CN112178977B - 一种冷热电三联供系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷热电三联供系统及方法，包括：依次连通的高压压缩机、气体加热器、涡轮机、加热器、气冷器、热交换器、膨胀机、低压压缩机、蒸发器、气液分离器、节流阀；热交换器，其第一换热通道进口与气冷器热介质出口连通，其第二换热通道出口与高压压缩机进口连接；膨胀机，其进口与内部热交换器的第一换热通道出口连通；气液分离器，其进口与膨胀机出口连通，其气体出口与热交换器的第二换热通道进口连通，其液体出口通过节流阀与蒸发器进口连通；低压压缩机，其进口与蒸发器出口连通，其出口与内部热交换器的第二换热通道进口连通。

Description

一种冷热电三联供系统及方法
技术领域
本发明涉及冷热电联产技术领域，特别涉及一种冷热电三联供系统及方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
分布式能源中的冷热电联产(CCHP)技术是一种能源高效利用的方式，其基本的工作原理是：高温高压的工质流体在涡轮机处膨胀做功获得轴输出功并带动发电机发电，发电过程中同时排出高温工质，其剩余的热加热水，热水可直接供给用户，工质在进入制冷循环制造冷量。这种能源利用方式是一种对能源的梯级利用，能提高系统综合能源利用率。
当前，一般的火力发电厂的一次能源利用效率一般为30％-40％，而冷热电联产(CCHP)系统能源利用率高达80％以上，同时还具有减少污染物排放、调度灵活、能缓解电网压力等优点。现有的应用较好的是带喷射器的跨临界R744冷热电联合循环，其工作过程为：CO2被压缩成高温高压的气体，高温高压的CO2气体在气体加热器继续被外部热源持续加热到一定温度，高温高压的CO2气体在涡轮机内膨胀至一定的压力并对外输出功，膨胀后的CO2气体在加热器内继续对外放热，为用户端提供热水，从气冷器处出来的工质作为喷射器的一次流，从蒸发器处出来的工质作为喷射器的二次流，两处流体在喷射器等压混合并在喷射器扩压室扩压后从喷射器处出来，喷射器出来的工质流体进入到气液分离器，饱和气体一大部分会直接进入压缩机进行压缩，少部分会经过节流阀的节流过程，饱和液体部分经过节流阀，两部分节流后的工质混合后流经蒸发器，与外界进行换热，然后作为喷射器的二次流进入到喷射器。经过以上的过程，完成整个冷热电联合循环过程。
发明人发现，该种带喷射器循环的喷射器出口工质的干度较低，循环的制冷量不大，热电效率和火用效率受到一定限制，难以满足某些特殊要求。再者，在压缩机进口工质干度在某些条件下会小于1，对压缩机的运转造成伤害，影响循环的安全运行。因此，改进型循环在带喷射器循环的基础上对上述存在的问题加以优化，利用膨胀机和小型压缩机代替喷射器，在压缩机进口增加热交换器保证压缩机进口工质的干度以及提高压缩机进口温度来减少循环从外界吸收的热量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于CO2布雷顿循环和洛伦兹循环的冷热电三联供系统及方法。
为实现上述发明目的，本发明的一个或多个实施例公开了以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种基于CO2布雷顿循环和洛伦兹循环的冷热电三联供系统，包括：
依次连通的高压压缩机、气体加热器、涡轮机、加热器、气冷器、热交换器、膨胀机、低压压缩机、蒸发器、气液分离器、节流阀；
热交换器，其第一换热通道进口与气冷器热介质出口连通，其第二换热通道出口与高压压缩机进口连接；
膨胀机，其进口与气体加热器的第一换热通道出口连通；
气液分离器，其进口与膨胀机出口连通，其气体出口与热交换器的第二换热通道进口连通，其液体出口通过节流阀与蒸发器进口连通；
低压压缩机，其进口与蒸发器出口连通，其出口与热交换器的第二换热通道进口连通。
第二方面，本发明提供一种基于CO2布雷顿循环和洛伦兹循环的冷热电三联供方法，包括如下步骤：
CO2经高压压缩机压缩、气体加热器加热、在涡轮机内膨胀对外做功、在加热器内对外放热、在气冷器内冷却后，进入热交换器；从热交换器的加热端出来的CO2在膨胀机内膨胀至两相状态，两相状态的CO2在气液分离器中气液分离，饱和液体经节流阀节流降温后，再经蒸发器为用户提供冷量，蒸发器中出来的饱和蒸汽被低压压缩机压缩；饱和蒸汽与从低压压缩机中出来的气体混合，进入热交换器内，与来自气冷器的CO2气体换热；被加热后的CO2气体重新进入高压压缩机内。
与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：
该基于CO2布雷顿循环和洛伦兹循环的冷热电三联供系统具有较高的火用效率和热电效率。
