CN113623707A - 一种多热源驱动喷射-吸收复合热泵系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种多热源驱动喷射‑吸收复合热泵系统及工作方法，适用于多场景，可同时利用多种热源，在高压发生器中，可利用原动机烟气余热作为驱动热源，同时可利用余热蒸汽作为喷射器的工作流体，来引射高压发生器产生的热泵循环工质蒸汽形成中压蒸汽再作为热泵的驱动热源进入高压发生器，利用蒸汽的潜热对高压发生器加热，同时使得部分热泵循环工质的热量循环利用，提高了系统效率；其中烟气余热与蒸汽热源形成互补，既可同时驱动热泵系统，也可单独作为加热热源，在低压发生器中，可利用高温热水作为热源驱动，这样多种热源联合驱动热泵系统，实现了多源余热的梯级利用，提高了系统效率，达到了能源高效利用的目的。
Description
技术领域
本发明涉及吸收式热泵系统技术领域，具体涉及一种多热源驱动喷射-吸收复合热泵系统及其工作方法。
背景技术
近年来，基于环保、可持续发展等诸多原因，世界各国均在积极建立清洁低碳能源体系，多能互补分布式能源系统具有能效高、可再生能源比例高、可靠性高、环境污染小等优点，被认为是未来能源的终极利用形式之一。在多能互补分布式能源系统中，由于多种能源输入，中间可能存在着多源、多品位的余热，例如：原动机烟气/冷却水余热、热化学储热装置产生的高温蒸汽余热、燃料电池产生的冷却水余热以及太阳能热水等余热，而传统的溴化锂吸收式热泵无法将其有效利用起来，会造成资源的浪费。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种多热源驱动的喷射-吸收复合热泵系统，适用于多场景，可同时利用多种热源，在高压发生器中，可利用原动机烟气余热作为驱动热源，同时可利用高温蒸汽作为喷射器的工作流体，来引射高压发生器产生的冷剂蒸汽形成中压蒸汽再作为热泵的驱动热源进入高压发生器，利用蒸汽的潜热对高压发生器加热，同时使得部分热泵循环工质蒸汽的热量循环利用，提高了系统效率；其中烟气余热与蒸汽热源形成互补，既可同时驱动热泵系统，也可单独作为加热热源；在低压发生器中，可利用低温余热作为热源驱动，这样多种热源联合驱动热泵系统，实现了多源余热的梯级利用，提高了系统效率，达到了能源高效利用的目的。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多热源驱动喷射-吸收复合热泵系统，包括吸收器5，吸收器5稀溶液出口通过连接管依次与第一溶液泵4、第二溶液泵15、高温溶液换热器3稀溶液入口、高压发生器2溶液入口、第二低压发生器11高压热泵循环工质蒸汽入口、冷凝器12热泵循环工质蒸汽入口、蒸发器8热泵循环工质蒸汽入口和吸收器5热泵循环工质蒸汽入口相连通；第一溶液泵4出口分为两路，一路通过连接管与高温溶液换热器3稀溶液入口相连通；另一路通过连接管依次与第一流量调节阀18和低温溶液换热器9稀溶液入口相连通；低温溶液换热器9稀溶液出口分为两路，一路通过连接管依次与第二流量调节阀19、第二低压发生器11溶液入口相连通；另一路通过连接管与第一低压发生器10溶液入口相连通；高压发生器2溶液出口通过连接管依次与高温溶液换热器3浓溶液进口、第三节流阀21和吸收器5溶液入口相连通；第一低压发生器10溶液出口通过连接管依次与低温溶液换热器9浓溶液入口、第二节流阀16和吸收器5溶液入口相连通；第二低压发生器11溶液出口与第一低压发生器10溶液出口管路相连通；第二低压发生器11低压热泵循环工质蒸汽出口通过连接管与冷凝器12热泵循环工质蒸汽入口相连通，第一低压发生器10低压热泵循环工质蒸汽出口与第二低压发生器11低压热泵循环工质蒸汽出口管路相连通；第二低压发生器11的高压热泵循环工质蒸汽入口连通被喷射器1引射的高压热泵循环工质蒸汽与未被引射的高压热泵循环工质蒸汽，第二低压发生器11的热泵循环工质蒸汽出口与冷凝器12热泵循环工质蒸汽入口相连通；
引入喷射器1，采用高压蒸汽引射高压发生器2中产生的经过除液器5实现气液分离后的蒸汽即被引射蒸汽，再进入高压发生器2作为喷射器1驱动蒸汽。
