CN109488545B - 多效发生器及吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用海水温差能做功，尤其是一种多效发生器及吸收式动力‑抽气喷射制冷发电循环系统。多效发生器包括壳体、入口、回流口、稀溶液出口、温水管和布液器，入口、回流口和稀溶液出口均设置在壳体上，入口包括降膜蒸发入口、升膜蒸发入口和满液蒸发入口，降膜蒸发入口和升膜蒸发入口、回流口和气体出口设置在壳体的顶部表面，满液蒸发入口和稀溶液出口设置在壳体的底部表面，温水管和布液器设置在壳体内，壳体内从上至下间隔设置数层布液器，每层布液器的上方均设有温水管，最后一层布液器的下方设有至少一层温水管。其利用海洋温差能这种广泛存在的低品位热能，驱动吸收式工质进行冷‑电联供循环，不需要太阳能、废热、余热就可独立实现能量的多级利用。

Description

多效发生器及吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统
技术领域
本发明涉及利用海水温差能做功，尤其是一种多效发生器及吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统。
背景技术
随着世界经济的发展以及能耗的增加，能源与环境问题目前已经成为全世界所共同关注的热点问题，而低品位热能来源广泛，太阳能、海洋能、企业生产过程中产生的低品位废热、甚至是烟气排放的热量等，却难以被利用。其中，海洋温差能具有储量大县热源品质稳定的独特优点，极具发展前景。
有机朗肯海洋温差发电技术的本质是使用储存在表层海水中的太阳能，利用深层冷海水与浅层温海水之间的稳定温差驱动动力循环系统进行发电。有机朗肯循环具有设备简单，维护方便的特点，但其工质成本难以控制，环境压力大，热效率一般。因此，该技术缺乏市场竞争力，一直难以实现商业化。
吸收式海洋温差发电技术是当前国际公认的高效海洋温差用技术。其原理是利用低成本的制冷剂-吸收剂工质在不同温度压力下干度的差异来推动汽轮机做功，获得稳定的能量，由于其工质易于获取，热效率有所改善，故被广泛采用。但是由于其热效率整体依然偏低，特别是损失较大，要求冷源温度过低，适用范围和经济性大受影响。
满液式发生器是一种高效单程非循环型膜式蒸发设备，运行时制冷剂-吸收剂工质走壳程，表层海水走管程。换热过程中始终是液态制冷剂与液态水之间的换热。具有结构紧凑、占地面积小，换热系数稳定的优点，但其具有换热效果差的缺点。
降膜蒸发器是一种高效单程非循环型膜式蒸发设备，降膜蒸发器是将工质形成液膜在管程流动，被管程温海水加热，液体汽化，从而实现多效降膜操作。具有技术成熟、物料加热时间短、不易变质、易于多效操作的优点，同时传热效果一般的缺点。
升膜蒸发料液预热到沸点，由加热室底部加入，在加热管内剧烈汽化，使生成的蒸气带动料液沿管壁呈膜状上升的蒸发器，液膜在上升过程中继续蒸发。其特点是传热效率高,流量控制性好且适应能力范围较广。但其操作要求较高，成本偏高。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种多效发生器及吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统，其利用海洋温差能这种广泛存在的低品位热能，驱动氨-水、R124a-DMAC等吸收式工质进行冷-电联供循环；且仅需海水温差作为驱动，不需要太阳能、废热、余热就可独立实现能量的多级利用。
本发明的技术方案是：一种多效发生器，包括壳体，其中，还包括入口、回流口、稀溶液出口、温水管和布液器，入口、回流口和稀溶液出口均设置在壳体上，入口包括降膜蒸发入口、升膜蒸发入口和满液蒸发入口，降膜蒸发入口和升膜蒸发入口、回流口和气体出口设置在壳体的顶部表面，满液蒸发入口和稀溶液出口设置在壳体的底部表面，制冷剂-吸收剂工质沿入口进入多效发生器内，温水管和布液器设置在壳体内，壳体内从上至下间隔设置数层布液器，每层布液器包括上、下两层托盘、以及连接两层托盘的连接管，每层布液器的上方均设有温水管，最后一层布液器的下方设有至少一层温水管；
所述温水管的外壁固定有丝网，升膜蒸发入口与输液管连通，输液管与布液器固定连接，输液管与每层布液器连接处设有小孔，小孔与两托盘之间连通；
所述温水管为从上到下连续设置，温水管的进水端与壳体上的温海水入口连通，温水管的出水端与壳体上的温海水出口连通。
