CN110986420B - 基于升温再热技术的吸收式循环系统 - Google Patents

基于升温再热技术的吸收式循环系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及吸收式循环领域，尤其是一种基于升温再热技术的吸收式循环系统。包括升温子系统、动力子系统和增温器，升温子系统与增温器连接组成升温子循环系统，动力子系统与增温器连接组成动力子循环系统；所述升温子系统包括发生器Ⅰ、分离器Ⅰ、冷凝器、工质泵Ⅰ、蒸发器和工质泵Ⅱ，发生器Ⅰ的出液口与分离器Ⅰ的进液口连接，分离器Ⅰ的出气口与冷凝器的进气口连接，分离器Ⅰ的出液口与工质泵Ⅱ的进液口连接，冷凝器的出液口与工质泵Ⅰ的进液口连接，工质泵Ⅰ的出液口与蒸发器的进液口连接。其利用动力循环废热/常规废热提升透平入口温度，获得较高的过热度，提升透平工作条件，彻底利用能量，有利于提升现有的工业余热利用水平。

Description

基于升温再热技术的吸收式循环系统
技术领域
本发明涉及吸收式循环领域，尤其是一种基于升温再热技术的吸收式循环系统。
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。
通常对于低品位温差资源，使用吸收式循环可比朗肯循环转化效率更高，但由于温差较小导致的压差较小制约着透平的工作条件，提升透平入口条件是极其重要的研究方向；此外，废热利用不彻底，热源利用后还有一定的
Figure BDA0002304064700000011
和热量，如何彻底利用能量也是个重要的研究方向；工业废热设备升级改造提升效率也是极具前景的研究方向。
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，提出了一种基于升温再热技术的吸收式循环系统,其可利用动力循环废热/常规废热提升透平入口温度，获得较高的过热度，提升透平工作条件，彻底利用能量，便于改造，有利于提升现有的工业余热利用水平。
本发明的技术方案是：一种基于升温再热技术的吸收式循环系统，其中，包括升温子系统、动力子系统和增温器，升温子系统与增温器连接组成升温子循环系统，动力子系统与增温器连接组成动力子循环系统；
所述升温子系统包括发生器Ⅰ、分离器Ⅰ、冷凝器、工质泵Ⅰ、蒸发器和工质泵Ⅱ，发生器Ⅰ的出液口与分离器Ⅰ的进液口连接，分离器Ⅰ的出气口与冷凝器的进气口连接，分离器Ⅰ的出液口与工质泵Ⅱ的进液口连接，冷凝器的出液口与工质泵Ⅰ的进液口连接，工质泵Ⅰ的出液口与蒸发器的进液口连接，蒸发器的出气口与增温器的第一进气口连接，增温器的出液口与发生器的进液口连接，工质泵Ⅱ的出液口与增温器的进液口连接；
所述动力子系统包括透平、吸收器、工质泵Ⅲ、发生器Ⅱ和分离器Ⅱ，发生器Ⅱ的出气口与分离器Ⅱ的进气口连接，分离器Ⅱ的出气口与增温器的第二进气口连接，分离器Ⅱ的出液口与回热器Ⅱ的进气口连接，增温器的出气口与透平的进气口连接，透平的出料口与吸收器的进料口连接，分离器Ⅱ的出液口与吸收器的进液口连接，吸收器的出液口与工质泵Ⅲ的进液口连接，工质泵Ⅲ的出液口与发生器的进液口连接。
本发明中，所述升温子系统还包括回热器Ⅰ和节流器Ⅰ，增温器与发生器的连接管路上设有依次设有回热器Ⅰ和节流器Ⅰ；工质泵Ⅱ与增温器的连接管路上设有回热器Ⅰ。
所述动力子系统还包括节流器Ⅱ、回热器Ⅱ和过热器，分离器Ⅱ的出气口与过热器连接，过热器的出气口与增温器的第二进气口连接，分离器Ⅱ与吸收器的连接管路上依次设有回热器Ⅱ、节流器Ⅱ，工质泵Ⅲ与发生器Ⅱ的连接管路上设有回热器Ⅱ。
所述增温器为间壁式换热器。
所述升温子循环系统中所使用的制冷剂工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMA。
所述动力子循环系统中所使用的工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC。