利用膨胀机和压缩机代替喷射器后，膨胀机出口工质干度下降，进入到蒸发器中的工质会增加，从而增加了循环的制冷量，对整个循环来说，制冷量的增加导致了循环的热电效率的增加。
在高压压缩机进口加设热交换器，提高了进口工质的温度，从而提高了压缩机出口的工质温度，从而使得工质在气体加热器中从外界吸收的热量减少，同时与外界换热温差减小。因此，增加了循环的热电效率减少了循环的火用损。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的联合循环系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的联合循环系统的各个状态点的热力学状态图。
其中，1、高压压缩机，2、气体加热器，3、涡轮机，4、加热器，5、气冷器，6、热交换器，7、膨胀机，8、低压压缩机，9、蒸发器，10、气液分离器、11、节流阀。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面，本发明提供了一种基于CO2布雷顿循环和洛伦兹循环的冷热电三联供系统，包括：
依次连通的高压压缩机、气体加热器、涡轮机、加热器、气冷器、热交换器、膨胀机、低压压缩机、蒸发器、气液分离器、节流阀；
热交换器，其第一换热通道进口与气冷器热介质出口连通，其第二换热通道出口与高压压缩机进口连接；
膨胀机，其进口与热交换器的第一换热通道出口连通；
气液分离器，其进口与膨胀机出口连通，其气体出口与热交换器的第二换热通道进口连通，其液体出口通过节流阀与蒸发器进口连通；
低压压缩机，其进口与蒸发器出口连通，其出口与热交换器的第二换热通道进口连通。
在一些实施例中，所述气体加热器与热源连通，对来自高压压缩机的CO2进行加热。
在一些实施例中，所述加热器与冷源连通，来自涡轮机的CO2对冷源进行加热。
进一步的，所述冷源为水或气体。
较高温度的CO2对冷源进行加热，被加热后的冷源可以为用户供热，有利于提高热量的利用。
第二方面，本发明提供一种基于CO2布雷顿循环和洛伦兹循环的冷热电三联供方法，包括如下步骤：
CO2经高压压缩机压缩、气体加热器加热、在涡轮机内膨胀对外做功、在加热器内对外放热、在气冷器内冷却后，进入热交换器；从热交换器的加热端出来的CO2在膨胀机内膨胀至两相状态，两相状态的CO2在气液分离器中气液分离，饱和液体经节流阀节流降温后，再经蒸发器为用户提供冷量，蒸发器中出来的饱和蒸汽被低压压缩机压缩；自气液分离器中出来的饱和蒸汽与从低压压缩机中出来的气体混合，进入热交换器内，与来自气冷器的CO2气体换热；被加热后的CO2气体重新进入高压压缩机内。
在一些实施例中，CO2经高压压缩机压缩后的温度为100-121℃，压强为12-15MPa。
在一些实施例中，CO2经气体加热器加热后的温度为200-240℃，压强为12-15MPa。
在一些实施例中，CO2经涡轮机膨胀做功后的温度为184-204℃。
在一些实施例中，CO2经气冷器冷却后的温度为36℃。
在一些实施例中，CO2经节流阀节流后的温度为2-6℃。
在一些实施例中，CO2经低压压缩机压缩后的温度为9-19℃，压强为4.2-4.8MPa。
实施例1
如图1所示，系统由高压压缩机1、气体加热器2、涡轮机3、加热器4、气冷器5、热交换器6、膨胀机7、低压压缩机8、气液分离器10、节流阀11及蒸发器9等组成。当系统稳定运行时，CO2进入高压压缩机1被压缩成高温高压的气体，高温高压的CO2气体在气体加热器2继续被加热到一定温度，从气体加热器2中出来的高温高压的CO2气体在涡轮机3内膨胀至一定的压力并对外做功，膨胀后的CO2气体在加热器4内继续对外放热，为用户提供热水，之后，CO2在气冷器5中进行冷却，从气冷器5出来的工质会在热交换器6内加热来自低压压缩机8的过热气体和来自气液分离器10中的饱和气体的混合气，为混合气体提供一定的过热度，从热交换器6加热端出来的CO2继续在膨胀机7内膨胀至两相状态。膨胀至两相状态后的CO2会在气液分离器10中分为两路，一路为饱和液体，会经过节流阀11继续节流降温，再经过蒸发器9为用户提供冷量，从蒸发器9中出来的饱和蒸汽会被低压压缩机8压缩；而气液分离器10中流出的另一路为饱和蒸汽，会和低压压缩机8出来的气体混合，然后在热交换器6内被加热，最后进入高压压缩机1，如此，完成改进型的冷热电联合循环。图1中的15-16，17-18，19-20分别表示为加热器中水的流向、气冷器中空气的流向和蒸发器中空气的流向。改进型循环中的各个状态点的热力学状态展现在图2中。
表1中列举了该冷热电联合循环的详细工况条件。
表1系统的主要工况条件
Figure BDA0002711634960000071