所述高压发生器2的加热热源分为两部分：一部分的加热热源来自原动机烟气，另一部分加热热源来自热化学储热装置产生的高温蒸汽或火电机组的汽轮机抽汽；低压发生器10的加热热源来自高温热水。
所述高压发生器2内置用于分离并回收蒸汽中液滴的除液器13，喷射器1出口管路设置有第四流量调节阀6，保证系统热泵循环工质蒸汽量守恒。
所述喷射器1的被引射蒸汽管路上安装有第三流量调节阀20，喷射器1入口和出口之间设置有旁路并安装阀门14，保障机组运行安全。
所述的一种多热源驱动喷射-吸收复合热泵系统的工作方法，吸收器5中的稀溴化锂溶液经过第一溶液泵4加压到低压发生压力后进行分流，一部分稀溴化锂溶液经过第二溶液泵15加压、高温溶液换热器3加热后进入高压发生器2，高压发生器2中设置有两个加热器，其中一个加热器的热源为原动机烟气，另一个加热器的热源为高温蒸汽，稀溴化锂溶液被其加热，释放出蒸汽，形成浓溴化锂溶液，经过高温溶液换热器3冷却、第三节流阀21降压后进入吸收器5，形成热泵循环；高压发生器2产生的一部分蒸汽作为喷射器1的被引射流体，与高压来汽经喷射器1混合后作为高压发生器2的加热蒸汽，利用其潜热和显热；另一部分稀溴化锂溶液经过低温溶液换热器9被加热，通过第二流量调节阀19分别进入第一低压发生器10和第二低压发生器11，第一低压发生器10的加热热源是高温热水，稀溴化锂溶液被其加热释放出蒸汽，形成浓溴化锂溶液，经过低温溶液换热器9冷却、第二节流阀16降压后进入吸收器5；第二低压发生器11的加热热源是部分被引射的高压热泵循环工质蒸汽与未被引射的高压热泵循环工质蒸汽混合后的热泵循环工质蒸汽，稀溴化锂溶液被加热释放出蒸汽，形成浓溴化锂溶液，经过低温溶液换热器9冷却、第二节流阀16降压后进入吸收器5，形成溶液循环；进入冷凝器12的热泵循环工质蒸汽有两股，一股是部分被引射的高压热泵循环工质蒸汽与未被引射的高压热泵循环工质蒸汽混合后，在第二低压发生器11中进行放热，再通过第一节流阀7降压后进入冷凝器12；另一股是第二低压发生器11和第二低压发生器10产生的热泵循环工质蒸汽混合后进入冷凝器12；从冷凝器12出来的饱和热泵循环工质水再经过第三节流阀17降压、蒸发器8吸热变成饱和蒸汽，然后进入吸收器5放热，在吸收器5中被浓溴化锂溶液吸收，吸收过程放出的热量通过热网水向外供出；浓溴化锂溶液吸收热泵循环工质蒸汽后变为稀溴化锂溶液；热网回水依次通过吸收器5、冷凝器12成为热网供水外对供热。
和现有技术相比较，本发明的优点如下：
(1)本发明引入喷射器，利用高温高压蒸汽引射发生器产生的低压蒸汽形成的中压蒸汽作为热泵的驱动蒸汽热源，利用蒸汽的潜热对高压发生器进行加热，同时使得部分热泵循环工质蒸汽的热量循环利用，提高了系统效率；
(2)本发明能够利用多种热源余热，实现能量的综合利用，能够在多能互补分布式能源系统中实现“冷、热、电”三联供。
(3)本发明提高了系统的适用范围，不但可以用于热泵系统，也可用于制冷系统达到一机两用。经计算发现，在高低温热源负荷比大于3的情况下，系统正常运行时的制热COP可达到2.4以上，制冷COP可达1.3以上，相比于传统双效吸收式热泵系统效率更高。在相同高低温热源负荷比下，采用本系统所制取的制热量，比采用动力余热驱动传统单效循环产生的制热量外加采用太阳能驱动传统两级循环产生的制热量提高了20％-30％。
(4)本发明可适用于多种场景，在含火电机组的大型能源站点中，可利用抽汽、乏汽热量来驱动热泵系统；在分布式能源系统中，可同时利用原动机的烟气余热、热化学储热装置产生的高温蒸汽余热、燃料电池产生的低温余热以及太阳能热水余热等来驱动热泵系统。
附图说明
图1多热源驱动的喷射-吸收复合热泵系统原理图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提出一种多热源驱动喷射-吸收复合吸收式热泵系统，由喷射器1、高压发生器2、高温溶液换热器3、第一溶液泵4、吸收器5、第一节流阀7、蒸发器8、低温溶液换热器9、第一低压发生器10、第二低压发生器11、冷凝器12、除液器13、阀门14、第二溶液泵15、第二节流阀16、第三节流阀17、第一流量调节阀18、第二流量调节阀19、第三流量调节阀20、第三节流阀21、第四流量调节阀6等组成，
