CN109612148B - 湿空气热力循环冷电联产系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种湿空气热力循环冷电联产系统及其工作方法，属于工业节能技术领域。该系统包括湿空气透平循环、吸收式除湿及蒸发冷却制冷三个子系统。其特征在于：该系统为开式湿空气热力循环结构形式，由太阳能驱动，不需要煤、天然气等化石能源的消耗即可同时满足用户对冷负荷和电负荷的要求，特别是基于湿空气热力循环内部的吸收式除湿结构，可以大幅提升蒸发冷却制冷对环境湿度的适应性，同时也实现了能量的梯级利用。这样做不仅提高了能源的利用效率，而且减少了碳化物和有害气体的排放，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

湿空气热力循环冷电联产系统及其工作方法
技术领域
本发明设计了一种湿空气热力循环冷电联产系统及其工作方法，属于工业节能技术领域。
背景技术
分布式能源系统（Distributed Energy System）在许多国家、地区已经是一种成熟的能源综合利用技术，它以靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点，受到各国政府、企业界的广泛关注、青睐。分布式能源系统有多种形式，区域性或建筑群或独立的大中型建筑的冷电联供是其中一种十分重要的方式。受我国能源结构的影响，目前我国的冷电联产系统还大多以煤为主要燃料，即使有以天然气为燃料作为替代品的趋势,但总的热效率依旧不高,而且由化石燃料燃烧而产生的碳化物和有害气体对人类生活环境都有极大伤害。
如何提高冷电联产系统的能源利用效率，减少了碳化物和有害气体的排放，使其具有良好的经济效益和社会效益,是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有冷电联产系统热效率低、能耗大、适应度差以及污染严重的缺点，提出一种热效率高、污染物排放少且环境适应度高的太阳能驱动湿空气热力循环冷电联产系统。
一种湿空气热力循环冷电联产系统，包括湿空气透平循环子系统、吸收式除湿子系统以及蒸发冷却制冷子系统,其特征在于：
其中湿空气透平循环子系统包括压气机、饱和器、太阳能集热器、燃气轮机、发电机和排气风机；压气机出口与饱和器湿空气进口相连,饱和器湿空气出口先后通过太阳能集热器、燃气轮机与排气风机进口相连；压气机和燃气轮机通过连接轴a相连，燃气轮机和发电机通过连接轴b相连；
其中吸收式除湿子系统包括发生器、回热器、节流阀、吸收器、溶液泵和除湿风机；湿空气透平循环子系统中的排气风机出口与发生器湿空气进口相连；发生器湿空气出口通过除湿风机与吸收器下部湿空气进口相连；溶液在吸收式除湿子系统中形成内循环，发生器下部浓溶液出口与回热器浓溶液进口相连，回热器浓溶液出口通过节流阀与吸收器上部浓溶液进口相连，吸收器下部稀溶液出口通过溶液泵与回热器稀溶液进口相连，回热器稀溶液出口与发生器上部稀溶液进口相连；
其中蒸发冷却制冷子系统包括预冷器、间接蒸发器、直接蒸发器、调节阀、制冷空间、水泵和冷水泵；吸收式除湿子系统中的吸收器上部湿空气出口与预冷器湿空气进口相连，预冷器湿空气出口与间接蒸发器湿空气进口相连，间接蒸发器湿空气出口分两路，一路与直接蒸发器湿空气进口相连，另一路通过调节阀与直接蒸发器湿空气出口组成并联支路，之后通过制冷空间与间接蒸发器下部回风进口相连，间接蒸发器上部回风出口与环境大气相通；水泵出口与直接蒸发器上部冷却水进口相连，直接蒸发器下部冷却水出口通过冷水泵与预冷器冷却水进口相连，预冷器冷却水出口与吸收式除湿子系统的吸收器底部冷却水进口相连，吸收器底部冷却水出口与湿空气透平循环子系统的饱和器上部冷却水进口相连，饱和器下部冷却水出口排出系统。
所述的湿空气热力循环冷电联产系统的工作方法，其特征在于：在湿空气透平循环子系统中，湿空气首先通过压气机压缩，升温升压后进入饱和器加湿，加湿后的湿空气直接进入太阳能集热器加热升温，高温高压的湿空气进入燃气轮机膨胀做功，同时带动发电机发电以及压气机工作，透平后的湿空气进入排气风机。