本发明的有益效果：
(1)本发明可以利用低品位能实现热工转换，转化效率高；
(2)提升透平入口温度，增强透平的工作条件；
(3)可直接使用传统循环中无法利用的废热，减少了热污染；
(4)升压子系统相对独立，旧设备改造容易，降低成本。
(5)升压子循环系统和动力子循环系统之间不直接接触，可根据需要独立选取工质和基本浓度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1发生器Ⅰ；2分离器Ⅰ；3冷凝器；4工质泵Ⅰ；5蒸发器；6增温器；7透平；8吸收器；9工质泵Ⅲ；10节流器Ⅱ；11回热器Ⅱ；12过热器；13发生器Ⅱ、14分离器Ⅱ；15回热器Ⅰ；16工质泵Ⅱ；17节流器Ⅰ。
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1所示，本发明所述的基于升温再热技术的吸收式循环系统包括升温子系统、动力子系统和增温器6，升温子系统与增温器6连接组成升温子循环系统，动力子系统与增温器连接组成动力子循环系统。即升温子系统、动力子系统均与增温器6连接，升温子系统和动力子系统在增温器6处进行热能交换。本发明中，增温器6采用间壁式换热器，增温器6内的冷热流体不相接触，因此升温子循环系统和动力子循环系统在增温器6内只能进行热能交换，不进行质量交换。
升温子系统包括发生器Ⅰ1、分离器Ⅰ2、冷凝器3、工质泵Ⅰ4、蒸发器5、回热器Ⅰ15、工质泵Ⅱ16和节流器Ⅰ17，发生器Ⅰ1的出液口与分离器Ⅰ2的进液口连接，内部发生的高制冷剂浓度混合溶液流入分离器Ⅰ2，并在分离器Ⅰ2内实现气液分离。分离器Ⅰ2的出气口与冷凝器3的进气口连接，分离器Ⅰ2的出液口与工质泵Ⅱ16的进液口连接。分离器Ⅰ2分离得到的气态工质流向冷凝器3，分离得到的液态工质流向工质泵Ⅱ16。冷凝器3的出液口与工质泵Ⅰ4的进液口连接，在冷凝器3内冷源的冷却作用下，气态工质经过冷凝过程变成液态工质，然后进入工质泵Ⅰ4内进行升压。工质泵Ⅰ4的出液口与蒸发器5的进液口连接，在蒸发器5内热源的加热作用下，高压液态工质吸收热量变成高温高压的气态工质。蒸发器5的出气口与增温器6的第一进气口连接，增温器6的出液口与发生器1的进液口连接，增温器6与发生器1的连接管路上设有依次设有回热器Ⅰ15和节流器Ⅰ17。
工质泵Ⅱ16的出液口与增温器6的进液口连接，工质泵Ⅱ16与增温器6的连接管路上设有回热器Ⅰ15。分离器Ⅰ2分离出的低浓度液态工质经工质泵Ⅱ16升压后，流入增温器6内。在增温器6内，从工质泵Ⅱ16流入的低浓度液态工质吸收从蒸发器5流入的高温高压气态工质，吸收过程中释放汽化潜热和结合热，在产生高温高压高浓度液态工质的同时，使升温器6的温度升高。高温高压高浓度液态工质在流经回热器Ⅰ15的过程中，与从工质泵Ⅱ16流出的低浓度液态工质换热，低浓度液态工质吸收了高温高压高浓度液态工质的部分热量后，温度提高，并流入增温器6，而被吸热后的高温高压高浓度液态工质的温度降低，经节流器Ⅰ17的节流降压后，直接流入发生器1内，实现了制冷剂工质的循环。升温子循环系统中所使用的制冷剂工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC等吸收式工质对。
冷凝器3和吸收器8中的冷源可采用空气、地源冷源、湖水、深层海水等常规和特殊冷源，冷凝器3还可以使用吸收器8流出的废热。
升温子循环系统可以通过调整循环倍率的方法实现对增温器6内温度的控制。调整循环倍率方法是一种现有技术，因此此处不再赘述。
