CN107642383B - 耦合卡琳娜循环和朗肯循环的中低温余热利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热能转变为机械能的装置，进一步涉及耦合卡琳娜循环和朗肯循环的中低温余热利用系统。耦合卡琳娜循环和朗肯循环的中低温余热利用系统，包括：发生器，分离器，汽轮机，吸收器，第一冷凝器，预热器，蒸发器，第一工质泵，第二工质泵，减压阀，第二冷凝器；本发明相对于现有技术的优势在于：本发明耦合了卡琳娜循环与有机朗肯循环，降低了系统的成本；朗肯循环二次吸收余热以及卡琳娜循环发生器稀溶液的热量，在保证卡琳娜循环余热利用的同时，降低了余热的排放温度，提高了系统的能源利用效率。

Description

耦合卡琳娜循环和朗肯循环的中低温余热利用系统
技术领域：
本发明涉及热能转变为机械能的装置，进一步涉及耦合卡琳娜循环和朗肯循环的中低温余热利用系统。
背景技术：
目前，节能减排是国家扶持发展的重点对象，而中低温发电技术是便是其中的研究热点和产业化推广方向。对于中低温地热能来说，由于其能源品位较低且能源利用效率很难提高，如何更有效的利用中低温地热资源成为了主要的研究方向。中低温地热资源主要应用于发电、工业加工、采暖、温室和医疗等领域，其中中低温地热在发电领域应用最广。在中低温地热发电系统中，卡琳娜循环和朗肯循环的系统稳定性较好，因此关注度较高。卡琳娜循环由Alexander Kalina于1983年提出,该循环以氨水混合物作为工质,由于工质相变的非等温过程和循环过程中工质浓度的改变,使得循环在整体上与热源和冷源有较好的换热匹配关系。其主要优势在于运行效率较高并且工质环保性较好，但其利用的地热资源的温度范围有限，利用后的地热水的温度依然很高，仍可利用。另外卡琳娜循环中稀溶液的温度较高，增加了高温回热器的负担。有机朗肯循环是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉(或换热器)、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成。该发电循环系统应用范围较广，安全性和稳定性都得到了广泛的认可，尤为突出的是其可利用的热源温度较低，大大增加了可用资源的范围。但有机朗肯发电循环的建设成本略高，且有机朗肯发电循环工质恒温蒸发的特点，使得在特定工质条件下不可逆损失依然较大。因此，需要一种新的中低温余热利用系统。
发明内容：
本发明提出了一种中低温余热利用系统，将卡琳娜循环与朗肯循环相耦合，利用氨气作为两种循环的发点工质，结合两种循环的优势，弥补两种循环的缺点，可更加有效的利用中低温余热资源。具体技术方案如下：
耦合卡琳娜循环和朗肯循环的中低温余热利用系统，包括：发生器1，分离器2，汽轮机3，吸收器4，第一冷凝器5，预热器6，蒸发器7，第一工质泵8，第二工质泵9，减压阀10，第二冷凝器11；
所述发生器包括：发生器热源入口1-1，发生器热源出口1-2，发生器氨水入口1-3，发生器氨水出口1-4；所述分离器包括：分离器氨水入口2-1，分离器氨气出口2-2，分离器稀溶液出口2-3；所述汽轮机包括：第一循环氨气入口3-2，第二循环氨气入口3-1，氨气出口3-3；所述吸收器包括：第一循环氨气入口4-1，第二循环氨气入口4-2，浓氨水出口4-3；所述第一冷凝器包括：氨水溶液入口5-1，氨水溶液出口5-2，冷却液入口5-4，冷却液出口5-3；所述预热器包括：第二循环氨气入口6-1，第二循环氨气出口6-2，预热器热源入口6-4，预热器热源出口6-3；所述蒸发器包括：蒸发器氨气入口7-1，蒸发器氨气出口7-2，蒸发器稀氨水溶液入口7-3，蒸发器稀氨水溶液出口7-4；所述第二冷凝器包括：氨气入口11-1，氨气溶液出口11-2，冷却液入口11-3，冷却液出口11-4；