在吸收式除湿子系统中，来自湿空气透平循环子系统中排气风机的热空气进入发生器加热稀溶液，降温后的湿空气通过除湿风机进入吸收器进行除湿；溶液在吸收式除湿子系统中形成内循环，稀溶液从发生器上部进入，蒸发浓缩后变成浓溶液从发生器下部排出，在回热器里与稀溶液换热后通过节流阀进入吸收器给湿空气除湿，吸湿后的浓溶液变成稀溶液通过溶液泵又回到发生器，如此形成循环。
在蒸发冷却制冷子系统中，来自吸收式除湿子系统中吸收器顶部的湿空气首先在预冷器中经直接蒸发器的排水预冷，然后进入间接蒸发器回收制冷空间的排气冷量，经冷却后的空气一部分进入直接蒸发器，经冷却加湿后的湿空气与间接蒸发器的另一部分由调节阀控制的支路空气混合，调节温度和湿度后进入制冷空间，最后从制冷空间排出的回风进入间接蒸发器释放冷量后排出环境。冷却水首先通过水泵进入直接蒸发器冷却湿空气，而后通过冷水泵进入预冷器与湿空气进行换热，之后进入吸收器底部的冷水盘管冷却浓溶液，换热后的冷却水由吸收器底部排出后进入湿空气透平循环子系统中的饱和器加湿湿空气，最后排出系统。
本发明的有益效果是：本发明提出的冷电联产系统为开式湿空气热力循环结构形式，可同时满足用户对冷负荷和电负荷的要求，特别是基于湿空气热力循环内部的吸收式除湿结构，可以大幅提升蒸发冷却制冷对环境湿度的适应性，同时也实现了能量的梯级利用。这样做不仅提高了能源的利用效率，而且减少了碳化物和有害气体的排放，具有良好的经济效益和社会效益。
所述的湿空气热力循环冷电联产系统，其特征在于：为了实现能量的高效梯级利用，饱和器和吸收器采用直接接触式的填料塔，发生器和预冷器采用间壁式换热器或板式换热器，回热器和间接蒸发器采用间壁式换热器。
所述的湿空气热力循环冷电联产系统，其特征在于：吸收器底部溶液液面下布置有冷水管道，这样可以利用冷却水的冷量进一步冷却浓溶液。
附图说明
图1湿空气热力循环冷电联产系统；
图中标号名称：1-湿空气透平循环子系统；2-吸收式除湿子系统；3-蒸发冷却制冷子系统；11-压气机；12-饱和器；13-太阳能集热器；14-燃气轮机；15-发电机；16-排气风机；17-连接轴a；18-连接轴b；21-发生器；22-回热器；23-节流阀；24-吸收器；25-溶液泵；26-除湿风机；27-冷水盘管；31-预冷器；32-间接蒸发器；33-直接蒸发器；34-调节阀；35-制冷空间；36-水泵；37-冷水泵。
具体实施方法
图1是本发明提出的湿空气热力循环冷电联产系统，下面参照图1说明系统的工作过程：
在湿空气透平循环子系统1中，湿空气首先通过压气机11压缩，升温升压后进入饱和器12加湿，加湿后的湿空气直接进入太阳能集热器13加热升温，高温高压的湿空气进入燃气轮机14膨胀做功，同时带动发电机15发电以及压气机11工作，透平后的湿空气进入排气风机16。
在吸收式除湿子系统2中，来自湿空气透平循环子系统1中排气风机16的热空气进入发生器21加热稀溶液，降温后的湿空气通过除湿风机26进入吸收器24进行除湿；溶液在吸收式除湿子系统2中形成内循环，稀溶液从发生器21上部进入，蒸发浓缩后变成浓溶液从发生器21下部排出，在回热器22里与稀溶液换热后通过节流阀23进入吸收器24给湿空气除湿，吸湿后的浓溶液变成稀溶液通过溶液泵25又回到发生器21，如此形成循环。
在蒸发冷却制冷子系统3中，来自吸收式除湿子系统2中吸收器24顶部的湿空气首先在预冷器31中经直接蒸发器33的排水预冷，然后进入间接蒸发器32回收制冷空间35的排气冷量，经冷却后的空气一部分进入直接蒸发器33，经冷却加湿后的湿空气与间接蒸发器32的另一部分由调节阀34控制的支路空气混合，调节温度和湿度后进入制冷空间35，最后从制冷空间35排出的回风进入间接蒸发器32释放冷量后排出环境。冷却水首先通过水泵36进入直接蒸发器33冷却湿空气，而后通过冷水泵37进入预冷器31与湿空气进行换热，之后进入吸收器24底部的冷水盘管27冷却浓溶液，换热后的冷却水由吸收器24底部排出后进入湿空气透平循环子系统1中的饱和器12加湿湿空气，最后排出系统。

Claims (4)

1.一种湿空气热力循环冷电联产系统，包括湿空气透平循环子系统（1）、吸收式除湿子系统（2）以及蒸发冷却制冷子系统（3）,其特征在于：
其中湿空气透平循环子系统（1）包括压气机（11）、饱和器（12）、太阳能集热器（13）、燃气轮机（14）、发电机（15）和排气风机（16）；压气机(11)出口与饱和器(12)湿空气进口相连,饱和器(12)湿空气出口先后通过太阳能集热器（13）、燃气轮机（14）与排气风机（16）进口相连；压气机（11）和燃气轮机（14）通过连接轴a（17）相连，燃气轮机（14）和发电机（15）通过连接轴b（18）相连；
