减压阀5进入闪蒸罐6中闪蒸，闪蒸出的有机工质进入低压膨胀机3膨胀做功，带动发电机4发电。闪蒸罐6底部排出的液相有机工质经高压工质泵13加压进入预热器14中。高压膨胀机2和低压膨胀机3乏气出口的有机工质乏汽在制冷喷射器8中形成一股高速气流，将蒸发器16中的低压有机工质蒸汽抽吸到制冷喷射器8中，并与之混合，蒸发器16内的有机工质因为蒸发而产生制冷效果。混合后的较高温度的有机工质经回热器12，加热喷射回热器9出口的有机工质后进入冷凝器10。从高压膨胀机2抽取一定压力的有机工质蒸汽进入喷射回热器9中，引射冷凝器10的液态有机工质进入喷射回热器9，两股流体在喷射回热器9内经过换热后分成两部分，一部分经低压工质泵11加压后经回热器12与高压工质泵13出口的有机工质汇合后进行预热器14，然后再进入发生器15定压加热后进入气液分离器1中形成循环，另一部分经节流阀17进入蒸发器16内进行蒸发制冷。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统，其特征在于：包括气液分离器(1)、高压膨胀机(2)、低压膨胀机(3)、发电机(4)、减压阀(5)、闪蒸罐(6)、抽汽调节阀(7)、制冷喷射器(8)、喷射回热器(9)、冷凝器(10)、低压工质泵(11)、高压工质泵(13)、发生器(15)、蒸发器(16)和节流阀(17)；
气液分离器(1)的气体出口与高压膨胀机(2)的蒸汽进口相连，气液分离器(1)的液体出口经减压阀(5)与闪蒸罐(6)的入口相连，闪蒸罐(6)的气体出口与低压膨胀机(3)的蒸汽进口相连，闪蒸罐(6)的液体出口依次经高压工质泵(13)、发生器(15)与气液分离器(1)的入口相连；
高压膨胀机(2)和低压膨胀机(3)的乏气出口同时与制冷喷射器(8)的工作流体进口相连，制冷喷射器(8)的出口经冷凝器(10)与喷射回热器(9)的引射流体进口相连，喷射回热器(9)的出口分为两路，一路依次经低压工质泵(11)、发生器(15)与气液分离器(1)的入口相连，另一路依次经节流阀(17)、蒸发器(16)与制冷喷射器(8)的引射流体进口相连，高压膨胀机(2)的抽气口经抽汽调节阀(7)与喷射回热器(9)的工作流体进口相连；
低品位热能与发生器(15)相连，加热发生器(15)中的循环工质；高压膨胀机(2)、低压膨胀机(3)、发电机(4)同轴连接，驱动发电机(4)发电；循环工质在蒸发器(16)中蒸发吸热，获得冷能。
2.根据权利要求1所述的一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统，其特征在于：还包括预热器(14)，其毗邻设置在发生器(15)下游，从发生器(15)出来的低品位热能进入预热器(14)，对预热器(14)中的循环工质进行预热。
3.根据权利要求2所述的一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统，其特征在于：还包括回热器(12)，其一侧连接在制冷喷射器(8)与冷凝器(10)之间，另一侧连接在低压工质泵(11)与预热器(14)之间。
4.根据权利要求1所述的一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统，其特征在于：所述的发生器(15)出口的循环工质为气液两相状态，干度可通过低品位热能的特性、冷电的负荷特性进行调节。
5.根据权利要求1所述的一种喷射有机朗肯闪蒸冷电联供系统，其特征在于：所述的蒸发器(16)的制冷功率根据高压膨胀机(2)和低压膨胀机(3)乏气出口的循环工质压力及抽汽调节阀(7)的开度进行控制。
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