CN101871440A - 太阳能天然气互补喷射型分布式电冷热联供装置 - Google Patents

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Abstract

一种能源技术领域的太阳能天然气互补喷射型分布式电冷热联供装置，包括：透平膨胀机、发电机、喷射器、冷凝器、工质储罐、工质泵、制冷蒸发器、节流阀、热源换热器、第一阀门、太阳能集热器、导热油储罐、油泵、补燃燃烧器、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第一旁通阀和第二旁通阀。本发明的整个循环过程所需要的电力可以由系统自身提供，并有额外电能和冷量的输出，满足冷电分布式供能系统用户的负荷要求。

Description

太阳能天然气互补喷射型分布式电冷热联供装置
技术领域
本发明涉及的是一种能源技术领域的装置，具体是一种太阳能天然气互补喷射型分布式电冷热联供装置。
背景技术
太阳能资源丰富，可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，是可再生能源，取之不尽，清洁安全。在实际应用中，太阳能采用光伏发电和光热利用，太阳能光伏发电成本高，太阳能光热作为热源加热导热油，由于导热油热容量大、导热能力强、沸点高，与常规的水相比，工作压力低，具有更好的实际使用性，适合于作为热源工质，而有机物工质低沸点适合于作为发电制冷工质。有机物工质朗肯循环低温热源发电技术是一种有效的低温热能回收利用方法，它以低沸点有机物工质作为能量的载体，将低品位热能转化为电能。当热源温度低于270℃时，有机物朗肯循环工质选择范围广，针对性强，设备要求相对简单，与常规的水蒸气朗肯循环相比，具有更高的能源利用率。
喷射式制冷技术在20世纪30年代受到了广泛的青睐，然而伴随着蒸汽压缩式制冷系统的出现，喷射式制冷系统的主导地位被渐渐取代。近些年，喷射式制冷系统凭借其设备简单，维护方便，环保可靠，适用于太阳能，地热能，低温余热回收等优点，重新成为了制冷领域中的一个研究热点。分布式供能系统是指设在用户附近的，较小出力的，建立在能量梯级利用原则上的能源供给系统，相对于传统的大规模能源供给方式而言，分布式供能系统高效环保，形式灵活多样，除了供电之外，一般还同时拥有供冷供热的功能。近年来出现的电冷联产分布式供能系统就是其中的一种形式。
经过对现有技术文献检索，Feng Xu等在《能源》杂志2000年第25卷233-246页上发表了一篇题目为“一种发电制冷循环”的文章，(Xu，F.，Goswami，D.Y.，and Bhagwat，S.S.，2000，“ACombined Power/Cooling Cycle，”Energy，25，pp.233-246.)该系统将有机物朗肯循环发电技术与吸收式制冷技术相结合，选择二元溶液作为工质，将低品位热能转化为电能和冷量同时输出，提出了一套低品位热能回收利用的新方案。但该技术存在一定的不足：首先在制冷过程中，工质没有发生相变，主要依靠工质显热变化实现制冷，因此制冷量受到了一定的限制；此外，选择两元工质作为能量的载体，使系统设备结构，运行操作更加复杂。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种太阳能天然气互补喷射型分布式电冷热联供装置，采用双工质双循环系统，利用太阳光热能作为系统的主要热源，利用天然气或生物质器作为补充热源，将涡轮与喷射器串连布置，既可以同时满足用户对电能，热能和冷量的需求，又实现了运用工质气化潜热制冷的功能，大大提高了联供系统的制冷性能。