CN110185512A - 一种工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统，涉及工业余热技术领域，本发明包括互相连通的余热发电系统和热泵系统，在利用工业余热发电的同时进行供暖工作，从而最大限度的减少热能损失并提高工业余热的利用率，本发明将工业低温余热发电技术与热泵供暖技术结合起来，最大限度的利用工业余热以节约能源。

Description

一种工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统
技术领域
本发明属于工业余热技术领域，具体涉及一种工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统。
背景技术
近年来，随着经济的迅速发展，中国能源消耗剧增但是利用率偏低，50％的工业耗能以余热形式被排放，造成巨大的环境污染和能源浪费。因此工业余热回收利用，不仅能够减少化石燃料的消耗以及温室气体、大气污染物的排放，带来巨大的经济效益和社会效益，而且对实现节能减排和解决我国能源问题具有重要战略意义。工业余热一般分为600℃以上的高温余热，300～600℃的中温余热和300℃以下的低温余热三种，目前国内对于工业中高温余热的利用比较成熟，而对于低温余热的利用才刚刚起步。
目前国内外对于低温工业余热主要采用热泵技术和直接发电技术回收等，低温热能发电技术主要有：有机物朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)发电、水蒸气扩容循环发电、Kalina循环发电、氨吸收式动力制冷复合循环发电等，但是只采用直接发电技术回收低温热能的效率还不够高，仍有大量热能损失。
发明内容
本发明的目的在于：为解决现有技术的直接发电技术回收低温热能的效率还不够高，仍有大量热能损失的技术缺陷，提供一种工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统，包括互相连通的余热发电系统和热泵系统；
所述余热发电系统包括蒸发器、膨胀机、热交换器、工质泵一、自动控制器以及工质泵二，所述热交换器一端与膨胀机的乏汽管道连接，所述热交换器另一端与工质泵一连接，所述蒸发器分别与膨胀机以及工质泵二连接，所述工质泵一和工质泵二通过自动控制器连接，所述膨胀机连接有发电机；
所述热泵系统包括热交换器、压缩机、冷凝器以及节流降温装置，所述热交换器与冷凝器通过管路连接，所述热交换器和冷凝器之间的一条制冷剂流通管路上设有压缩机，所述热交换器和冷凝器之间的另一条制冷剂流通管路上设有节流降温装置。
作为优选，所述膨胀机连接有自动控制器，所述自动控制器与工质泵二连接。
作为优选，所述节流降温装置为膨胀阀。
作为优选，所述膨胀机为透平膨胀机。
作为优选，所述工质泵一和工质泵二中的工质为有机工质R245fa。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，余热发电系统开始运行时，工质泵二将工质泵入蒸发器中，工质在蒸发器中被工业余热加热蒸发变为蒸气，并进入膨胀机做功，膨胀机带动发电机发电；工质蒸气在膨胀机做功以后的乏汽经管道泵入热交换器中，工质经放热冷却后直接由工质泵一泵回蒸发器；热交换器中流通有工质以及制冷剂，热交换器同时存在于余热发电系统以及热泵系统，热交换器为余热发电系统以及热泵系统共有部分，热交换器在余热发电系统中起冷凝作用为工质降温，热交换器在热泵系统起蒸发作用为制冷剂升温，余热发电系统中的工质乏汽在热交换器中放热，热泵系统中的制冷剂在热交换器中经蒸发后进入压缩机压缩；制冷剂被压缩后进入冷凝器放热，冷凝器连接采暖用户或热水器；制冷剂经冷凝后进入节流降温装置节流降温后再次进入热交换器吸热完成热泵循环；本方案在利用工业余热发电的同时进行供暖工作，从而最大限度的减少热能损失并提高工业余热的利用率，本方案将工业低温余热发电技术与热泵供暖技术结合起来，最大限度的利用工业余热以节约能源。
2、本发明中，在冬季，乏汽经过冷却放热后直接经工质泵泵回蒸发器中，在夏季，开启自动控制器回路，乏汽中的液体部分经管道并由自动控制器控制直接泵回蒸发器，不经热交换器冷却，以增加发电效率，乏汽的气体部分经热交换器冷却后再由工质泵一泵回蒸发器，在冬季，关闭自动控制器回路，将工质乏汽全部用来冷凝放热供热交换器使用，充分利用余热发电系统余热；本方案夏季可以利用自动控制系统将乏汽的液体部分直接泵回蒸发器，而只利用乏汽的气体部分冷凝放热来供热泵蒸发器使用；此项措施保证了工业余热发电与热泵供暖耦合的系统能够最大限度的利用余热，而不浪费资源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明工作流程示意图。
图中标记：1-蒸发器，2-膨胀机，3-热交换器，4-压缩机，5-冷凝器，6-节流降温装置，7-工质泵一，8-自动控制器，9-工质泵二，10-发电机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本发明较佳实施例提供的一种工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统，包括互相连通的余热发电系统和热泵系统；