动力子系统包括透平7、吸收器8、工质泵Ⅲ9、节流器Ⅱ10、回热器Ⅱ11、过热器12、发生器Ⅱ13和分离器Ⅱ14，发生器Ⅱ13的出气口与分离器Ⅱ14的进气口连接，高浓度液态介质进入分离器Ⅱ14内后，通过分离器Ⅱ14进行气液分离，分离器Ⅱ14的出气口与过热器12连接，分离后得到的高浓度气态介质流入过热器12，分离器Ⅱ14的出液口与回热器Ⅱ11的进气口连接，分离后得到的低浓度液态介质流入回热器Ⅱ11。过热器12的出气口与增温器6的第二进气口连接，增温器6的出气口与透平7的进气口连接，经过过热器12内的热源加热产生高温过热气态介质，流入增温器6内，高温过热器气态介质在增温器6内吸收升温子系统的热量后，再次升温加热。透平7的出料口与吸收器8的进料口连接，高温过热气态介质在透平7内经过膨胀做功后，变成乏汽流向吸收器8。
分离器Ⅱ14的出液口与吸收器8的进液口连接，分离器Ⅱ14与吸收器8的连接管路上依次设有回热器Ⅱ11、节流器Ⅱ10，经分离器Ⅱ14分离出的高温高压低浓度液态介质经过回热器Ⅱ11和节流器Ⅱ10的降温、降压后，变为低温低压低浓度液态介质，并流入吸收器8内。在吸收器8内，透平7流出的乏汽被低温低压低浓度液态工质吸收，产生低温低压高浓度液态介质。吸收器8的出液口与工质泵Ⅲ9的进液口连接，工质泵Ⅲ9的出液口与发生器1的进液口连接，工质泵Ⅲ9与发生器Ⅱ13的连接管路上设有回热器Ⅱ11。低温低压高浓度液态介质经过工质泵Ⅲ9的升压变为低温高压高浓度液态介质，然后在回热器Ⅱ11与从分离器Ⅱ14流出的高温高压低浓度液态介质换热，低温高压高浓度液态介质吸收热量后变为高温高压高浓度液态介质，并流入发生器Ⅱ13内。上述动力子循环系统中所使用的工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC等吸收式工质对。
过热器12、发生器Ⅱ13内使用的热源可以是工业废热、地热、城市热污水、表层海水、空气热能等低品位热能与其他热能形式。发生器Ⅰ1和蒸发器5内的人员除了可使用工业废热、地热、城市热污水、表层海水空气热能等低品位热能与其他热能形式之外，也可使用过热器12和发生器Ⅱ13流出的废热。
升温子循环系统和动力子循环系统可同时使用相同工质对，也同时使用不同工质对，两循环系统所采用的工质基本浓度不同。
本发明中的节流器Ⅰ17和节流器Ⅱ10可以采用膨胀管、毛细管、膨胀阀等各种能实现节流作用的设备。分离器Ⅰ2和分离器Ⅱ14可以采用普通的气液分离器，也可以采用精馏装置等能够起到相同作用的部件。
本发明还可以包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等检测单元以及单片机/PLC等控制单元。温度传感器、压力传感器、流量传感器用于检测各子循环系统的温度、压力、流体流量等参数，控制单元根据检测到的温度、压力和流量数值，及时调整循环系统中的温度、压力和流量。本发明中，还可以在系统工质流动位置，比如泵前、冷凝器后加储液罐等缓冲单元，调节系统运行状态。
本发明的工作过程如下所述：升温子循环系统工作时，发生器Ⅰ1压力相对增温器6和蒸发器5较低，因此发生器Ⅰ1内部发生的高浓度液态工质流入分离器Ⅰ2，分离器Ⅰ2内实现气液分离，高浓度气态工质流向冷凝器3，低浓度液态工质流向工质泵Ⅱ16；流向冷凝器3的气态工质经过冷凝过程变成液态工质，流向工质泵Ⅰ4，液态工质再经过工质泵Ⅰ4的升压输运，流向压力较高的蒸发器5；经过蒸发器5内的热源加热作用，液态工质相变成气态高焓值工质流向增温器6。
分离器Ⅰ2分离出的低浓度液态工质流向工质泵Ⅱ16，经过工质泵Ⅱ16升压输运流向回热器Ⅰ15，并在回热器Ⅰ15与增温器6流出的高温高浓度液态工质换热升温，流向增温器6；增温器内6，回热器Ⅰ15流入的低浓度液态工质吸收由蒸发器5流入的气态工质，吸收过程中释放汽化潜热和结合热，使增温器6温度升高。增温器6的热量被动力子循环带走一部分，其余热量跟随高温高浓度液态工质流向回热器Ⅰ15，在回热器Ⅰ15内加热来自工质泵Ⅱ16的低温低浓度液态工质。高温高压高浓度液态工质经过回热器Ⅰ15的降温和节流器Ⅰ17的降压后，等焓降温降压流向发生器Ⅰ1，实现循环。
