CN113324348B - 基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供系统及方法 - Google Patents

基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供系统及方法，包括燃煤烟气管道、吸附式热泵机组、供热水管以及循环气道；所述燃煤烟气管道与第一换热器相连，第二换热器出水口与热水罐相连；所述第一换热器、第二换热器、第一吸附床、第二吸附床之间通过循环热源管连接；所述第一吸附床、第二吸附床、冷凝器、蒸发器内的工质通过介质流动管形成循环；所述热水罐还连接冷凝器出水口、供热水管以及第三换热器；所述循环气道与所述第三换热器相连，所述蒸发器的进水口连接第三换热器，所述蒸发器的出水口连接冷水罐。本发明可梯级利用燃煤产生的高温烟气，供给生活热水、供暖以及制冷，并带有储水罐，实现高峰期平稳供热/供冷功能。

Description

基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供系统及方法
技术领域
本发明属于热泵与制冷技术领域，具体地说是充分利用锅炉排烟温度的大型冷热电联供系统，特别涉及一种基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供系统及方法。
背景技术
能源危机是当前世界各国面临的严峻问题。冷热电三联供可通过对燃煤电站构建热量梯级利用系统，将煤炭燃烧产生的高温气体用于加热超临界蒸汽产生电能，而排烟尾气用于驱动吸附式热泵系统，使硅胶、水或CaCl2、NH3工质对吸脱附，产生冷量或热量，向目标用户供给热水或冷气，从而提高能源利用效率，并具备额外的售热或售冷的经济效益。
目前的冷热电三联供系统多针对内燃机、燃气轮机，采用溴化锂等吸收式热泵系统，为小型、分布式能源系统，由于吸收式热泵再生较为困难，对尾气温度要求较高，难以利用燃煤电厂的尾气，且吸收式机组安装维护困难。而对于传统的燃煤电厂而言，锅炉运行后产生的尾气直接排放，600 MW机组排烟温度为106~134℃，1000 MW机组排烟温度为112~127℃，未加以利用，直接排放至环境中。若用于驱动吸附式热泵系统，预计可实现30~80℃左右的热水供应，或30~50℃的供暖与5~25℃的制冷。
为了响应节能减排的号召，需要设计一种新的冷热电三联供系统，基于吸附式热泵利用燃煤烟气供给生活热水、供暖或制冷。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题提供一种基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供系统及方法，利用燃煤电厂发电后排放的约110℃烟气供给生活热水、供暖或制冷。
本发明包括如下技术方案：一种基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供系统，包括燃煤烟气管道、吸附式热泵机组、供热水管以及循环气道，所述吸附式热泵机组包括第一吸附床、第二吸附床、第一换热器、第二换热器、蒸发器以及冷凝器；所述燃煤烟气管道与第一换热器相连，所述第二换热器出水口与热水罐相连；所述第一换热器、第二换热器、第一吸附床、第二吸附床之间通过循环热源管连接；所述第一吸附床、第二吸附床、冷凝器、蒸发器内的工质通过介质流动管形成循环；所述热水罐还连接冷凝器出水口、供热水管以及第三换热器；所述循环气道与所述第三换热器相连，所述蒸发器的进水口连接第三换热器，所述蒸发器的出水口连接冷水罐。
进一步的，所述燃煤烟气管道内的烟气温度为110℃~130℃；所述第一换热器为低温烟气换热器，所述第一换热器利用烟气释放的热量将所述循环热源管内的热源水加热至100℃。
进一步的，所述供热水管输出的生活热水温度为50℃~80℃，所述循环气道输出的暖风温度为30℃~50℃，所述循环气道输出的冷风温度为5℃~25℃。
进一步的，第一吸附床与冷凝器、蒸发器之间的介质流动管上以及第二吸附床与冷凝器、蒸发器之间的介质流动管上均设有立止阀，通过立止阀的开闭控制工质的流动方向。
