CN109099743A - 一种多热源余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种多热源余热回收系统，包括发电系统、制冷系统、制热系统和冷却系统；发电系统用于为制冷系统提供电能，制冷系统利用高温余热和低温余热制冷，发电系统和制冷系统利用的余热用于制热系统热源梯级利用热量，冷却系统用于冷却供电系统和制冷系统。本发明根据不同的余热源温度采取不同的余热回收方式，高温余热用于发电系统，产生的电能可驱动压缩制冷系统制冷；制冷系统可同时回收高温余热和低温余热，降温后的余热进入低温水箱可为生活提供热水，实现余热按质回收、梯级利用，并且内部能源可相互转化利用，提高了能源的综合利用效率。

Description

一种多热源余热回收系统
技术领域
本发明涉及能源回收技术领域，具体是一种多热源余热回收系统。
背景技术
工业建筑拥有丰富的余热资源，具有种类多、跨温度范围广、不稳定等特点。目前的余热回收技术，根据余热温度范围，大部分高温余热能被回收利用，而大量的低温余热资源由于能量品质低，没有得到充分的回收和利用，并且一个设备只能回收一种余热源，如要将不同温度范围的余热资源回收，需要不同的回收设备，回收设备多、系统复杂而庞大；余热资源受生产工艺的影响，具有间歇、不稳定的缺点，在利用余热进行生产生活的过程中余热资源的不稳定将影响余热利用效果，实用性与使用感较差。为实现工业建筑余热的充分回收和有效利用，需要一套余热回收系统，按照热源品质，对高、低温余热进行分类回收，并且在回收系统内部能源可相互转化利用，实现能量的储存与冷、热、电三联产。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多热源余热回收系统。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种多热源余热回收系统，包括发电系统、制冷系统、制热系统和冷却系统；发电系统用于为制冷系统提供电能，制冷系统利用高温余热和低温余热制冷，发电系统和制冷系统利用的余热用于制热系统热源梯级利用热量，冷却系统用于冷却供电系统和制冷系统。
其中，发电系统包括依次连接的蒸发器I、透平、回热器、冷凝器I、工质泵，透平和发电机连接，发电机连接控制器，控制器连接电池和压缩机，冷凝器I连接冷却系统，蒸发器I连接制热系统低温储水箱。
其中，制冷系统包括吸收制冷系统和压缩制冷系统；吸收制冷系统包括依次连接的高温发生器、低温发生器、单向阀Ⅰ、冷凝器Ⅱ、膨胀阀、蒸发器Ⅱ、油分离器Ⅱ、吸收器、发生泵，发生泵连接高温发生器和低温发生器，发生泵和低温发生器之间设置有低温溶液热交换器，发生泵和高温发生器之间设置有高温溶液热交换器。
其中，压缩制冷系统包括压缩机，压缩机连接油分离器Ⅰ，油分离器Ⅰ连接单向阀Ⅱ，单向阀Ⅱ的出口连接冷凝器Ⅱ。
其中，制热系统包括低温储水箱和高温储水箱，低温储水箱连接发电系统和制冷系统。
其中，冷却系统包括冷却塔，冷却塔出口设水泵，水泵分两路分别连接到制冷系统和发电系统。
有益效果：本发明具有以下有益效果：
1、根据不同的余热源温度采取不同的余热回收方式，高温余热用于发电系统，产生的电能可驱动压缩制冷系统制冷；制冷系统可同时回收高温余热和低温余热，降温后的余热进入低温水箱可为生活提供热水，实现余热按质回收、梯级利用，并且内部能源可相互转化利用，提高了能源的综合利用效率。
2、提出一种新型制冷系统，该系统由吸收制冷系统和压缩制冷系统组成，吸收制冷系统为双效吸收式系统，可同时回收高温余热和低温余热，压缩制冷系统通过电力驱动，在余热源不足时可利用电池储存的电力补充，保证制冷系统在工作的过程中运行不间断，实现系统的连续运行。
