CN102797524B - 一种中低温余热利用冷/功联产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中低温余热利用的冷/功联产系统，包括蒸气发生器以及与蒸气发生器相连接的第一级气液分离器，所述的第一级气液分离器的蒸气出口经过外接有输出动力功负载的膨胀机与第二级气液分离器相连通，第二级气液分离器的液体出口与第一级气液分离器的液体出口分别经过管道与吸收器的入料口相连，第二级气液分离器的蒸气出口经第一回热器的换热侧、冷凝器和蒸发器与吸收器的另一入料口相连接，吸收器的出料口通过第一回热器的另一侧与蒸气发生器相连通。本发明为用户提供动力输出的同时提供一定品位的冷量，实现废热有效利用，提高系统的能量利用率，满足了用户多方面的需求。

Description

一种中低温余热利用冷/功联产系统
技术领域
本发明属于工业中低温余热回收领域，具体涉及一种针对80℃~250℃的中低温余热利用冷/功联产系统。
背景技术
在工业过程中，例如水泥、玻璃等工业产品的生产以及电厂发电过程中，有大量的余热资源以各种形式被排放到环境中，不仅加剧城市“热岛效应”，造成严重的环境热污染，同时也造成能量的浪费，是造成能源利用偏低的主要原因。传统的对工业余热的回收广泛采用有机朗肯循环系统和卡琳娜循环系统，但是，传统的余热回收循环只能输出动力功或者电能，不能同时输出动力和冷量，满足不了用户多方面的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种中低温余热利用冷/功联产系统，在为用户提供动力输出的同时提供一定品位的冷量。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括蒸气发生器以及与蒸气发生器相连接的第一级气液分离器，所述的第一级气液分离器的蒸气出口经过外接有输出动力功负载的膨胀机与第二级气液分离器相连通，第二级气液分离器的液体出口与第一级气液分离器的液体出口分别经过管道与吸收器的入料口相连，第二级气液分离器的蒸气出口经第一回热器的换热侧、冷凝器和蒸发器与吸收器的另一入料口相连接，吸收器的出料口通过第一回热器与蒸气发生器相连通。
所述的第一回热器与蒸气发生器之间的管道上设置有第二回热器，第一级气液分离器的液体出口经第二回热器、第二节流阀与吸收器的进料口相连。
所述的吸收器的出料口与第一回热器之间的管道上设置有循环泵。
所述的吸收器的入料口处设置有混合器，所述的第二级气液分离器的液体出口与第一级气液分离器的液体出口分别与混合器的入口相连通。
所述的第二级气液分离器的液体出口与混合器之间的管道上设置有第一节流阀。
所述的第一级气液分离器和第二级气液分离器为涡旋分离器、折流板分离器或丝网除沫分离器。
所述的冷凝器与蒸发器之间设置有第三节流阀。
本发明采用的工质为氨水混合物，膨胀机外接有输出动力功的负载，而蒸发器用于提供冷量，所以，本系统能够利用工业生产中的中低温余热进行做功的同时，又能输出一定品位的冷量，实现废热有效利用，满足了用户多方面的需求。另外，本发明在第二级气液分离器的蒸气出口还设置有第一回热器，第一回热器用于余热吸收器中混合均匀的基本氨水溶液，这样在实现冷/功联产的目的同时还减少循环过程中的换热器内能量损失的，还能够降低冷凝器、吸收器以及蒸气发生器的负荷，继而减小了第二回热器内冷热氨水溶液的换热温差，提高了进入蒸气发生器内的基本氨水溶液的温度，有利于蒸气发生器产生蒸气，进而提高系统的能量利用率。
附图说明
图1为本发明的示意图。
其中：1、蒸气发生器，2、第一级气液分离器，3、膨胀机，4、第二级气液分离器，5、第一节流阀，6、混合器，7、吸收冷凝器，8、循环泵，9、第一回热器，10、第二回热器，11、第二节流阀，12、冷凝器，13、第三节流阀，14、蒸发器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括蒸气发生器1以及与蒸气发生器1相连接的第一级气液分离器2，所述的第一级气液分离器2的液体出口依次经过第二节流阀11、混合器6与吸收器7的入料口相连通；所述的第一级气液分离器2的蒸气出口经外接有输出动力功负载的膨胀机3与第二级气液分离器4相连通；第二级气液分离器4的液体出口依次经过第一节流阀5、混合器6与吸收器7的入料口相连通，第二级气液分离器4的蒸气出口经过第一回热器9的换热侧、冷凝器12、第三节流阀13以及蒸发器14与吸收器7的另一入料口相连接，吸收器7的出料口经过循环泵8、第一回热器9与蒸气发生器1相连通。其中，第一级气液分离器2和第二级气液分离器4为涡旋分离器、折流板分离器或丝网除沫分离器。
进一步的，所述的第一回热器9与蒸气发生器1之间的管道上设置有第二回热器10，第一级气液分离器2的液体出口经第二回热器10、第二节流阀11与吸收器7的进料口相连。
本发明所采用的工质为氨水混合物，该工质的吸热过程是在变温下进行，在蒸发过程中存在明显的温度滑移，这样可以增加与热源的匹配性，可以减小换热过程的不可逆损失，从而提高余热的回收效率。
本发明中膨胀机3的作用是输出动力功，而蒸发器14用于提供冷量，所以，本系统能够利用工业生产中的中低温余热进行做功的同时，又能输出一定品位的冷量，实现废热有效利用，满足了用户多方面的需求。而且，由于本发明将第二级气液分离器4中分离出来的富氨蒸气在流过第一回热器9时将返回蒸气发生器1的基本氨溶液进行第一次预热后，第一级气液分离器2分离出的高温贫氨溶液在流过第二回热器10时将返回蒸气发生器1的基本氨溶液进行第二次预热，与基本的余热回收循环相比，减少循环过程中的换热器内能量损失的同时降低了冷凝器、吸收器以及蒸气发生器的负荷，进而提高系统的能量利用率。
本发明的工作过程为：
本发明的工质为氨水混合物，余热载体通过蒸气发生器1，将热量传递给氨水溶液，氨水溶液吸收热量后，成为氨水湿蒸气，氨水湿蒸气进入第一级气液分离器2分离出贫氨的氨水溶液和富氨的氨蒸气，氨蒸气进入膨胀机3做功提供动力功，做功后的氨蒸气压力和温度都下降，并有少部分氨蒸气发生液化，成为含湿量较小的氨湿蒸气，此时经过第二级气液分离器4，将蒸气分离成为富氨蒸气和贫氨溶液，由于此时富氨蒸气的压力和温度仍旧较高，因此当其通过第一回热器9时，与吸收器7返回蒸气发生器1的基本氨水溶液进行热量交换，这样降低了冷凝器负荷的同时，给返回蒸气发生器1的基本氨水溶液进行第一次预热，经过第一回热器9的富氨蒸气进入冷凝器12内进行冷凝，冷凝后的氨蒸气通过第三节流阀13降压后进入蒸发器14内吸收热量，给外界提供冷量，完成制冷循环。混合器6用于混合的第一、第二级气液分离器2、4液体出口所产生的贫氨溶液，此时完成制冷循环的低压氨蒸气进入到吸收器7内，与从混合器6出来的贫氨溶液进行再次混合，完成冷却吸收过程，形成的基本氨水溶液。
基本氨水溶液经过循环泵8返回蒸气发生器1，返回过程中在通过第一回热器9时，与第二级气液分离器4所产生的富氨蒸气进行热交换完成第一次预热，通过第二回热器10时，与第一级气液分离器2产生的高温贫氨溶液进行第二次预热，最终返回蒸气发生器1内完成一次循环。
本发明提出的中低温余热利用冷/功联产系统结构简单，可在原有的卡琳娜循环系统上进行改造，发明人对系统运行在氨水浓度为0.4（摩尔分数），余热烟气质量流量为15kg/s的运行工况进行计算，计算结果显示，当热源温度为220℃时，制冷段的COP值0.397，系统的净输出功为84.85kW/s，制冷段蒸发温度为5℃，系统的制冷量为1008.6kJ/s，可以看出，系统能够对低温热源进行有效利用，使其转变为动力功和冷能，具有较好的工业应用前景。