其中吸收式除湿子系统（2）包括发生器（21）、回热器（22）、节流阀（23）、吸收器（24）、溶液泵（25）和除湿风机（26）；湿空气透平循环子系统（1）中的排气风机（16）出口与发生器（21）湿空气进口相连；发生器（21）湿空气出口通过除湿风机（26）与吸收器（24）下部湿空气进口相连；溶液在吸收式除湿子系统（2）中形成内循环，发生器（21）下部浓溶液出口与回热器（22）浓溶液进口相连，回热器（22）浓溶液出口通过节流阀（23）与吸收器（24）上部浓溶液进口相连，吸收器（24）下部稀溶液出口通过溶液泵（25）与回热器（22）稀溶液进口相连，回热器（22）稀溶液出口与发生器（21）上部稀溶液进口相连；
其中蒸发冷却制冷子系统（3）包括预冷器（31）、间接蒸发器（32）、直接蒸发器（33）、调节阀（34）、制冷空间（35）、水泵（36）和冷水泵（37）；吸收式除湿子系统（2）中的吸收器（24）上部湿空气出口与预冷器（31）湿空气进口相连，预冷器（31）湿空气出口与间接蒸发器（32）湿空气进口相连，间接蒸发器（32）湿空气出口分两路，一路与直接蒸发器（33）湿空气进口相连，另一路通过调节阀（34）与直接蒸发器（33）湿空气出口组成并联支路，之后通过制冷空间（35）与间接蒸发器（32）下部回风进口相连，间接蒸发器（32）上部回风出口与环境大气相通；水泵（36）出口与直接蒸发器（33）上部冷却水进口相连，直接蒸发器（33）下部冷却水出口通过冷水泵（37）与预冷器（31）冷却水进口相连，预冷器（31）冷却水出口与吸收式除湿子系统（2）的吸收器（24）底部冷却水进口相连，吸收器（24）底部冷却水出口与湿空气透平循环子系统（1）的饱和器（12）上部冷却水进口相连，饱和器（12）下部冷却水出口排出系统。
2.根据权利要求1所述的湿空气热力循环冷电联产系统，其特征在于：饱和器（12）和吸收器（24）采用直接接触式的填料塔，发生器（21）和预冷器（31）采用间壁式换热器或板式换热器，回热器（22）和间接蒸发器（32）采用间壁式换热器。
3.根据权利要求1所述的湿空气热力循环冷电联产系统，其特征在于：吸收器（24）底部溶液液面下布置有冷水盘管（27）。
4.根据权利要求1所述的一种湿空气热力循环冷电联产系统的工作方法，其特征在于，包括以下工作过程：
在湿空气透平循环子系统（1）中，湿空气首先通过压气机（11）压缩，升温升压后进入饱和器（12）加湿，加湿后的湿空气直接进入太阳能集热器（13）加热升温，高温高压的湿空气进入燃气轮机（14）膨胀做功，同时带动发电机（15）发电以及压气机（11）工作，透平后的湿空气进入排气风机（16）；
在吸收式除湿子系统（2）中，来自湿空气透平循环子系统（1）中排气风机（16）的热空气进入发生器（21）加热稀溶液，降温后的湿空气通过除湿风机（26）进入吸收器（24）进行除湿；溶液在吸收式除湿子系统（2）中形成内循环，稀溶液从发生器（21）上部进入，蒸发浓缩后变成浓溶液从发生器（21）下部排出，在回热器（22）里与稀溶液换热后通过节流阀（23）进入吸收器（24）给湿空气除湿，吸湿后的浓溶液变成稀溶液通过溶液泵（25）又回到发生器（21），如此形成循环；
在蒸发冷却制冷子系统（3）中，来自吸收式除湿子系统（2）中吸收器（24）顶部的湿空气首先在预冷器（31）中经直接蒸发器（33）的排水预冷，然后进入间接蒸发器（32）回收制冷空间（35）的排气冷量，经冷却后的空气一部分进入直接蒸发器（33），经冷却加湿后的湿空气与间接蒸发器（32）的另一部分由调节阀（34）控制的支路空气混合，调节温度和湿度后进入制冷空间（35），最后从制冷空间（35）排出的回风进入间接蒸发器（32）释放冷量后排出环境；冷却水首先通过水泵（36）进入直接蒸发器（33）冷却湿空气，而后通过冷水泵（37）进入预冷器（31）与湿空气进行换热，之后进入吸收器（24）底部的冷水盘管（27）冷却浓溶液，换热后的冷却水由吸收器（24）底部排出后进入湿空气透平循环子系统（1）中的饱和器（12）加湿湿空气，最后排出系统。
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