CN107328134B - 一种功冷联供循环系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功冷联供循环系统及方法，其中该系统包括吸收器，所述吸收器依次连接有泵、换热器和锅炉；从吸收器出来的基础工作液由泵加压后先经换热器换热，再进入锅炉进行加热；锅炉加热后的蒸汽进入透平膨胀做功，之后部分工质进入精馏塔内进行精馏，剩余工质则继续在透平内膨胀做功；锅炉底部的液体进入吸收器来吸收透平乏气以及蒸发器出口的部分工质；精馏塔塔底的液体进入吸收器，塔顶所获得的蒸汽进入喷射器作为工作流体，引射从蒸发器出来的部分饱和蒸汽，两股流体在喷射器内混合；喷射器出口的混合工质进入冷凝器被冷凝成饱和溶液，然后进入蒸发器内蒸发制冷；蒸发器出口的另一部分饱和蒸汽进入吸收器，从而完成一个循环过程。

Description

一种功冷联供循环系统及方法
技术领域
本发明属于制冷复合循环领域，尤其涉及一种功冷联供循环系统及方法。
背景技术
近些年来，化石能源的过度开发引发了一系列生态问题，实现低温热源的合理、高效利用，对减少常规化石燃料的消耗，降低有关污染物和温室气体的排放，调整能源消费结构，保护生态环境，建立资源节约型社会具有重要意义。
低温热源，包括太阳能、地热能以及工业生产中的余热、废热，这类能源具有储量大、分布广、品位低的特点。然而，当热源温度较低时，传统的动力循环很难将低品位热能进行有效地转化和利用。对此，Kalina、Alefeld、Goswami等人提出了以非共沸混合物氨水作为工质的一系列循环。
Kalina循环应用吸收方式来解决氨水动力循环中透平排气背压过高问题，提高了氨水动力循环的效率。和Kalina循环相比，Goswami循环最大特点在于不仅可以输出功，还可以输出冷量，这样可以满足多方面需求。Goswami循环结构简单，可由太阳能、地热能、工业余热等低温热源驱动。然而，该循环是利用透平乏气的显热来制冷，由于气体的比热容较小，故其单位质量工质的制冷量非常有限，其输出冷功比仅为0.08，最低制冷温度只有6.85℃。
因此，亟需一种功冷联供循环系统以确保提升系统制冷量的同时获得更多高品质的输出功。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种功冷联供循环系统，该系统在确保提升系统制冷量的同时获得更多高品质的输出功。
本发明的一种功冷联供循环系统，包括：
吸收器，所述吸收器依次连接有泵、换热器和锅炉；从吸收器出来的基础工作液由泵加压后先经换热器换热，再进入锅炉进行加热；
锅炉加热后的蒸汽进入透平膨胀做功，之后部分工质进入精馏塔内进行精馏，剩余工质则继续在透平内膨胀做功；锅炉底部的液体进入吸收器来吸收透平乏气以及蒸发器出口的部分工质；
精馏塔塔底的液体进入吸收器，塔顶所获得的蒸汽进入喷射器作为工作流体，引射从蒸发器出来的部分饱和蒸汽，两股流体在喷射器内混合；喷射器出口的混合工质进入冷凝器被冷凝成饱和溶液，然后进入蒸发器内蒸发制冷；蒸发器出口的另一部分饱和蒸汽进入吸收器，从而完成一个循环过程。
进一步的，锅炉与透平之间串接有过热器，锅炉加热所产生的蒸汽经过热器过热后进入透平膨胀做功。
进一步的，锅炉与吸收器之间串接有第一节流阀。
进一步的，精馏塔与吸收器之间串接有第二节流阀。
进一步的，冷凝器与蒸发器之间串接有第三节流阀。
本发明还基于上述所述的功冷联供循环系统，提供了其工作方法。
本发明的基于功冷联供循环系统的工作方法，包括：
从吸收器出来的基础工作液由泵加压后先经换热器换热，再进入锅炉进行加热；
锅炉加热后的蒸汽进入透平膨胀做功，之后部分工质进入精馏塔内进行精馏，剩余工质则继续在透平内膨胀做功；锅炉底部的液体进入吸收器来吸收透平乏气以及蒸发器出口的部分工质；