所述余热发电系统包括蒸发器1、膨胀机2、热交换器3、工质泵一7、自动控制器8以及工质泵二9，所述热交换器3一端与膨胀机2的乏汽管道连接，所述热交换器3另一端与工质泵一7连接，所述蒸发器1分别与膨胀机2以及工质泵二9连接，所述工质泵一7和工质泵二9通过自动控制器8连接，所述膨胀机2连接有发电机10；
所述热泵系统包括热交换器3、压缩机4、冷凝器5以及节流降温装置6，所述热交换器3与冷凝器5通过管路连接，所述热交换器3和冷凝器5之间的一条制冷剂流通管路上设有压缩机4，所述热交换器3和冷凝器5之间的另一条制冷剂流通管路上设有节流降温装置6。
本实施例的工作原理：本方案中，余热发电系统开始运行时，工质泵二9将工质泵入蒸发器1中，工质在蒸发器1中被工业余热加热蒸发变为蒸气，并进入膨胀机2做功，膨胀机2带动发电机10发电；工质蒸气在膨胀机2做功以后的乏汽经管道泵入热交换器3中，工质经放热冷却后直接由工质泵一7泵回蒸发器1；热交换器3中流通有工质以及制冷剂，热交换器3同时存在于余热发电系统以及热泵系统，热交换器3为余热发电系统以及热泵系统共有部分，热交换器3在余热发电系统中起冷凝作用为工质降温，热交换器3在热泵系统起蒸发作用为制冷剂升温，余热发电系统中的工质乏汽在热交换器3中放热，热泵系统中的制冷剂在热交换器3中经蒸发后进入压缩机4压缩；制冷剂被压缩后进入冷凝器5放热，冷凝器5连接采暖用户或热水器；制冷剂经冷凝后进入节流降温装置6节流降温后再次进入热交换器3吸热完成热泵循环；本方案在利用工业余热发电的同时进行供暖工作，从而最大限度的减少热能损失并提高工业余热的利用率，本方案将工业低温余热发电技术与热泵供暖技术结合起来，最大限度的利用工业余热以节约能源。
实施例2
本发明较佳实施例在实施例一的基础上做了以下优化，作为优选，所述膨胀机2连接有自动控制器8，所述自动控制器8与工质泵二9连接。
本方案中，在冬季，乏汽经过冷却放热后直接经工质泵泵回蒸发器1中，在夏季，开启自动控制器8回路，乏汽中的液体部分经管道并由自动控制器8控制直接泵回蒸发器1，不经热交换器3冷却，以增加发电效率，乏汽的气体部分经热交换器3冷却后再由工质泵一7泵回蒸发器1，在冬季，关闭自动控制器8回路，将工质乏汽全部用来冷凝放热供热交换器3使用，充分利用余热发电系统余热；本方案夏季可以利用自动控制系统将乏汽的液体部分直接泵回蒸发器1，而只利用乏汽的气体部分冷凝放热来供热泵蒸发器1使用；此项措施保证了工业余热发电与热泵供暖耦合的系统能够最大限度的利用余热，而不浪费资源。
实施例3
本发明较佳实施例在实施例一的基础上做了以下优化，所述节流降温装置6为膨胀阀。
实施例4
本发明较佳实施例在实施例一的基础上做了以下优化，所述膨胀机2为透平膨胀机2。
实施例5
本发明较佳实施例在实施例一的基础上做了以下优化，所述工质泵一7和工质泵二9中的工质为有机工质R245fa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统，其特征在于：包括互相连通的余热发电系统和热泵系统；
所述余热发电系统包括蒸发器(1)、膨胀机(2)、热交换器(3)、工质泵一(7)、自动控制器(8)以及工质泵二(9)，所述热交换器(3)一端与膨胀机(2)的乏汽管道，所述热交换器(3)另一端与工质泵一(7)连接，所述蒸发器(1)分别与膨胀机(2)以及工质泵二(9)连接，所述工质泵一(7)和工质泵二(9)通过自动控制器(8)连接，所述膨胀机(2)连接有发电机(10)；
所述热泵系统包括热交换器(3)、压缩机(4)、冷凝器(5)以及节流降温装置(6)，所述热交换器(3)与冷凝器(5)通过两条制冷剂流通管路连接，所述热交换器(3)和冷凝器(5)之间的一条制冷剂流通管路上设有压缩机(4)，所述热交换器(3)和冷凝器(5)之间的另一条制冷剂流通管路上设有节流降温装置(6)。
2.如权利要求1所述的工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统，其特征在于：所述膨胀机(2)连接有自动控制器(8)，所述自动控制器(8)与工质泵二(9)连接。
3.如权利要求1所述的工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统，其特征在于：所述节流降温装置(6)为膨胀阀。
4.如权利要求1所述的工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统，其特征在于：所述膨胀机(2)为透平膨胀机(2)。
5.如权利要求1所述的工业余热发电与热泵供暖耦合的总能系统，其特征在于：所述工质泵一(7)和工质泵二(9)中的工质为有机工质R245fa。
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