本发明还包括一种吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统，其中，包括多效发生器、精馏装置、膨胀机、冷凝器、蒸发器、引射器、吸收器、工质泵和回热器，多效发生器的气体出口与精馏装置的入口连通，精馏装置内引入冷海水，精馏装置顶部的气体出口与膨胀机连接，精馏装置底部的液体出口与多效发生器的回流口连通；
所述膨胀机的第一出口通过电磁阀Ⅲ与引射器的第一进口连接，膨胀机的第二出口与冷凝器的入口连接，冷凝器的出口与蒸发器的入口连通，冷凝器的冷却源为浅层冷海水，蒸发器的出口与引射器的第二进口连通，引射器的出口与吸收器的第一进口连通，吸收器的出口与工质泵的进口连通，工质泵的出口与回热器的第一进口连通，回热器的第一出口与多效发生器的入口连通，多效发生器的稀溶液出口通过电磁阀Ⅴ与回热器的第二进口连通，回热器的第二出口通过节流阀Ⅱ与吸收器的第二进口连通，吸收器冷源为深层低温海水。
所述回热器的第一出口通过电磁阀Ⅰ与降膜蒸发入口连接，回热器的第一出口通过电磁阀Ⅱ与升膜蒸发入口连接，回热器的第一出口通过电磁阀Ⅳ与满液蒸发入口连接。
所述回热器为管壳式散热器，壳程为稀制冷剂工质，管程为浓制冷剂溶液。
所述冷凝器的出口通过膨胀阀与蒸发器的入口连通，
还包括控制装置，控制装置分别与电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、精馏装置、膨胀机、电磁阀Ⅲ、冷凝器、蒸发器、工质泵、节流阀Ⅱ、回热器、电磁阀V、电磁阀Ⅳ电连接。
本发明的有益效果：
(1)利用海洋温差能来进行发电和制冷，有效利用了低品位热能，实现了能源的多元利用；
(2)采用了抽气引射来提高系统动力效率，提高了能量利用效率，同时降低了对冷源温度的要求，使管道深度大大减小；
(3)采用了冷电联供，利用膨胀阀和蒸发器进行制冷，提高了效率；
(4)可使用升膜蒸发，其换热效果得到提升。
(5)采用多种蒸发方式，可组合出更大的蒸发效果，适应更多工作情况。
附图说明
图1是吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统的结构原理图；
图2是多效发生器的主视图；
图3是图2的A-A向剖视图；
图中：1电磁阀Ⅰ；2电磁阀Ⅱ；3精馏装置；4膨胀机；5电磁阀Ⅲ；6冷凝器；7膨胀阀；8蒸发器；9引射器；10吸收器；11工质泵；12节流阀Ⅱ；13回热器；14电磁阀V；15电磁阀Ⅳ；16多效发生器；17发生器气体出口；18发生器回流口；19降膜蒸发入口；20升膜蒸发入口；21温海水入口；22温海水出口；23稀溶液出口；24满液蒸发入口；25布液器；26温水管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图2和图3所示，本发明所述的多效发生器16包括壳体、入口、回流口18、稀溶液出口23、温水管26和布液器25，其中入口、回流口18和稀溶液出口23均设置在壳体上，温水管26和布液器25设置在壳体内。入口包括降膜蒸发入口19、升膜蒸发入口20和满液蒸发入口24，其中降膜蒸发入口19和升膜蒸发入口20设置在壳体的顶部表面，满液蒸发入口24设置在壳体的底部表面，回流口18和气体出口17也设置在壳体的顶部表面、稀溶液出口23设置在壳体的底部表面。制冷剂-吸收剂工质沿入口进入多效发生器16内，制冷剂-吸收剂工质可以采用氨-水、R124a-DMAC工质或者类似的吸收式工质，本实施例以氨水为例进行详细说明。布液器25和温水管26设置在壳体内，壳体内设有多层布液器25，本实施例中设置五层布液器，每层布液器包括上、下两层托盘、以及连接两层托盘的连接管，每层布液器的上方均设有温水管26，最后一层布液器的下方设有至少一层温水管26。
从降膜蒸发入口19进入的制冷剂液体喷淋在温水管26上，形成降膜，产生降膜发生效果，产生制冷剂蒸汽。
温水管26的外壁焊接有丝网，通过丝网对制冷剂产生升膜蒸发效果。升膜蒸发入口20与输液管连通，输液管与第一层至第四层布液器固定连接，输液管与每层布液器连接处设有小孔，制冷剂液体进入输液管内后，沿着小孔进入两托盘之间，并沿着两层托盘之间的连接管进入上层托盘，使温水管26形成半浸液状态，在温水管表面丝网的作用下，产生升膜发生效果，产生制冷剂蒸汽。
