CN110332729B - 一种基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统及运行方法。本发明包括汽轮机、一号三通控制阀、有机工质蒸发器、ORC透平、冷凝器、工质循环泵、预热换热器、回水管道、供热用户管道、二号三通控制阀、吸收式热泵和蒸汽管道；蒸汽管道与汽轮机连接，汽轮机、一号三通控制阀、吸收式热泵和回水管道依次通过驱动蒸汽管道连接，一号三通控制阀、有机工质蒸发器和预热换热器依次通过回水管道连接，汽轮机、二号三通控制阀、吸收式热泵和回水管道依次通过余热水管道连接，二号三通控制阀与供热用户管道连接，ORC透平、冷凝器、工质循环泵、预热换热器、吸收式热泵和有机工质蒸发器依次通过有机朗肯循环管道连接。

Description

一种基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统及运行方法
技术领域
本发明涉及一种基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统及运行方法，尤其是涉及提高背压机组热负荷适应性和经济性的系统。
背景技术
背压机组的以热定电的特点使得机组夏季缺少热用户时需要降低机组发电负荷，整体年平均发电小时偏小甚至面临机组夏季关停的问题，电厂低效益或者亏损运行，同时提高了电厂设备故障率和增加了运行维护成本。
有鉴于此，在申请号为201510038057.5的专利文献中公开了内燃机的余热综合利用系统。随着能源梯级利用研究和实践的不断深入，同时也发展了电厂余热利用技术，本专利在吸收式热泵和有机朗肯循环系统应用于背压供热电厂提高机组对热负荷的适应性和经济性进行了实践和探索。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统及运行方法，解决了现有背压机组以热定电，发电负荷和能源利用率低的问题，增加了机组电力输出和对热负荷变化的适应能力。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统，其结构特点在于：包括汽轮机、驱动蒸汽管道、一号三通控制阀、有机工质蒸发器、ORC透平、冷凝器、有机朗肯循环管道、工质循环泵、预热换热器、回水管道、余热水管道、供热用户管道、二号三通控制阀、吸收式热泵和蒸汽管道；所述蒸汽管道与汽轮机连接，所述汽轮机、一号三通控制阀、吸收式热泵和回水管道依次通过驱动蒸汽管道连接，所述一号三通控制阀、有机工质蒸发器和预热换热器依次通过回水管道连接，所述汽轮机、二号三通控制阀、吸收式热泵和回水管道依次通过余热水管道连接，所述二号三通控制阀与供热用户管道连接，所述ORC透平、冷凝器、工质循环泵、预热换热器、吸收式热泵和有机工质蒸发器依次通过有机朗肯循环管道连接。
进一步地，所述汽轮机与一号发电机连接，所述ORC透平与二号发电机连接。
进一步地，所述吸收式热泵包括有机工质出口、吸收式热泵冷凝器、吸收式热泵再生器、驱动蒸汽进口、驱动蒸汽出口、溴化锂稀溶液管道、吸收式热泵吸收器、有机工质入口、余热水入口、余热水出口和吸收式热泵蒸发器；所述吸收式热泵冷凝器和吸收式热泵再生器分别与吸收式热泵蒸发器和吸收式热泵吸收器连接， 所述驱动蒸汽进口和驱动蒸汽出口均设置在吸收式热泵再生器上，所述有机工质入口和有机工质出口分别设置在吸收式热泵吸收器和吸收式热泵冷凝器上，所述余热水入口和余热水出口均设置在吸收式热泵蒸发器上。
进一步地，所述吸收式热泵蒸发器与吸收式热泵吸收器连通。
进一步地，所述驱动蒸汽进口和驱动蒸汽出口均与驱动蒸汽管道连接，所述有机工质入口和有机工质出口均与有机朗肯循环管道连接，所述余热水入口和余热水出口均与余热水管道连接。
进一步地，所述吸收式热泵吸收器与吸收式热泵再生器通过溴化锂稀溶液管道连接。
进一步地，所述一号三通控制阀和二号三通控制阀均为智能控制阀，机组可根据整定值曲线调节阀门开度预测和跟踪热负荷的实时变化。
进一步地，本发明的另一个技术目的在于提供一种基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统的运行方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。