Claims (6)

1.一种中低温余热利用的冷/功联产系统，其特征在于：包括蒸气发生器(1)以及与蒸气发生器(1)相连接的第一级气液分离器(2)，所述的第一级气液分离器(2)的蒸气出口经过外接有输出动力功负载的膨胀机(3)与第二级气液分离器(4)相连通，第二级气液分离器(4)的液体出口与第一级气液分离器(2)的液体出口分别经过管道与吸收器(7)的入料口相连，第二级气液分离器(4)的蒸气出口经第一回热器(9)的换热侧、冷凝器(12)和蒸发器(14)与吸收器(7)的另一入料口相连接，吸收器(7)的出料口通过第一回热器(9)与蒸气发生器(1)相连通；
所述的第一回热器(9)与蒸气发生器(1)之间的管道上设置有第二回热器(10)，第一级气液分离器(2)的液体出口经第二回热器(10)、第二节流阀(11)与吸收器(7)的进料口相连。
2.根据权利要求1所述的一种中低温余热利用的冷/功联产系统，其特征在于：所述的吸收器(7)的出料口与第一回热器(9)之间的管道上设置有循环泵(8)。
3.根据权利要求1所述的一种中低温余热利用的冷/功联产系统，其特征在于：所述的吸收器(7)的入料口处设置有混合器(6)，所述的第二级气液分离器(4)的液体出口与第一级气液分离器(2)的液体出口分别与混合器(6)的入口相连通。
4.根据权利要求3所述的一种中低温余热利用的冷/功联产系统，其特征在于：所述的第二级气液分离器(4)的液体出口与混合器(6)之间的管道上设置有第一节流阀(5)。
5.根据权利要求1所述的一种中低温余热利用的冷/功联产系统，其特征在于：所述的第一级气液分离器(2)和第二级气液分离器(4)为涡旋分离器、折流板分离器或丝网除沫分离器。
6.根据权利要求1所述的一种中低温余热利用的冷/功联产系统，其特征在于：所述的冷凝器(12)与蒸发器(14)之间设置有第三节流阀(13)。
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