从满液蒸发入口24进入的制冷剂液体，将最后一层布液器下方的温水管26完全浸透在制冷剂液体内，产生满液发生效果，产生制冷剂蒸汽。
温水管26在多效发生器16内为从上到下为连续设置，温水管26的进水端与壳体上的温海水入口21连通，温水管26的出水端与壳体上的温海水出口22连通，温海水来自于表层海水，多效发生器16内温水管26的热量来自逾温海水入口进入的海水，温海水在温水管26内流动，其热量被氨水溶液吸收后，从温海水出口22流出。
不同的蒸发方式，其产生的制冷剂蒸汽量不同，从而使后面的膨胀机发电效果不同，制冷剂蒸汽量越大，其发电效果越好。
如图1所示，本发明所述的吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统采用海水温差能驱动，该系统包括多效发生器16、精馏装置3、膨胀机4、冷凝器6、蒸发器8、引射器9、吸收器10、工质泵11和回热器13。多效发生器16的气体出口17与精馏装置3的入口连通，精馏装置3内引入冷海水，使氨蒸汽降温，有利于氨气和氨水溶液的分离，从而使氨气的干度提高，能够更有效地推动后部的膨胀机4做功。精馏装置3的顶部设有气体出口，气体出口与膨胀机4连接，精馏装置3的底部设有液体出口，液体出口与多效发生器16的回流口18连通，即氨水溶液再次回流至多效发生器16内。
高温高压的氨气进入膨胀机4后，膨胀机主要的作用是利用气体在膨胀机内进行绝热膨胀对外做功消耗气体本身的内能，使气体的压力和温度大幅度降低达到制冷与降温的目的，膨胀机与发电机连接，传出的外功由发电机所吸收，从而实现了系统的发电。
膨胀机4的第一出口通过电磁阀Ⅲ5与引射器9的第一进口连接，膨胀机4的第二出口与冷凝器6的入口连接。当电磁阀Ⅲ5打开时，膨胀机4内的部分高温高压氨气直接进入引射器9中，一方面，高温高压氨气进入引射器9内后，使引射器9内的温度和压力发生变化，从而将蒸发器8内的制冷剂抽出；另一方面，通过电磁阀Ⅲ5可以控制膨胀机4的抽气量，使海水温度变化、蒸汽流量的变化可控，从而使膨胀机的发电效果更好。
高温高压氨气在膨胀机4内做功后成为低温低压氨蒸汽，低温低压氨蒸汽经冷凝器6后温度进一步降低。冷凝器的冷却源为浅层冷海水。冷凝器6的出口通过膨胀阀7与蒸发器8的入口连通。膨胀阀7对冷凝器6出口的流体进行降温，从而使后面的蒸发器对环境冷却的效果更好。低温低压氨蒸汽通过蒸发器8与外界的空气进行热交换，气化吸热，产生制冷的效果。
蒸发器8的出口与引射器9的第二进口连通，引射器9将蒸发器8内的氨蒸汽吸入引射器9内。引射器9利用来自膨胀机的高温高压氨气将蒸发器8内的低温低压氨蒸汽抽至引射器9内引射。通过设置引射器9，可以使整个系统在制冷过程中不需要压缩机，使系统热效率大大提升。
引射器9的出口与吸收器10的第一进口连通，吸收器10的出口与工质泵11的进口连通，工质泵11的出口与回热器13的第一进口连通，回热器13的第一出口通过管路与多效发生器16的任一入口连通，入口呈并联设置，需要根据实际需要的发电量进行选择：回热器13的第一出口通过电磁阀Ⅰ1与降膜蒸发入口19连接，回热器13的第一出口通过电磁阀Ⅱ2与升膜蒸发入口20连接，回热器13的第一出口通过电磁阀Ⅳ15与满液蒸发入口24连接。各入口可以单独打开，也可以同时打开，实现了不同蒸发方式的组合使用。
多效发生器16的稀溶液出口23通过电磁阀Ⅴ14与回热器13的第二进口连通，回热器13的第二出口通过节流阀Ⅱ24与吸收器10的第二进口连通。回热器13为管壳式散热器，壳程为稀制冷剂工质，管程为浓制冷剂溶液，从工质泵10流出的溶液为高压低温高浓度氨水溶液，从多效发生器16的稀溶液出口流出的是高温高压低浓度氨水溶液，在回热器13内，高压低温高浓度氨水溶液与高温高压低浓度氨水溶液高效换热，使高压低温高浓度氨水溶液成为高压高温高浓度氨水溶液，并返回多效发生器16内，实现了系统内氨-水工质的循环使用，达到了提高能量利用率的目的。
引射器9将低温低压氨水溶液引射至吸收器10内后，与从多效发生器16流出的高温低浓度氨水溶液混合。吸收器10与冷源连接，通过冷源对吸收器10内的氨水溶液降温，同时制冷剂气体从底部注入吸收器10，上升过程中氨水溶液吸收氨气，通过鼓泡吸收产生低温低压高浓度氨水剂溶液，吸收器的冷源是深层低温海水。