所述第一吸附床与冷凝器之间的连接管路上设有第一立止阀，所述第一吸附床与蒸发器之间的连接管路上设有第二立止阀；所述第二吸附床与冷凝器之间的连接管路上设有第三立止阀，所述第二吸附床与蒸发器之间的连接管路上设有第四立止阀。
进一步的，所述冷水罐的进水管上以及所述热水罐的出水口与供热水管之间均设有立止阀。所述冷水罐的进水管上设有第五立止阀，所述热水罐的出水口与供热水管之间设有第六立止阀。
进一步的，所述热水罐、冷水罐以及第三换热器之间设有连接管路，所述连接管路上设有三通阀。
进一步的，所述循环热源管上靠近第一换热器进水口的位置设有第一换向阀，靠近第二换热器进水口的位置设有第二换向阀。
进一步的，所述循环热源管上设有若干三向阀，通过三向阀的开闭控制循环热源管内热源水的循环路径。
经过所述第一吸附床的循环热源管两端分别设有第一三向阀和第二三向阀；经过所述第二吸附床的循环热源管两端分别设有第三三向阀和第四三向阀；所述第一三向阀、第二三向阀、第三三向阀和第四三向阀均能够连接至第一换热器和第二换热器。
一种基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供方法包括如下步骤：
S1烟气热交换：燃煤电厂发电后排放的烟气经燃煤烟气管道与第一换热器进行热交换，使循环热源管内的热源水升温；
S2驱动吸附式热泵：打开第一换热器与第一吸附床之间的三向阀使第一吸附床解吸附，此时第二吸附床吸附；
S3加热生活用水：打开第一吸附床与冷凝器之间的立止阀使解吸附的工质进入冷凝器冷凝，将进入冷凝器内的冷水加热；打开第二吸附床与蒸发器之间的立止阀，打开第二换热器与第二吸附床之间的三向阀，第二吸附床将吸附产生的热量与第二换热器热交换，将第二换热器内的冷水加热；
S4双床功能切换：切换第一吸附床和第二吸附床的工作状态后重复S3，第二吸附床解吸附使工质进入冷凝器，第一吸附床吸附后与第二换热器热交换；
S5供应或储存热水：加热后的生活热水通过供热水管输出或储存在热水罐内用于早晚用水高峰期供水；
S6制热供暖：需要供暖时将热水罐内热水输入第三换热器并与循环气道内的空气热交换，循环气道内的空气经加热成为暖风；
S7降温制冷：需要制冷时将第一吸附床或第二吸附床内工质送入蒸发器中用于给输入蒸发器内的冷水降温，降温后的冷水输送至冷水罐后输入第三换热器并与循环气道内的空气热交换，循环气道内的空气经降温成为冷风。
进一步的，所述燃煤烟气管道内的烟气温度为110℃~130℃；所述第一换热器利用烟气释放的热量将所述循环热源管内的热源水加热至100℃；所述供热水管输出的生活热水温度为50℃~80℃，所述循环气道输出的暖风温度为30℃~50℃，所述循环气道输出的冷风温度为5℃~25℃。
冷水罐中的冷水来源有两种，一种是热水转变为冷水，热水罐流出的热水经三通阀进入第三换热器热交换（制热）后经蒸发器冷却；另一种是冷水自循环，冷水罐流出的冷水经三通阀进入第三换热器热交换（制冷）后经蒸发器冷却。
热水罐中的生活热水来源有两种，一种是外部水加热，从第二换热器出水口直接到热水罐（冷水从第二换热器的进水口进入）；另一种是循环水再加热，在第三换热器内与循环气道热交换（制冷或制热）后的温水，经冷凝器加热后进入热水罐中。
工作原理：利用烟气驱动吸附式热泵系统产生大量中温热水用于供给生活；在冬季时，利用储存在热水罐中的热水制造热风供暖；在夏季高温时，利用蒸发器产生冷水，并利用冷水制造冷风用于制冷。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明在不影响发电效率的前提下，可梯级利用燃煤产生的高温烟气供给50至80℃的生活热水，或进行30~50℃的供暖，夏季还可提供5~25℃制冷。
2、本发明带有热水罐和冷水罐，罐内储存的水可用于与第三换热器进行热交换从而实现制热或制冷；尤其热水罐内储存的水还可实现高峰期平稳供应生活热水。
3、本发明采用双吸附床结构，第一吸附床和第二吸附床的工作状态可以互相切换，切换过程中热源水和工质各自循环流动并进行多次热交换，能够充分利用热能。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中，1-燃煤烟气管道；2-供热水管；3-循环气道；4-第一吸附床；5-第二吸附床；6-第一换热器；7-第二换热器；8-第三换热器；9-蒸发器；10-冷凝器；11-热水罐；12-冷水罐；13-循环热源管；14-介质流动管；