所述发生器氨水出口1-4与分离器氨水入口2-1相连，发生器热源出口1-2与预热器热源入口6-4相连；所述分离器氨气出口2-2与汽轮机的第一循环氨气入口3-2相连，分离器稀溶液出口2-3与蒸发器稀氨水溶液入口7-3相连；所述汽轮机的氨气出口3-3分别与吸收器的第一循环氨气入口4-1和第二冷凝器的氨气入口11-1相连；所述吸收器的浓氨水出口4-3与第一冷凝器的氨水溶液入口5-1相连；所述第一冷凝器的氨水溶液出口5-2与第二工质泵9的入口相连；所述预热器的第二循环氨气出口6-2与蒸发器氨气入口7-1相连；所述蒸发器氨气出口7-2与汽轮机的第二循环氨气入口3-1相连；第一工质泵8的入口与第二冷凝器11的氨气溶液出口11-2相连，第一工质泵8的出口与第二循环氨气入口6-1相连；所述第二工质泵9的入口与第一冷凝器的氨水溶液出口5-2相连，第二工质泵9的出口与发生器氨水入口1-3；所述减压阀10入口与蒸发器稀氨水溶液出口7-4相连，减压阀10出口与吸收器的第二循环氨气入口4-2相连。
本发明所述余热资源包括中低温地热资源，但不限于次，汽轮机的机械能既可直接作为机械能使用，也可以通过发电装置将其转化为电能。
本发明相对于现有技术的优势在于：
(一)本发明耦合了卡琳娜循环与有机朗肯循环，将卡琳娜循环汽轮机出口的部分氨气代替有机工质作为朗肯循环工质，氨气为自然工质，没有环境污染，不会造成温室效应与臭氧层破坏，同时避免了有机朗肯循环工质造价高的特点，并且两个系统共用一个汽轮机，降低了系统的成本。
(二)朗肯循环二次吸收余热以及卡琳娜循环发生器稀溶液的热量，在保证卡琳娜循环余热利用的同时，降低了余热的排放温度，提高了系统的能源利用效率。
附图说明：
图1是本发明的系统结构示意图；图中，1代表发生器，1-1代表发生器热源入口，1-2代表发生器热源出口，1-3代表发生器氨水入口，1-4代表发生器氨水出口，2代表分离器，2-1代表分离器氨水入口，2-2代表分离器氨气出口，2-3代表分离器稀溶液出口，3代表汽轮机，3-2代表汽轮机的第一循环氨气入口，3-1代表汽轮机的第二循环氨气入口，3-3代表汽轮机的氨气出口，4代表吸收器，4-1代表吸收器的第一循环氨气入口，4-2代表吸收器的第二循环氨气入口，4-3代表吸收器的浓氨水出口，5代表第一冷凝器，5-1代表第一冷凝器的氨水溶液入口，5-2代表第一冷凝器的氨水溶液出口，5-4代表第一冷凝器的冷却液入口，5-3代表第一冷凝器的冷却液出口，6代表预热器，6-1代表预热器的第二循环氨气入口，6-2代表预热器的第二循环氨气出口，6-4代表预热器热源入口，6-3代表预热器热源出口，7代表蒸发器，7-1代表蒸发器氨气入口，7-2代表蒸发器氨气出口，7-3代表蒸发器稀氨水溶液入口，7-4代表蒸发器稀氨水溶液出口，8代表第一工质泵，9代表第二工质泵，10代表减压阀，11代表第二冷凝器，11-1代表第二冷凝器的氨气入口，11-2代表第二冷凝器的氨气溶液出口，11-3代表第二冷凝器的冷却液入口，11-4代表第二冷凝器的冷却液出口。
具体实施方式：
实施例：
以下以中低温地热利用为例并结合图1对本发明做进一步的说明。
如图所示，耦合卡琳娜循环和朗肯循环的中低温余热利用系统包括：发生器1，分离器2，汽轮机3，吸收器4，第一冷凝器5，预热器6，蒸发器7，第一工质泵8，第二工质泵9，减压阀10，第二冷凝器11；
所述发生器包括：发生器热源入口1-1，发生器热源出口1-2，发生器氨水入口1-3，发生器氨水出口1-4；所述分离器包括：分离器氨水入口2-1，分离器氨气出口2-2，分离器稀溶液出口2-3；所述汽轮机包括：第一循环氨气入口3-2，第二循环氨气入口3-1，氨气出口3-3；所述吸收器包括：第一循环氨气入口4-1，第二循环氨气入口4-2，浓氨水出口4-3；所述第一冷凝器包括：氨水溶液入口5-1，氨水溶液出口5-2，冷却液入口5-4，冷却液出口5-3；所述预热器包括：第二循环氨气入口6-1，第二循环氨气出口6-2，预热器热源入口6-4，预热器热源出口6-3；所述蒸发器包括：蒸发器氨气入口7-1，蒸发器氨气出口7-2，蒸发器稀氨水溶液入口7-3，蒸发器稀氨水溶液出口7-4；所述第二冷凝器包括：氨气入口11-1，氨气溶液出口11-2，冷却液入口11-3，冷却液出口11-4；