在设定好的工况下，该循环系统从外界吸收的热量及高压压缩机耗功分别为83.38kW、37.90kW，系统对外输出功、供热量及制冷量分别为17.08kW、90.42kW、83.78kW，系统的火用效率、热电效率及COP分别为0.246、0.8067、4.531。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷热电三联供系统，其特征在于：包括：
依次连通的高压压缩机、气体加热器、涡轮机、加热器、气冷器、热交换器、膨胀机、低压压缩机、蒸发器、气液分离器、节流阀；
热交换器，其第一换热通道进口与气冷器热介质出口连通，其第二换热通道出口与高压压缩机进口连接；
膨胀机，其进口与热交换器的第一换热通道出口连通；
气液分离器，其进口与膨胀机出口连通，其气体出口与热交换器的第二换热通道进口连通，其液体出口通过节流阀与蒸发器进口连通；
节流阀，其进口与气液分离器的出口连通，其出口与蒸发器的进口相连通；
低压压缩机，其进口与蒸发器出口连通，其出口与热交换器的第二换热通道进口连通。
2.根据权利要求1所述的一种冷热电三联供系统，其特征在于：所述气体加热器与热源连通，对来自高压压缩机的CO2进行加热。
3.根据权利要求1所述的一种冷热电三联供系统，其特征在于：所述加热器与冷源连通，来自涡轮机的CO2对冷源进行加热。
4.一种冷热电三联供方法，其特征在于：包括如下步骤：
CO2经高压压缩机压缩、气体加热器加热、在涡轮机内膨胀对外做功、在加热器内对外放热、在气冷器内冷却后，进入热交换器；从热交换器的加热端出来的CO2在膨胀机内膨胀至两相状态，两相状态的CO2在气液分离器中气液分离，饱和液体经节流阀节流降温后，再经蒸发器为用户提供冷量，蒸发器中出来的饱和蒸汽被低压压缩机压缩；饱和蒸汽与从低压压缩机中出来的气体混合，进入热交换器内，与来自气冷器的CO2气体换热；被加热后的CO2气体重新进入高压压缩机内。
5.根据权利要求4所述的冷热电三联供方法，其特征在于：CO2经高压压缩机压缩后的温度为100-121℃，压强为12-15MPa。
6.根据权利要求4所述的冷热电三联供方法，其特征在于：CO2经气体加热器加热后的温度为200-240℃，压强为12-15MPa。
7.根据权利要求4所述的冷热电三联供方法，其特征在于：CO2经涡轮机膨胀做功后的温度为184-204℃。
8.根据权利要求4所述的冷热电三联供方法，其特征在于：CO2经气冷器冷却后的温度为36℃。
9.根据权利要求4所述的冷热电三联供方法，其特征在于：CO2经节流阀节流后的温度为2-6℃。
10.根据权利要求4所述的冷热电三联供方法，其特征在于：CO2经低压压缩机压缩后的温度为9-19℃，压强为4.2-4.8MPa。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090126381A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-21 The Regents Of The University Of California Trigeneration system and method
CN103629860B (zh) * 2013-12-04 2015-09-16 重庆大学 跨临界co2冷热电联合循环系统
EP2937526B1 (en) * 2014-04-04 2017-03-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Combined heat and power system
CN105569751B (zh) * 2014-10-09 2017-09-26 宝莲华新能源技术（上海）有限公司 一种热能梯级利用的冷热电联产系统
BR112018003913A2 (pt) * 2015-09-01 2018-09-25 8 Rivers Capital Llc sistemas e métodos para produção de energia usando ciclos de co2 embutidos
CN109026243A (zh) * 2018-09-17 2018-12-18 刘彦 能量转换系统
CN109974323B (zh) * 2019-03-05 2020-05-15 中国科学院力学研究所 一种带喷流降温装置的冷热电联供循环方法及系统
CN110486968B (zh) * 2019-08-28 2021-01-26 中南大学 一种基于co2工质的冷电联供系统
CN110671205A (zh) * 2019-10-10 2020-01-10 中南大学 一种基于lng的燃气轮机-超临界co2-orc循环串联发电系统

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