一种基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统的运行方法，其特点在于：所述运行方法如下：
汽轮机通过驱动蒸汽管道将热量输送到吸收式热泵和有机工质蒸发器中，汽轮机抽汽的驱动蒸汽从驱动蒸汽进口进入吸收式热泵再生器后与有机工质蒸发器热源出口汇流、再进入预热换热器，其疏水与余热水出口汇流后通过回水管道输往锅炉设备进行加热；
余热水通过余热水入口进入吸收式热泵，其热量在吸收式热泵蒸发器中被低压真空环境下水蒸发带走，通过余热水出口汇流入回水管道后输往锅炉设备进行加热；
有机工质经过工质循环泵加压后在预热换热器进行初级预热，从有机工质入口进入吸收式热泵吸收器和吸收式热泵冷凝器进行二级和三级加热，在有机工质蒸发器中蒸发形成有机工质蒸汽，进入ORC透平膨胀做功，通过二号发电机发电，余热水管道进入吸收式热泵蒸发器，由低压下水的蒸发带走余热水热量，使余热水温度降低，有机工质乏汽在冷凝器中冷凝成液态工质继续输往工质循环泵完成一个循环。
进一步地，有机工质选择丁烷、戊烷、R123或R227ea。
相比现有技术，本发明具有以下优点：
系统设计合理，使用方便，能够有效提升机组对热负荷变化的适应性，保证机组安全稳定经济运行，提高机组发电负荷。通过二号三通控制阀的调节控制实现汽轮机乏汽余热的用于城市供热或进行余热回收在利用有机朗肯循环系统产生更多电能，实现电厂热量的梯级利用，降低能源浪费，提升电厂综合能源利用率。
通过三通控制阀控制不同工况下汽轮机排汽的流量分配，提高机组对热负荷变化的响应能力，冬季热负荷稳定且需求大时可以调节三通控制阀控制汽轮机乏汽用于城市供热；夏季热负荷不足时可以通过吸收式热泵回收乏汽余热并用于有机朗肯循环发电并为汽轮机乏汽提供冷却。提高了电厂的发电负荷，是解决背压机组以热定电、提升机组热负荷适应性和经济性的一种方法。
附图说明
图1是本发明实施例的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的吸收式热泵的内部流向结构示意图。
图中：汽轮机1、驱动蒸汽管道2、一号发电机3、一号三通控制阀4、有机工质蒸发器5、ORC透平6、二号发电机7、冷凝器8、有机朗肯循环管道9、工质循环泵10、预热换热器11、回水管道12、余热水管道13、供热用户管道14、二号三通控制阀15、吸收式热泵16、蒸汽管道17、有机工质出口18、吸收式热泵冷凝器19、吸收式热泵再生器20、驱动蒸汽进口21、驱动蒸汽出口22、溴化锂稀溶液管道23、吸收式热泵吸收器24、有机工质入口25、余热水入口26、余热水出口27、吸收式热泵蒸发器28。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1至图2所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若用引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本实施例中的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统，包括汽轮机1、驱动蒸汽管道2、一号三通控制阀4、有机工质蒸发器5、ORC透平6、冷凝器8、有机朗肯循环管道9、工质循环泵10、预热换热器11、回水管道12、余热水管道13、供热用户管道14、二号三通控制阀15、吸收式热泵16和蒸汽管道17；汽轮机1与一号发电机3连接，ORC透平6与二号发电机7连接。所述一号三通控制阀4和二号三通控制阀15均为智能控制阀，机组可根据整定值曲线调节阀门开度预测和跟踪热负荷的实时变化。
本实施例中的蒸汽管道17与汽轮机1连接，汽轮机1、一号三通控制阀4、吸收式热泵16和回水管道12依次通过驱动蒸汽管道2连接，一号三通控制阀4、有机工质蒸发器5和预热换热器11依次通过回水管道12连接，汽轮机1、二号三通控制阀15、吸收式热泵16和回水管道12依次通过余热水管道13连接，二号三通控制阀15与供热用户管道14连接，ORC透平6、冷凝器8、工质循环泵10、预热换热器11、吸收式热泵16和有机工质蒸发器5依次通过有机朗肯循环管道9连接。