此外，该装置还具有结构简单，可靠性强，便于操作等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：透平膨胀机、发电机、喷射器、冷凝器、工质储罐、工质泵、制冷蒸发器、节流阀、热源换热器、第一阀门、太阳能集热器、导热油储罐、油泵、补燃燃烧器、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第一旁通阀和第二旁通阀，其中：太阳光聚焦集热器导热油出口管道和导热油储罐相连，储罐经过阀门和热源换热器相连，换热器导热油的出口和油泵相连，油泵出口和补燃燃烧器相连，燃烧器出口经过阀门和太阳能集热器相连，阀门是旁通阀，工质储罐出口经过第一阀门和热源换热器工质入口相连，换热器出口和透平膨胀机入口相连，透平膨胀机的轴通过连轴器和发电机轴相连，透平膨胀机出口和喷射器相连，喷射器的喷射出口和冷凝器相连，冷凝器出口直接连接到工质储罐，节流阀的一端和工质储罐，节流阀的另一端和制冷蒸发器入口相连，蒸发器出口连接到喷射器的引射端，工质储罐和工质泵入口相连，工质泵出口经过第一阀门和热源换热器的工质入口相连。
【请发明人确保上述个组件之间的相互连接关系均无遗漏】
本发明通过以下方式进行工作：
1.太阳光聚焦加热导热油到约250℃，在阳光不足时补燃天然气或生物质，保证储油罐内的导热油温度到达约250℃，由泵保持导热油循环加热。
2.通过换热器加热有机物工质至沸点(80℃～200℃)，达到饱和蒸汽或者过热蒸汽状态。换热器的工作压力为工质在约80～200℃时所对应的蒸发压力。
3.由工质泵加压送到约20～50℃的饱和液态工质到换热器中加热。
4.从换热器出来的高温高压有机物气体工质进入透平，推动透平做功，并由发电机转化为电能输出。
5.由透平发电机排出的过热蒸汽作为工作流体进入喷射器，将蒸发器出口侧的低温低压气体引射至喷射器中，二者进一步混合膨胀扩压，使喷射器出口压力恢复至冷凝器的工作压力。
6.从喷射器流出的气体工质进入冷凝器，由约20℃的地下水，湖水或海水冷却至饱和液体，冷凝压力为冷却水在20℃左右时工质所对应的冷凝压力。一部分饱和冷凝液经由工质泵加压重新进入发电循环，另一部分饱和冷凝液流入节流阀减压节流，节流阀的入口压力为冷凝器的出口压力，节流阀的出口压力为蒸发器的入口压力。
7.从节流阀流入蒸发器的低温低压工质从外界吸收热量，利用工质的气化潜热实现制冷，工质由液态变为气态的同时，向用户提供7℃～12℃的冷水。蒸发器工作压力为冷水输出温度为7～12℃时，工质的蒸发压力。
8.从蒸发器出来的低温低压蒸汽作为引射流体进入喷射器实现循环利用。
整个循环过程所需要的电力可以由系统自身提供，并有额外电能和冷量的输出，满足冷电分布式供能系统用户的负荷要求。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：透平膨胀机1、发电机2、喷射器3、冷凝器4、工质储罐5、工质泵6、制冷蒸发器7、节流阀8、热源换热器9、第一阀门10、太阳能集热器11、导热油储罐12、油泵13、补燃燃烧器14、第二阀门16、第三阀门17、第四阀门18、第一旁通阀19和第二旁通阀20，其中：太阳光聚焦集热器11导热油出口管道和导热油储罐12相连，储罐12经过阀门16和热源换热器9相连，换热器9导热油的出口和油泵13相连，油泵13出口和补燃燃烧器14相连，燃烧器14出口经过阀门17和太阳能集热器11相连，阀门18是旁通阀，工质储罐5出口经过第一阀门10和热源换热器9工质入口相连，换热器9出口和透平膨胀机1入口相连，透平膨胀机1的轴通过连轴器和发电机轴相连，透平膨胀机1出口和喷射器3相连，喷射器3的喷射出口和冷凝器4相连，冷凝器4出口直接连接到工质储罐5，节流阀8的一端和工质储罐5，节流阀8的另一端和制冷蒸发器7入口相连，蒸发器7出口连接到喷射器3的引射端，工质储罐5和工质泵6入口相连，工质泵6出口经过第一阀门10和热源换热器9的工质入口相连。