精馏塔塔底的液体进入吸收器，塔顶所获得的蒸汽进入喷射器作为工作流体，引射从蒸发器出来的部分饱和蒸汽，两股流体在喷射器内混合；喷射器出口的混合工质进入冷凝器被冷凝成饱和溶液，然后进入蒸发器内蒸发制冷；蒸发器出口的另一部分饱和蒸汽进入吸收器，从而完成一个循环过程。
进一步的，锅炉加热所产生的蒸汽经过热器过热后进入透平膨胀做功，当工质膨胀到2.00MPa时，抽出部分工质进入精馏塔内精馏，剩余工质则继续在透平内膨胀做功。
进一步的，锅炉底部的稀饱和液经第一节流阀节流后进入吸收器，吸收透平乏气以及蒸发器出口的部分工质。
进一步的，精馏塔塔底的饱和液经第二节流阀节流后进入吸收器
进一步的，喷射器出口的混合工质进入冷凝器被冷凝成饱和溶液，然后经第三节流阀节流后进入蒸发器内蒸发制冷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)耦合氨吸收/喷射式制冷，提高联供系统的制冷量；
(2)制冷工质来源于透平中尚未完全膨胀的氨蒸汽，进入精留器之前此部分工质已经历膨胀做功，使得系统能够获得更多高品质输出功；
(3)通过引入喷射器，以消耗一定的热能为代价，却不需要消耗透平的输出功，因而在增加系统输出冷量条件下，提高联供系统的热力性能。
(4)通过调整抽气量可以使得联供系统输出冷功比可调。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的功冷联供循环系统结构示意图。
其中，A—吸收器；P—泵；V-1—第一节流阀1；V-2—第二节流阀2；V-3—第三节流阀；R—回热器；B—锅炉；REC—精馏器；S—过热器；T—透平；EJ—喷射器；C—冷凝器；E—蒸发器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1是本发明的功冷联供循环系统结构示意图。
如图1所示，本发明的功冷联供循环系统，包括：吸收器、泵、回热器、锅炉、精馏器、透平、喷射器、冷凝器和蒸发器。
具体地，本发明的功冷联供循环系统的工作过程为：
从吸收器出来的基础工作液(1)由泵(P)加压后先经换热器(R)换热，再进入锅炉(B)进行加热。
锅炉(B)加热所产生的饱和蒸汽(5)进入透平膨胀做功，部分工质(7)进入精馏塔(REC)内精馏，剩余工质则继续在透平(T)内膨胀做功；锅炉底部的稀饱和液进入吸收器(A)，吸收透平乏气(8)以及蒸发器(EV)出口的部分工质(15)。
精馏塔塔底的饱和液(10)进入吸收器，塔顶所获得的氨蒸汽进入喷射器(EJ)，作为工作流体，引射从蒸发器(EV)出来的部分饱和蒸汽(16)，两股流体在喷射器(EJ)内混合。喷射器出口的混合工质(12)进入冷凝器(C)被冷凝成饱和溶液(13)，然后进入蒸发器(E)内蒸发制冷；蒸发器(EV)出口的另一部分饱和蒸汽进入吸收器(A)被稀溶液(18、11)吸收，从而完成一个循环过程。
具体地，锅炉(B)加热所产生的饱和蒸汽(5)经过热器(S)过热后进入透平膨胀做功，当工质膨胀到2.00MPa时，抽出部分氨蒸汽(7)进入精馏塔(REC)内精馏，剩余工质则继续在透平(T)内膨胀做功。
具体地，锅炉底部的稀饱和液经第一节流阀(V-1)节流后进入吸收器(A)，吸收透平乏气(8)以及蒸发器(EV)出口的部分工质(15)。
具体地，精馏塔塔底的饱和液(10)经第二节流阀(V-2)节流后进入吸收器。
具体地，喷射器出口的混合工质(12)进入冷凝器(C)被冷凝成饱和溶液(13)，然后经第三节流阀(V-3)节流后进入蒸发器(E)内蒸发制冷。
本发明运用EES软件建立了本发明的功冷联供循环系统的热力学模型。
为了方便分析与讨论，本发明选定吸收器出口1点氨溶液的质量流量为1kg·s-1，压力为0.21MPa；透平进口压力为2.60MPa；热源温度为142℃；抽气量0.15kg·s-1，压力2.00MPa；喷射器出口压力设定为0.80MPa。其他输入参数值如表1所示。
表1 系统输入参数
根据建立的热力学模型和工质的物性参数，计算得出系统各状态点的热力学参数值，如表2所示。