15-三通阀；16-第一换向阀；17-第二换向阀；18-第一立止阀；19-第二立止阀；20-第三立止阀；21-第四立止阀；22-第五立止阀；23-第六立止阀；24-第一三向阀；25-第二三向阀；26-第三三向阀；27-第四三向阀。
具体实施方式
为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例并结合附图详细说明如下。
实施例：参阅附图1，一种基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供系统，包括燃煤烟气管道1、吸附式热泵机组、供热水管2以及循环气道3，所述燃煤烟气管道1内的烟气温度为110℃~130℃。
所述吸附式热泵机组包括第一吸附床4、第二吸附床5、第一换热器6、第二换热器7、蒸发器9以及冷凝器10；所述燃煤烟气管道1与第一换热器6相连，所述第二换热器7出水口与热水罐11相连；所述第一换热器6、第二换热器7、第一吸附床4、第二吸附床5之间通过循环热源管13连接；所述第一换热器6为低温烟气换热器，所述第一换热器6利用烟气释放的热量将所述循环热源管13内的热源水加热至100℃。所述循环热源管13上靠近第一换热器6进水口的位置设有第一换向阀16，靠近第二换热器7进水口的位置设有第二换向阀17。
所述第一吸附床4、第二吸附床5、冷凝器10、蒸发器9内的工质通过介质流动管14形成循环；所述热水罐11还连接冷凝器10出水口、供热水管2以及第三换热器8；所述热水罐11、冷水罐12以及第三换热器8之间设有连接管路，所述连接管路上设有三通阀15。所述供热水管2输出的生活热水温度为50℃~80℃。
所述循环气道3与所述第三换热器8相连，所述蒸发器9的进水口连接第三换热器8，所述蒸发器9的出水口连接冷水罐12。所述循环气道3输出的暖风温度为30℃~50℃，所述循环气道3输出的冷风温度为5℃~25℃。
所述第一吸附床4与冷凝器10之间的连接管路上设有第一立止阀18，所述第一吸附床4与蒸发器9之间的连接管路上设有第二立止阀19；所述第二吸附床5与冷凝器10之间的连接管路上设有第三立止阀20，所述第二吸附床5与蒸发器9之间的连接管路上设有第四立止阀21。通过立止阀的开闭控制工质的流动方向。
所述冷水罐12的进水管上设有第五立止阀22，所述热水罐11的出水口与供热水管2之间设有第六立止阀23。
经过所述第一吸附床4的循环热源管13两端分别设有第一三向阀24和第二三向阀25；经过所述第二吸附床5的循环热源管13两端分别设有第三三向阀26和第四三向阀27；所述第一三向阀24、第二三向阀25、第三三向阀26和第四三向阀27均能够连接至第一换热器6和第二换热器7。通过三向阀的开闭控制循环热源管内热源水的循环路径。
一种基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供方法包括如下步骤：
S1烟气热交换：燃煤电厂发电后排放的烟气经燃煤烟气管道1与第一换热器6进行热交换，使循环热源管13内的热源水升温；所述燃煤烟气管道1内的烟气温度为110℃~130℃，所述第一换热器6利用烟气释放的热量将所述循环热源管13内的热源水加热至100℃；
S2驱动吸附式热泵：打开第一换热器6与第一吸附床4之间的第一三向阀24和第二三向阀25使第一吸附床4解吸附，此时第二吸附床5吸附；S3加热生活用水：打开第一吸附床4与冷凝器10之间的第一立止阀18使解吸附的工质进入冷凝器10冷凝，将进入冷凝器10内的冷水加热；打开第二吸附床5与蒸发器9之间的第四立止阀21，打开第二换热器7与第二吸附床5之间的第三三向阀26和第四三向阀27，第二吸附床5将吸附产生的热量与第二换热器7热交换，将第二换热器7内的冷水加热；
S4双床功能切换：切换第一吸附床4和第二吸附床5的工作状态后重复S3，第二吸附床5解吸附使工质进入冷凝器10，第一吸附床4吸附后与第二换热器7热交换；
S5供应或储存热水：加热后的生活热水通过供热水管2输出温度为50℃~80℃的生活热水，此时能效比在1~2间；若热水需求少时，加热后的生活热水储存在热水罐11（约1000立方米）内用于早晚用水高峰期供水；