【请发明人确保上述20个组件之间的相互连接关系均无遗漏】
根据太阳能天然气互补喷射式发电制冷供热装置要求，应选用热容比大、导热性好的导热油，沸点适中、环保安全的有机物干性工质(R141b、R123、R245fa等)，从而将太阳能光热、有机物朗肯循环发电系统同喷射式制冷循环有机的结合起来，同时满足用户电量和冷量的需求。
根据太阳能天然气互补喷射式发电制冷供热装置要求，导热油经太阳光加热到250℃，通过换热器加热有机物工质(R141b)到180℃，换热器蒸发压力2.7MPa，涡轮膨胀比10，涡轮出口压力0.27MPa，冷凝器冷凝温度为25℃，冷凝压力0.078MPa，制冷蒸发器蒸发温度7℃，蒸发器蒸发压力0.038MPa，环境温度25℃，冷却水温度20℃作为工作参数，说明循环流程。具体实施过程中所涉及的参数不对本发明构成限制。
1.太阳光聚焦加热导热油到约250℃，在阳光不足时补燃天然气或生物质，保证储油罐内的导热油温度到达约250℃，由泵送入换热器，并保持导热油循环加热。
2.约26℃的饱和液态有机物工质R141b由工质泵提高压力至2.7MPa，送入换热器中通过导热油加热。
2.液态工质R141b在换热器中被加热至约175℃，过热度5℃，压力2.7MPa。
3.从换热器出来的气体工质进入涡轮发电机，推动涡轮发电机旋转做功并输出电力。工质经过涡轮发电机膨胀后，压力降低至约0.277MPa，由R141b物性知，经过涡轮发电机膨胀后的工质仍为过热气体。
4.由涡轮发电机排出的R141b过热蒸汽作为工作流体进入喷射器，将制冷端蒸发器出口侧的R141b蒸汽，引射至喷射器中，工作流体与引射流体在喷射器混合室中混合，进而通过扩压器恢复压力至0.078MPa，温度约62℃。
5.从喷射器流出的R141b工质气体进入到冷凝器中，冷却至饱和液体，冷却水采用约20℃左右的地下水，湖水，河水或海水。冷凝压力约0.078MPa，冷凝温度约25℃，饱和冷凝液进入工质储罐。一部分饱和冷凝液经由工质泵加压送入换热器中，完成发电循环，另一部分饱和冷凝液通过节流阀节流降压，压力降至约0.038MPa，温度降至约7℃。
6.从节流阀流出的R141b液体进入到制冷蒸发器中蒸发，同时向外界提供冷水，蒸发压力约0.038MPa，蒸发温度约8℃。
7.从蒸发器流出的R141b蒸汽作为引射流体进入到喷射器中，从而完成整个循环过程，实现系统电能和冷量的输出。
在涡轮效率85％，换热器效率85％，泵效率80％的条件下，吸收太阳能热375KJ，通过该整体式喷射型低温余热发电制冷装置可以向用户提供电量45KJ，制冷量91KJ。

Claims (1)

1.一种太阳能天然气互补喷射型分布式电冷热联供装置，包括：透平膨胀机、发电机、喷射器、冷凝器、工质储罐、工质泵、制冷蒸发器、节流阀、热源换热器、第一阀门、太阳能集热器、导热油储罐、油泵、补燃燃烧器、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第一旁通阀和第二旁通阀，其中：太阳光聚焦集热器导热油出口管道和导热油储罐相连，储罐经过阀门和热源换热器相连，换热器导热油的出口和油泵相连，油泵出口和补燃燃烧器相连，燃烧器出口经过阀门和太阳能集热器相连，阀门是旁通阀，工质储罐出口经过第一阀门和热源换热器工质入口相连，换热器出口和透平膨胀机入口相连，透平膨胀机的轴通过连轴器和发电机轴相连，透平膨胀机出口和喷射器相连，喷射器的喷射出口和冷凝器相连，冷凝器出口直接连接到工质储罐，节流阀的一端和工质储罐，节流阀的另一端和制冷蒸发器入口相连，蒸发器出口连接到喷射器的引射端，工质储罐和工质泵入口相连，工质泵出口经过第一阀门和热源换热器的工质入口相连。
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