本实施例中的吸收式热泵16包括有机工质出口18、吸收式热泵冷凝器19、吸收式热泵再生器20、驱动蒸汽进口21、驱动蒸汽出口22、溴化锂稀溶液管道23、吸收式热泵吸收器24、有机工质入口25、余热水入口26、余热水出口27和吸收式热泵蒸发器28；吸收式热泵蒸发器28与吸收式热泵吸收器24连通。
本实施例中的吸收式热泵冷凝器19和吸收式热泵再生器20分别与吸收式热泵蒸发器28和吸收式热泵吸收器24连接，吸收式热泵吸收器24与吸收式热泵再生器20通过溴化锂稀溶液管道23连接，驱动蒸汽进口21和驱动蒸汽出口22均设置在吸收式热泵再生器20上，有机工质入口25和有机工质出口18分别设置在吸收式热泵吸收器24和吸收式热泵冷凝器19上，余热水入口26和余热水出口27均设置在吸收式热泵蒸发器28上。
本实施例中的驱动蒸汽进口21和驱动蒸汽出口22均与驱动蒸汽管道2连接，有机工质入口25和有机工质出口18均与有机朗肯循环管道9连接，余热水入口26和余热水出口27均与余热水管道13连接。
本实施例中的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统的运行方法，有机工质选择丁烷、戊烷、R123或R227ea，运行方法如下：
汽轮机1通过驱动蒸汽管道2将热量输送到吸收式热泵16和有机工质蒸发器5中，汽轮机1抽汽的驱动蒸汽从驱动蒸汽进口21进入吸收式热泵再生器20后与有机工质蒸发器5汇流、再进入预热换热器11，其疏水与余热水出口27汇流后通过回水管道12输往锅炉设备进行加热；
余热水通过余热水入口26进入吸收式热泵16，其热量在吸收式热泵蒸发器28中被低压真空环境下水蒸发带走，通过余热水出口27汇流入回水管道12后输往锅炉设备进行加热；
有机工质经过工质循环泵10加压后在预热换热器11进行初级预热，从有机工质入口25进入吸收式热泵吸收器24和吸收式热泵冷凝器19进行二级和三级加热，在有机工质蒸发器5中蒸发形成有机工质蒸汽，进入ORC透平6膨胀做功，通过二号发电机7发电，余热水管道13进入吸收式热泵蒸发器28，由低压下水的蒸发带走余热水热量，为汽轮机乏汽提供冷却，有机工质乏汽在冷凝器8中冷凝成液态工质继续输往工质循环泵10完成一个循环。
该基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统的运行方法可以根据热负荷的需求，通过二号三通控制阀15灵活分配汽轮机乏汽进入吸收式热泵16或供热用户管道14，提高了机组对热负荷变动的适应能力，增加的发电负荷，是解决背压机组以热定电、提升机组热负荷适应性和经济性的一种方法，在缺少热用户时通过吸收式热泵16为汽轮机乏汽冷却，同时，回收乏汽余热用于有机朗肯循环发电，增加电厂经济收益。
本实施例中的吸收式热泵16是静止设备，日常耗电低，运行维护简单，对环境无污染，噪声小，运行成本较低；通过吸收式热泵16，回收了余热水热量，使汽轮机乏汽得到冷却，提升了有机工质品质和有机朗肯循环发电效率。
该基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统可以包括监控系统以及开关、阀门等相关辅件，用于系统实时运行情况的监测与控制，可根据机组热负荷需求通过三通控制阀灵活调节汽轮机乏汽利用方式，根据外部热负荷的变化，拟合三通控制阀开度整定值曲线，机组可根据整定值曲线调节阀门开度预测和跟踪热负荷的实时变化；提升机组负荷调整的灵活性和经济性，并确保发电机组的安全稳定运行；驱动蒸汽管道2除了为吸收式热泵16提供高温热源和使有机工质在有机工质蒸发器中受热蒸发，其疏水还为有机工质提供初级预热，提升了能源利用率；有机工质在吸收式热泵16中经过两级加热，有效提高了有机工质的参数，提高了有机朗肯循环效率。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统，其特征在于：包括汽轮机（1）、驱动蒸汽管道（2）、一号三通控制阀（4）、有机工质蒸发器（5）、ORC透平（6）、冷凝器（8）、有机朗肯循环管道（9）、工质循环泵（10）、预热换热器（11）、回水管道（12）、余热水管道（13）、供热用户管道（14）、二号三通控制阀（15）、吸收式热泵（16）和蒸汽管道（17）；所述蒸汽管道（17）与汽轮机（1）连接，所述汽轮机（1）、一号三通控制阀（4）、吸收式热泵（16）和回水管道（12）依次通过驱动蒸汽管道（2）连接，所述一号三通控制阀（4）、有机工质蒸发器（5）和预热换热器（11）依次通过回水管道（12）连接，所述汽轮机（1）、二号三通控制阀（15）、吸收式热泵（16）和回水管道（12）依次通过余热水管道（13）连接，所述二号三通控制阀（15）与供热用户管道（14）连接，所述ORC透平（6）、冷凝器（8）、工质循环泵（10）、预热换热器（11）、吸收式热泵（16）和有机工质蒸发器（5）依次通过有机朗肯循环管道（9）连接；