所述发生器氨水出口1-4与分离器氨水入口2-1相连，发生器热源出口1-2与预热器热源入口6-4相连；所述分离器氨气出口2-2与汽轮机的第一循环氨气入口3-2相连，分离器稀溶液出口2-3与蒸发器稀氨水溶液入口7-3相连；所述汽轮机的氨气出口3-3分别与吸收器的第一循环氨气入口4-1和第二冷凝器的氨气入口11-1相连；所述吸收器的浓氨水出口4-3与第一冷凝器的氨水溶液入口5-1相连；所述第一冷凝器的氨水溶液出口5-2与第二工质泵9的入口相连；所述预热器的第二循环氨气出口6-2与蒸发器氨气入口7-1相连；所述蒸发器氨气出口7-2与汽轮机的第二循环氨气入口3-1相连；第一工质泵8的入口与第二冷凝器11的氨气溶液出口11-2相连，第一工质泵8的出口与第二循环氨气入口6-1相连；所述第二工质泵9的入口与第一冷凝器的氨水溶液出口5-2相连，第二工质泵9的出口与发生器氨水入口1-3；所述减压阀10入口与蒸发器稀氨水溶液出口7-4相连，减压阀10出口与吸收器的第二循环氨气入口4-2相连。
本实施例中热源为中低温地热水，汽轮机后续连接发电机组。
系统共分为三个循环。
(一)地热水循环：采用地热水为工质，地热水由发生器热源入口1-1流入发生器1中放热，从发生器热源出口1-2离开发生器1进入预热器6继续放热后回灌。
(二)卡琳娜循环：采用氨水为循环工质，氨水溶液在发生器1中吸热后进入分离器2，变为氨气和稀氨水溶液，氨气由分离器氨气出口2-2排出进入汽轮机发电，发电后氨气从汽轮机氨气出口3-3离开汽轮机，一部分进入朗肯循环中，另一部分进入吸收器4中；稀氨水溶液自分离器稀溶液出口2-3进入蒸发器7中放热后通过减压阀8后进入吸收器4吸收氨气，氨水溶液自吸收器浓氨水出口4-3离开吸收器后进入第一冷凝器5中放热，然后被第二工质泵9输送到发生器1中形成第一循环。
(三)朗肯循环：采用氨气为循环工质，氨气自汽轮机氨气出口3-3进入第二冷凝器11中放热，然后被第一工质泵8输送到预热器6中二次吸收地热水的热量，离开预热器6后进入蒸发器7吸收稀氨水溶液的热量，最后进入汽轮机3中发电。

Claims (1)

1.耦合卡琳娜循环和朗肯循环的中低温余热利用系统，其特征在于，包括：发生器(1)，分离器(2)，汽轮机(3)，吸收器(4)，第一冷凝器(5)，预热器(6)，蒸发器(7)，第一工质泵(8)，第二工质泵(9)，减压阀(10)第二冷凝器(11)；
所述发生器包括：发生器热源入口(1-1)，发生器热源出口(1-2)，发生器氨水入口(1-3)，发生器氨水出口(1-4)；所述分离器包括：分离器氨水入口(2-1)，分离器氨气出口(2-2)，分离器稀溶液出口(2-3)；所述汽轮机包括：第一循环氨气入口(3-2)，第二循环氨气入口，氨气出口(3-3)；所述吸收器包括：第一循环氨气入口(4-1)，第二循环氨气入口，浓氨水出口(4-3)；所述第一冷凝器包括：氨水溶液入口(5-1)，氨水溶液出口(5-2)，冷却液入口，冷却液出口(5-3)；所述预热器包括：第二循环氨气入口，第二循环氨气出口(6-2)，预热器热源入口(6-4)，预热器热源出口(6-3)；所述蒸发器包括：蒸发器氨气入口(7-1)，蒸发器氨气出口(7-2)，蒸发器稀氨水溶液入口(7-3)，蒸发器稀氨水溶液出口(7-4)；所述第二冷凝器包括：氨气入口(11-1)，氨气溶液出口(11-2)，冷却液入口，冷却液出口(11-4)；
所述发生器氨水出口(1-4)与分离器氨水入口(2-1)相连，发生器热源出口(1-2)与预热器热源入口(6-4)相连；所述分离器氨气出口(2-2)与汽轮机的第一循环氨气入口(3-2)相连，分离器稀溶液出口(2-3)与蒸发器稀氨水溶液入口(7-3)相连；所述汽轮机的氨气出口(3-3)分别与吸收器的第一循环氨气入口(4-1)和第二冷凝器的氨气入口(11-1)相连；所述吸收器的浓氨水出口(4-3)与第一冷凝器的氨水溶液入口(5-1)相连；所述第一冷凝器的氨水溶液出口(5-2)与第二工质泵(9)的入口相连；所述预热器的第二循环氨气出口(6-2)与蒸发器氨气入口(7-1)相连；所述蒸发器氨气出口(7-2)与汽轮机的第二循环氨气入口(3-1)相连；第一工质泵(8)的入口与第二冷凝器(11)的氨气溶液出口(11-2)相连，第一工质泵(8)的出口与第二循环氨气入口(6-1)相连；所述第二工质泵(9)的入口与第一冷凝器的氨水溶液出口(5-2)相连，第二工质泵(9)的出口与发生器氨水入口(1-3)；所述减压阀(10)入口与蒸发器稀氨水溶液出口(7-4)相连，减压阀(10)出口与吸收器的第二循环氨气入口(4-2)相连。
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