该系统中，由电磁阀Ⅲ5控制膨胀机4的抽气，氨蒸汽从此流向引射器9中。膨胀机9出口产生的氨蒸汽依次经过冷凝器6、膨胀阀7、蒸发器8，流出蒸发器8时为低温低压高浓度氨蒸汽，经过引射器9的氨蒸汽引射进入吸收器10中，引射器10引射出的氨湿蒸汽进入吸收器10，与多效发生器16内的稀氨-水工质混合，鼓泡吸收，形成低温低压高浓度氨水溶液，该溶液依次经过工质泵11和回热器13后，成为高温高压高浓度氨水溶液，再次返回多效发生器16，循环使用。整个工作过程中，通过膨胀机5产生发电效果，通过蒸发器8产生制冷效果，实现了冷-电联供。

Claims (6)

1.一种多效发生器，包括壳体，其特征在于：还包括入口、回流口(18)、稀溶液出口(23)、温水管(26)和布液器(25)，入口、回流口(18)和稀溶液出口(23)均设置在壳体上，入口包括降膜蒸发入口(19)、升膜蒸发入口(20)和满液蒸发入口(24)，降膜蒸发入口(19)和升膜蒸发入口(20)、回流口(18)和气体出口(17)设置在壳体的顶部表面，满液蒸发入口(24)和稀溶液出口(23)设置在壳体的底部表面，制冷剂-吸收剂工质沿入口进入多效发生器(16)内，温水管(26)和布液器(25)设置在壳体内，壳体内从上至下间隔设置数层布液器(25)，每层布液器包括上、下两层托盘、以及连接两层托盘的连接管，每层布液器的上方均设有温水管(26)，最后一层布液器的下方设有至少一层温水管(26)；
所述温水管(26)的外壁固定有丝网，升膜蒸发入口(20)与输液管连通，输液管与布液器固定连接，输液管与每层布液器连接处设有小孔，小孔与两托盘之间连通；
所述温水管(26)为从上到下连续设置，温水管(26)的进水端与壳体上的温海水入口(21)连通，温水管(26)的出水端与壳体上的温海水出口(22)连通。
2.一种包括权利要求1所述多效发生器的吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统，其特征在于：还包括精馏装置(3)、膨胀机(4)、冷凝器(6)、蒸发器(8)、引射器(9)、吸收器(10)、工质泵(11)和回热器(13)，多效发生器(16)的气体出口(17)与精馏装置(3)的入口连通，精馏装置(3)内引入冷海水，精馏装置(3)顶部的气体出口与膨胀机(4)连接，精馏装置(3)底部的液体出口与多效发生器(16)的回流口(18)连通；
所述膨胀机(4)的第一出口通过电磁阀Ⅲ(5)与引射器(9)的第一进口连接，膨胀机(4)的第二出口与冷凝器(6)的入口连接，冷凝器(6)的出口与蒸发器(8)的入口连通，冷凝器的冷却源为浅层冷海水，蒸发器(8)的出口与引射器(9)的第二进口连通，引射器(9)的出口与吸收器(10)的第一进口连通，吸收器(10)的出口与工质泵(11)的进口连通，工质泵(11)的出口与回热器(13)的第一进口连通，回热器(13)的第一出口与多效发生器(16)的入口连通，多效发生器(16)的稀溶液出口(23)通过电磁阀Ⅴ(14)与回热器(13)的第二进口连通，回热器(13)的第二出口通过节流阀Ⅱ(24)与吸收器(10)的第二进口连通，吸收器冷源为深层低温海水。
3.根据权利要求2所述的吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统，其特征在于：所述回热器(13)的第一出口通过电磁阀Ⅰ(1)与降膜蒸发入口(19)连接，回热器(13)的第一出口通过电磁阀Ⅱ(2)与升膜蒸发入口(20)连接，回热器(13)的第一出口通过电磁阀Ⅳ(15)与满液蒸发入口(24)连接。
4.根据权利要求2所述的吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统，其特征在于：所述回热器(13)为管壳式散热器，壳程为稀制冷剂工质，管程为浓制冷剂溶液。
5.根据权利要求2所述的吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统，其特征在于：所述冷凝器(6)的出口通过膨胀阀(7)与蒸发器(8)的入口连通。
6.根据权利要求2所述的吸收式动力-抽气喷射制冷发电循环系统，其特征在于：还包括控制装置，控制装置分别与电磁阀Ⅰ(1)、电磁阀Ⅱ(2)、精馏装置(3)、膨胀机(4)、电磁阀Ⅲ(5)、冷凝器(6)、蒸发器(8)、工质泵(10)、节流阀Ⅱ(12)、回热器(13)、电磁阀V(14)、电磁阀Ⅳ(15)电连接。
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