所述汽轮机（1）与一号发电机（3）连接，所述ORC透平（6）与二号发电机（7）连接；
所述吸收式热泵（16）包括有机工质出口（18）、吸收式热泵冷凝器（19）、吸收式热泵再生器（20）、驱动蒸汽进口（21）、驱动蒸汽出口（22）、溴化锂稀溶液管道（23）、吸收式热泵吸收器（24）、有机工质入口（25）、余热水入口（26）、余热水出口（27）和吸收式热泵蒸发器（28）；所述吸收式热泵冷凝器（19）和吸收式热泵再生器（20）分别与吸收式热泵蒸发器（28）和吸收式热泵吸收器（24）连接， 所述驱动蒸汽进口（21）和驱动蒸汽出口（22）均设置在吸收式热泵再生器（20）上，所述有机工质入口（25）和有机工质出口（18）分别设置在吸收式热泵吸收器（24）和吸收式热泵冷凝器（19）上，所述余热水入口（26）和余热水出口（27）均设置在吸收式热泵蒸发器（28）上。
2.根据权利要求1所述的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统，其特征在于：所述吸收式热泵蒸发器（28）与吸收式热泵吸收器（24）连通。
3.根据权利要求1所述的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统，其特征在于：所述驱动蒸汽进口（21）和驱动蒸汽出口（22）均与驱动蒸汽管道（2）连接，所述有机工质入口（25）和有机工质出口（18）均与有机朗肯循环管道（9）连接，所述余热水入口（26）和余热水出口（27）均与余热水管道（13）连接。
4.根据权利要求1所述的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统，其特征在于：所述吸收式热泵吸收器（24）与吸收式热泵再生器（20）通过溴化锂稀溶液管道（23）连接。
5.根据权利要求1所述的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统，其特征在于：所述一号三通控制阀（4）和二号三通控制阀（15）均为智能控制阀。
6.一种如权利要求1-5中任意一项权利要求所述的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统的运行方法，其特征在于：所述运行方法如下：
汽轮机（1）通过驱动蒸汽管道（2）将热量输送到吸收式热泵（16）和有机工质蒸发器（5）中，汽轮机（1）抽汽的驱动蒸汽从驱动蒸汽进口（21）进入吸收式热泵再生器（20）后与有机工质蒸发器（5）汇流、再进入预热换热器（11），其疏水与余热水出口（27）汇流后通过回水管道（12）输往锅炉设备进行加热；
余热水通过余热水入口（26）进入吸收式热泵（16），其热量在吸收式热泵蒸发器（28）中被低压真空环境下水蒸发带走，通过余热水出口（27）汇流入回水管道（12）后输往锅炉设备进行加热；
有机工质经过工质循环泵（10）加压后在预热换热器（11）进行初级预热，从有机工质入口（25）进入吸收式热泵吸收器（24）和吸收式热泵冷凝器（19）进行二级和三级加热，在有机工质蒸发器（5）中蒸发形成有机工质蒸汽，进入ORC透平（6）膨胀做功，通过二号发电机（7）发电，余热水管道（13）进入吸收式热泵蒸发器（28），由低压下水的蒸发带走余热水热量，使余热水温度降低，有机工质乏汽在冷凝器（8）中冷凝成液态工质继续输往工质循环泵（10）完成一个循环。
7.根据权利要求6所述的基于吸收式热泵和有机朗肯循环系统的运行方法，其特征在于：有机工质选择丁烷、戊烷、R123或R227ea。
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