S6制热供暖：需要供暖时将热水罐11内热水输入第三换热器8并与循环气道3内的空气热交换，循环气道3内的空气经加热成为暖风，所述循环气道3输出的暖风温度为30℃~50℃；
S6降温制冷：需要制冷时将第一吸附床4或第二吸附床5内工质送入蒸发器9中用于给输入蒸发器9内的冷水降温，降温后的冷水输送至冷水罐12（约1000立方米）后输入第三换热器8并与循环气道3内的空气热交换，循环气道3内的空气经降温成为冷风，所述循环气道3输出的冷风温度为5℃~25℃，此时能效比为0~1。
冷水罐12中的冷水来源有两种，一种是热水转变为冷水，热水罐11流出的热水经三通阀15进入第三换热器8热交换（制热）后经蒸发器9冷却；另一种是冷水自循环，冷水罐12流出的冷水经三通阀15进入第三换热器8热交换（制冷）后经蒸发器9冷却。
热水罐11中的生活热水来源有两种，一种是外部水加热，从第二换热器7出水口直接到热水罐11（冷水从第二换热器7的进水口进入）；另一种是循环水再加热，在第三换热器8内与循环气道3热交换（制冷或制热）后的温水，经冷凝器12加热后进入热水罐11中。
工作原理：利用烟气驱动吸附式热泵系统产生大量中温热水用于供给生活；在冬季时，利用储存在热水罐中的热水制造热风供暖；在夏季高温时，利用蒸发器产生冷水，并利用冷水制造冷风用于制冷。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供方法，应用于一种冷热电三联供系统，该系统包括燃煤烟气管道、吸附式热泵机组、供热水管以及循环气道，所述吸附式热泵机组包括第一吸附床、第二吸附床、第一换热器、第二换热器、蒸发器以及冷凝器；所述燃煤烟气管道与第一换热器相连，所述第二换热器出水口与热水罐相连；所述第一换热器、第二换热器、第一吸附床、第二吸附床之间通过循环热源管连接；所述第一吸附床、第二吸附床、冷凝器、蒸发器内的工质通过介质流动管形成循环；所述热水罐还连接冷凝器出水口、供热水管以及第三换热器；所述循环气道与所述第三换热器相连，所述蒸发器的进水口连接第三换热器，所述蒸发器的出水口连接冷水罐；第一吸附床与冷凝器、蒸发器之间的介质流动管上以及第二吸附床与冷凝器、蒸发器之间的介质流动管上均设有立止阀，通过立止阀的开闭控制工质的流动方向；所述冷水罐的进水管上以及所述热水罐的出水口与供热水管之间均设有立止阀；所述热水罐、冷水罐以及第三换热器之间设有连接管路，所述连接管路上设有三通阀；所述循环热源管上靠近第一换热器进水口的位置设有第一换向阀，靠近第二换热器进水口的位置设有第二换向阀；所述循环热源管上设有若干三向阀，通过三向阀的开闭控制循环热源管内热源水的循环路径，其特征在于包括如下步骤：
S1烟气热交换：燃煤电厂发电后排放的烟气经燃煤烟气管道与第一换热器进行热交换，使循环热源管内的热源水升温；
S2驱动吸附式热泵：打开第一换热器与第一吸附床之间的三向阀使第一吸附床解吸附，此时第二吸附床吸附；
S3加热生活用水：打开第一吸附床与冷凝器之间的立止阀使解吸附的工质进入冷凝器冷凝，将进入冷凝器内的冷水加热；打开第二吸附床与蒸发器之间的立止阀，打开第二换热器与第二吸附床之间的三向阀，第二吸附床将吸附产生的热量与第二换热器热交换，将第二换热器内的冷水加热；
S4双床功能切换：切换第一吸附床和第二吸附床的工作状态后重复S3，第二吸附床解吸附使工质进入冷凝器，第一吸附床吸附后与第二换热器热交换；
S5供应或储存热水：加热后的生活热水通过供热水管输出或储存在热水罐内用于早晚用水高峰期供水；
S6制热供暖：需要供暖时将热水罐内热水输入第三换热器并与循环气道内的空气热交换，循环气道内的空气经加热成为暖风；
S7降温制冷：需要制冷时将第一吸附床或第二吸附床内工质送入蒸发器中用于给输入蒸发器内的冷水降温，降温后的冷水输送至冷水罐后输入第三换热器并与循环气道内的空气热交换，循环气道内的空气经降温成为冷风。
2.根据权利要求1所述的基于吸附式热泵利用燃煤烟气的冷热电三联供方法，其特征在于：所述燃煤烟气管道内的烟气温度为110℃~130℃；所述第一换热器利用烟气释放的热量将所述循环热源管内的热源水加热至100℃；所述供热水管输出的生活热水温度为50℃~80℃，所述循环气道输出的暖风温度为30℃~50℃，所述循环气道输出的冷风温度为5℃~25℃。
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