本发明的功冷联供循环系统的性能计算结果如表3所示，计算结果表明，在设计工况下，本发明的功冷联供循环系统的联供热效率为13.73％，，联供效率可以达到35.99％。
表2 循环中各点的计算结果
表3 联供性计算能结果
本发明所提出的功冷联供循环系统，从锅炉出来的氨蒸汽全部进入透平膨胀做功，然后再从透平的适当部位抽出尚未完全膨胀的少量氨蒸汽，进入吸收/喷射式制冷子循环。这样可以在确保提升系统制冷量的同时获得更多高品质的输出功。
本发明的功冷联供循环系统可为低温余热的高效转化与充分利用提供新的解决途径。
本发明所提出的新型功冷联供系统具有以下创新点：
耦合氨吸收/喷射式制冷，提高联供系统的制冷量；
制冷工质来源于透平中尚未完全膨胀的氨蒸汽，进入精留器之前此部分工质已经历膨胀做功，使得系统能够获得更多高品质输出功；
通过引入喷射器，以消耗一定的热能为代价，却不需要消耗透平的输出功，因而在增加系统输出冷量条件下，提高联供系统的热力性能。
通过调整抽气量可以使得联供系统输出冷功比可调。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种功冷联供循环系统，其特征在于，包括：
吸收器，所述吸收器依次连接有泵、换热器和锅炉；从吸收器出来的基础工作液由泵加压后先经换热器换热，再进入锅炉进行加热；
锅炉加热后的蒸汽进入透平膨胀做功，之后部分工质进入精馏塔内进行精馏，剩余工质则继续在透平内膨胀做功；锅炉底部的液体进入吸收器来吸收透平乏气以及蒸发器出口的部分工质；
精馏塔塔底的液体进入吸收器，塔顶所获得的蒸汽进入喷射器作为工作流体，引射从蒸发器出来的部分饱和蒸汽，两股流体在喷射器内混合；喷射器出口的混合工质进入冷凝器被冷凝成饱和溶液，然后进入蒸发器内蒸发制冷；蒸发器出口的另一部分饱和蒸汽进入吸收器，从而完成一个循环过程。
2.如权利要求1所述的一种功冷联供循环系统，其特征在于，锅炉与透平之间串接有过热器，锅炉加热所产生的蒸汽经过热器过热后进入透平膨胀做功。
3.如权利要求1所述的一种功冷联供循环系统，其特征在于，锅炉与吸收器之间串接有第一节流阀。
4.如权利要求1所述的一种功冷联供循环系统，其特征在于，精馏塔与吸收器之间串接有第二节流阀。
5.如权利要求1所述的一种功冷联供循环系统，其特征在于，冷凝器与蒸发器之间串接有第三节流阀。
6.一种基于如权利要求1所述的功冷联供循环系统的工作方法，其特征在于，包括：
从吸收器出来的基础工作液由泵加压后先经换热器换热，再进入锅炉进行加热；
锅炉加热后的蒸汽进入透平膨胀做功，之后部分工质进入精馏塔内进行精馏，剩余工质则继续在透平内膨胀做功；锅炉底部的液体进入吸收器来吸收透平乏气以及蒸发器出口的部分工质；
精馏塔塔底的液体进入吸收器，塔顶所获得的蒸汽进入喷射器作为工作流体，引射从蒸发器出来的部分饱和蒸汽，两股流体在喷射器内混合；喷射器出口的混合工质进入冷凝器被冷凝成饱和溶液，然后进入蒸发器内蒸发制冷；蒸发器出口的另一部分饱和蒸汽进入吸收器，从而完成一个循环过程。
7.如权利要求6所述的功冷联供循环系统的工作方法，其特征在于，锅炉加热所产生的蒸汽经过热器过热后进入透平膨胀做功，当工质膨胀到2.00MPa时，抽出部分工质进入精馏塔内精馏，剩余工质则继续在透平内膨胀做功。
8.如权利要求6所述的功冷联供循环系统的工作方法，其特征在于，锅炉底部的稀饱和液经第一节流阀节流后进入吸收器，吸收透平乏气以及蒸发器出口的部分工质。
9.如权利要求6所述的功冷联供循环系统的工作方法，其特征在于，精馏塔塔底的饱和液经第二节流阀节流后进入吸收器。
10.如权利要求6所述的功冷联供循环系统的工作方法，其特征在于，喷射器出口的混合工质进入冷凝器被冷凝成饱和溶液，然后经第三节流阀节流后进入蒸发器内蒸发制冷。
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