动力子循环系统工作时，发生器Ⅱ13相对吸收器8压力更高，高浓度液态工质流入分离器Ⅱ14，经过分离器Ⅱ14的气液分离，高温低浓度液态工质流向回热器Ⅱ11，高温高浓度气态工质流向过热器12，经过过热器的热源加热产生等压高温过热气体，流向增温器6，在增温器6内吸收升温子循环系统的热量之后，再次升温过热，流向透平7，在透平7内经过膨胀作用后的乏汽流向吸收器8。
分离器Ⅱ14内分离的高温低混合液态工质流向回热器Ⅱ11，在回热器Ⅱ11加热由工质泵Ⅲ9流向发生器Ⅱ13的高压低温高浓度液态工质，高温低浓度液态工质的温度降低为相对低温低浓度液态工质，经回热器Ⅱ11的降温和节流器Ⅱ10的降压后，流向吸收器8。低温低压低浓度液态工质与透平7流出的乏汽结合，经过吸收过程，产生低温低压高浓度液态工质，流向工质泵Ⅲ9，经过工质泵Ⅲ9升压输运，流向回热器Ⅱ11，被加热后流向发生器13，实现循环。

Claims (5)

1.一种基于升温再热技术的吸收式循环系统，其特征在于：包括升温子系统、动力子系统和增温器(6)，升温子系统与增温器(6)连接组成升温子循环系统，动力子系统与增温器连接组成动力子循环系统；
所述升温子系统包括发生器Ⅰ(1)、分离器Ⅰ(2)、冷凝器(3)、工质泵Ⅰ(4)、蒸发器(5)和工质泵Ⅱ(16)，发生器Ⅰ(1)的出液口与分离器Ⅰ(2)的进液口连接，分离器Ⅰ(2)的出气口与冷凝器(3)的进气口连接，分离器Ⅰ(2)的出液口与工质泵Ⅱ(16)的进液口连接，冷凝器(3)的出液口与工质泵Ⅰ(4)的进液口连接，工质泵Ⅰ(4)的出液口与蒸发器(5)的进液口连接，蒸发器(5)的出气口与增温器(6)的第一进气口连接，增温器(6)的出液口与发生器(1)的进液口连接，工质泵Ⅱ(16)的出液口与增温器(6)的进液口连接，
所述动力子系统包括透平(7)、吸收器(8)、工质泵Ⅲ(9)、发生器Ⅱ(13)和分离器Ⅱ(14)，发生器Ⅱ(13)的出气口与分离器Ⅱ(14)的进气口连接，分离器Ⅱ(14)的出气口与增温器(6)的第二进气口连接，分离器Ⅱ(14)的出液口与回热器Ⅱ(11)的进气口连接，增温器(6)的出气口与透平(7)的进气口连接，透平(7)的出料口与吸收器(8)的进料口连接，分离器Ⅱ(14)的出液口与吸收器(8)的进液口连接，吸收器(8)的出液口与工质泵Ⅲ(9)的进液口连接，工质泵Ⅲ(9)的出液口与发生器(1)的进液口连接；
所述升温子系统还包括回热器Ⅰ(15)和节流器Ⅰ(17)，增温器(6)与发生器(1)的连接管路上设有依次设有回热器Ⅰ(15)和节流器Ⅰ(17)；工质泵Ⅱ(16)与增温器(6)的连接管路上设有回热器Ⅰ(15)。
2.根据权利要求1所述的基于升温再热技术的吸收式循环系统，其特征在于：所述动力子系统还包括节流器Ⅱ(10)、回热器Ⅱ(11)和过热器(12)，分离器Ⅱ(14)的出气口与过热器(12)连接，过热器(12)的出气口与增温器(6)的第二进气口连接，分离器Ⅱ(14)与吸收器(8)的连接管路上依次设有回热器Ⅱ(11)、节流器Ⅱ(10)，工质泵Ⅲ(9)与发生器Ⅱ(13)的连接管路上设有回热器Ⅱ(11)。
3.根据权利要求1所述的基于升温再热技术的吸收式循环系统，其特征在于：所述增温器(6)为间壁式换热器。
4.根据权利要求1所述的基于升温再热技术的吸收式循环系统，其特征在于：所述升温子循环系统中所使用的制冷剂工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMA。
5.根据权利要求1所述的基于升温再热技术的吸收式循环系统，其特征在于：所述动力子循环系统中所使用的工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC。
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