3、在余热源充足时，发电系统产生的电能储存在电池中，余热源不足时，可利用电池电力驱动压缩制冷系统制冷，无需外部能源输入，实现能源利用的自产自销，节约能源。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1.1-蒸发器I、1.2-透平、1.3-发电机、1.4-回热器、1.5-冷凝器I、1.6-工质泵、1.7-控制器、1.8-电池；2.1-高温发生器、2.2-低温发生器、2.3-冷凝器II、2.4-膨胀阀、2.5-蒸发器II、2.6-油分离器II、2.7-吸收器、2.8-发生泵、2.9-低温溶液热交换器、2.10-高温溶液热交换器、2.11-压缩机、2.12-油分离器I；3.1-低温储水箱、3.2-高温储水箱；冷却系统：4.1-冷却塔、4.2-水泵；5.1-阀门I、5.2-阀门II、5.3-阀门III、5.4-阀门IV、5.5-阀门V；6.1-单向阀I、6.2-单向阀II。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种多热源余热回收系统，包括发电系统、制冷系统、制热系统和冷却系统。
发电系统：包括依次连接的蒸发器I1.1、透平1.2、回热器1.4、冷凝器I1.5、工质泵1.6，透平1.2和发电机1.3连接，发电机1.3连接控制器1.7，控制器1.7连接电池1.8和压缩机2.11，冷凝器I1.5连接冷却系统，蒸发器I1.1连接制热系统低温储水箱3.1。蒸发器I1.1通过阀门I5.1连通高温余热。
发电系统的内部循环工质为有机工质，蒸发器I1.1有机工质出口连接透平1.2，透平1.2通过回热器1.4和冷凝器I1.5相连，冷凝器I1.5的有机工质出口设置有工质泵1.6，工质泵1.6通过回热器1.4和蒸发器I1.1有机工质入口相连，透平1.2和发电机1.3同轴相连，发电机1.3、电池1.8和压缩机2.11电力连接控制器1.7，通过控制器1.7控制发电机1.3、电池1.8和压缩机2.11的启动运行。
制冷系统：包括吸收制冷系统和压缩制冷系统。
吸收制冷系统包括依次连接的高温发生器2.1、低温发生器2.2、单向阀Ⅰ6.1、冷凝器Ⅱ2.3、膨胀阀2.4、蒸发器Ⅱ2.5、油分离器Ⅱ2.6、吸收器2.7、发生泵2.8，发生泵2.8连接高温发生器2.1和低温发生器2.2，发生泵2.8和低温发生器2.2之间设置有低温溶液热交换器2.9，发生泵2.8和高温发生器2.1之间设置有高温溶液热交换器2.10。低温发生器2.2通过阀门II5.2连通低温余热，高温发生器2.1通过阀门III5.3连通高温余热。
吸收制冷系统为双效吸收式系统，内部工质为制冷剂-吸收剂工质对，制冷剂在系统内部循环，吸收剂在发生器和吸收器内部和制冷剂为混合溶液。高温发生器2.1制冷剂蒸汽出口和低温发生器2.2相连，通过间壁管通入低温发生器2.2和从低温发生器出来的制冷剂蒸汽汇合通过单向阀II6.1连接到冷凝器II2.3制冷剂入口，冷凝器II2.3制冷剂出口通过膨胀阀2.4和蒸发器II2.5制冷剂入口连接，蒸发器II2.5制冷剂出口设油分离器2.6连接到吸收器2.7制冷剂入口，吸收器2.7稀溶液出口分两路，一路通过低温溶液热交换器2.9连接低温发生器2.2，一路通过高温溶液热交换器2.10连接高温发生器2.1，高温发生器2.1浓溶液出口通过高温溶液热交换器2.10和低温发生器2.2浓溶液出口通过低温溶液热交换器2.9汇合连接到发生器2.7浓溶液入口。
压缩制冷系统包括压缩机2.11，压缩机2.11连接油分离器Ⅰ2.12，油分离器Ⅰ2.12连接单向阀Ⅱ6.2，单向阀Ⅱ6.2的出口连接冷凝器Ⅱ2.3。
压缩制冷系统内部循环工质为制冷剂，压缩机2.11制冷剂出口设置油分离器2.12和单向阀Ⅱ6.2，单向阀Ⅱ6.2连接冷凝器Ⅱ2.3制冷剂入口，冷凝器Ⅱ2.3制冷剂出液口通过膨胀阀2.4连接到蒸发器Ⅱ2.5制冷剂入口，蒸发器Ⅱ2.5制冷剂出口通过油分离器Ⅱ2.6接回到压缩机2.11。
制热系统：包括低温储水箱3.1和高温储水箱3.2，低温储水箱3.1连接发电系统和制冷系统。
制热系统内部循环工质为水，低温发生器2.2和蒸发器I1.1余热出口汇合连接到低温储水箱3.1，低温储水箱3.1上设置冷水入口和热水出口，热水出口管路连接到生活区供生活热水。高温余热和低温余热连接到高温储水箱3.2，高温储水箱3.2上设置冷水入口和高温水出口，高温水出口管路连接到生活区供生活采暖。
冷却系统：包括冷却塔4.1，冷却塔4.1出口设置水泵4.2，水泵4.2分两路分别连接到制冷系统和发电系统。
冷却系统内部循环工质为冷却水，冷却塔4.1冷却水出口设水泵4.2，分两路，一路连接到吸收器2.7再通过冷凝器Ⅱ2.3回到冷却塔4.1；一路通过冷凝器I1.5再回到冷却塔。
本发明的多热源余热回收系统的工作模式，包括发电、储能、制冷、采暖模式。
发电模式：余热源充足，阀门Ⅰ5.1开启，蒸发器I1.1、透平1.2、发电机1.3、回热器1.4、冷凝器I1.5、工质泵1.6、控制器1.7工作，控制器1.7控制发电机1.3输出电能。
储能模式：余热源充足，阀门Ⅰ5.1开启，蒸发器I1.1、透平1.2、发电机1.3、回热器1.4、冷凝器I1.5、工质泵1.6、控制器1.7、电池1.8工作，控制器1.7控制将产生的电能储存到电池1.8中。
制冷模式：
1、余热源充足，吸收制冷系统运行，阀门II5.2和阀门III5.3开启，高温发生器2.1、低温发生器2.2、冷凝器II2.3、膨胀阀2.4、蒸发器II2.5、油分离器II2.6、吸收器2.7、发生泵2.8、低温溶液热交换器2.9、高温溶液热交换器2.10工作。
2、余热源不足，为调节制冷负荷，采用吸收-压缩混合制冷，吸收制冷系统和压缩制冷系统同时运行，阀门II5.2和阀门III5.3开启，高温发生器2.1、低温发生器2.2、冷凝器II2.3、膨胀阀2.4、蒸发器II2.5、油分离器II2.6、吸收器2.7、发生泵2.8、低温溶液热交换器2.9、高温溶液热交换器2.10、压缩机2.11、油分离器I2.12工作，通过控制器1.7控制，利用发电机1.3或电池1.8的电能驱动为压缩机2.11运行。
3、没有余热，压缩制冷系统运行，冷凝器II2.3、膨胀阀2.4、蒸发器II2.5、油分离器II2.6、压缩机2.11、油分离器I2.12工作，控制器1.7控制电池1.8为压缩机2.11供电。
采暖模式：阀门IV5.4开，输出高温水供暖；阀门V5.5开输出热水供生活用水。

Claims (6)

1.一种多热源余热回收系统，其特征在于：包括发电系统、制冷系统、制热系统和冷却系统；发电系统用于为制冷系统提供电能，制冷系统利用高温余热和低温余热制冷，发电系统和制冷系统利用的余热用于制热系统热源梯级利用热量，冷却系统用于冷却供电系统和制冷系统。
2.根据权利要求1所述的一种多热源余热回收系统，其特征在于：发电系统包括依次连接的蒸发器I(1.1)、透平(1.2)、回热器(1.4)、冷凝器I(1.5)、工质泵(1.6)，透平(1.2)和发电机(1.3)连接，发电机(1.3)连接控制器(1.7)，控制器(1.7)连接电池(1.8)和压缩机(2.11)，冷凝器I(1.5)连接冷却系统，蒸发器I(1.1)连接制热系统低温储水箱(3.1)。
3.根据权利要求1所述的一种多热源余热回收系统，其特征在于：制冷系统包括吸收制冷系统和压缩制冷系统；吸收制冷系统包括依次连接的高温发生器(2.1)、低温发生器(2.2)、单向阀Ⅰ(6.1)、冷凝器Ⅱ(2.3)、膨胀阀(2.4)、蒸发器Ⅱ(2.5)、油分离器Ⅱ(2.6)、吸收器(2.7)、发生泵(2.8)，发生泵(2.8)连接高温发生器(2.1)和低温发生器(2.2)，发生泵(2.8)和低温发生器(2.2)之间设置有低温溶液热交换器(2.9)，发生泵(2.8)和高温发生器(2.1)之间设置有高温溶液热交换器(2.10)。
4.根据权利要求3所述的一种多热源余热回收系统，其特征在于：压缩制冷系统包括压缩机(2.11)，压缩机(2.11)连接油分离器Ⅰ(2.12)，油分离器Ⅰ(2.12)连接单向阀Ⅱ(6.2)，单向阀Ⅱ(6.2)的出口连接冷凝器Ⅱ(2.3)。
5.根据权利要求1所述的一种多热源余热回收系统，其特征在于：制热系统包括低温储水箱(3.1)和高温储水箱(3.2)，低温储水箱(3.1)连接发电系统和制冷系统。
6.根据权利要求1所述的一种多热源余热回收系统，其特征在于：冷却系统包括冷却塔(4.1)，冷却塔(4.1)出口设置水泵(4.2)，水泵(4.2)分两路分别连接到制冷系统和发电系统。
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