吸收器5中的稀溴化锂溶液经过第一溶液泵4加压到低压发生压力后进行分流，一部分稀溴化锂溶液经过第二溶液泵15加压、高温溶液换热器3加热后进入高压发生器2，高压发生器2中设置有两个加热器，其中一个加热器的热源为原动机烟气，另一个加热器的热源为高温蒸汽，稀溴化锂溶液被其加热，释放出蒸汽，形成浓溴化锂溶液，经过高温溶液换热器3冷却、第三节流阀21降压后进入吸收器5，形成热泵循环。高压发生器2产生的一部分热泵循环工质蒸汽作为喷射器1的被引射流体，与高压来汽经喷射器1混合后作为高压发生器2的加热蒸汽，利用其潜热和显热。另一部分稀溴化锂溶液经过低温溶液换热器9被加热，通过第二流量调节阀19分别进入第一低压发生器10和第二低压发生器11，第一低压发生器10的加热热源是高温热水，稀溴化锂溶液被其加热释放出蒸汽，形成浓溴化锂溶液，经过低温溶液换热器9冷却、第二节流阀16降压后进入吸收器5；第二低压发生器11的加热热源是部分被引射的高压热泵循环工质蒸汽与未被引射的高压热泵循环工质蒸汽混合后的冷剂蒸汽，稀溴化锂溶液被加热释放出蒸汽，形成浓溴化锂溶液，经过低温溶液换热器9冷却、第二节流阀16降压后进入吸收器5，形成溶液循环。进入冷凝器12的热泵循环工质蒸汽有两股，一股是部分被引射的高压热泵循环工质蒸汽与未被引射的高压热泵循环工质蒸汽混合后，在第二低压发生器11中进行放热，再通过第一节流阀7降压进入冷凝器12；另一股是第二低压发生器11和第一低压发生器10产生的热泵循环工质蒸汽混合后进入冷凝器12，冷凝过程产生的热量通过热网水向外供出；从冷凝器12出来的饱和热泵循环工质水再经过第三节流阀17降压、蒸发器8吸热变成饱和蒸汽，然后进入吸收器5放热，在吸收器5中被浓溴化锂溶液吸收，吸收过程放出的热量通过热网水向外供出；浓溴化锂溶液吸收热泵循环工质蒸汽后变为稀溴化锂溶液，开始新的循环。
热网回水依次通过吸收器5、冷凝器12成为热网供水外对供热。为了实现系统在机组宽负荷、宽环境条件范围内高效运行，在蒸汽喷射器的被引射蒸汽管路上设置第三流量调节阀20，在喷射器入口和出口之间设置旁路并安装阀门14。考虑到高压发生器2产生的蒸汽可能会携带一些溴化锂溶液液滴，为减少溴化锂溶液损失、保证喷射器系统的正常运行，在高压发生器2内设置除液器13来分离并回收蒸汽中的液滴。
与常规溴化锂吸收式热泵系统相比，本发明提出的喷射-吸收复合热泵系统，一方面利用蒸汽的潜热对高压发生器加热，同时使得部分冷剂蒸汽的热量循环利用，提高了系统效率；另一方面在高压发生器2中还利用原动机产生的烟气作为驱动热源，与蒸汽热源形成互补同时对高压发生器2加热，当蒸汽热源不足或没有时，也可直接用烟气余热作为加热热源，提高了能源利用效率。并且在低温低压发生器中，还利用低温太阳能热水作为热源驱动，这样多种热源联合驱动热泵系统，实现了多源余热的梯级利用。
本发明不但可以用于热泵系统，也可用于制冷系统，达到一机两用，并能根据外部热源以及负荷变化进行多效的转换，经计算发现，该系统在高低温热源负荷比大于3的情况下，系统的制热COP可达到2.4以上，参数相同的情况下比传统双效吸收式热泵系统的效率更高。
此外，本发明还可适用于多场景及多种运行方式：
(1)当蒸汽余热不足或没有时，该系统可作为原动机烟气余热与高温热水联合驱动的吸收式热泵系统来运行。
(2)当原动机烟气余热温度过低且没有低温热源时，该系统可作为由原动机烟气余热驱动的单效吸收式热泵系统运行。
(3)当高温蒸汽热源压力低于1MPa时，蒸汽直接通过喷射器旁路进入高压发生器加热，该系统能作为蒸汽型吸收式热泵系统，可应用于火电机组的乏汽余热回收。
(4)当原动机烟气余热温度过高且没有低温热源时，该系统可作为由原动机烟气余热驱动的双效吸收式热泵系统运行。
Claims (5)
1.一种多热源驱动喷射-吸收复合热泵系统，其特征在于：包括吸收器(5)，吸收器(5)稀溶液出口通过连接管依次与第一溶液泵(4)、第二溶液泵(15)、高温溶液换热器(3)稀溶液入口、高压发生器(2)溶液入口、第二低压发生器(11)高压热泵循环工质蒸汽入口、冷凝器(12)热泵循环工质蒸汽入口、蒸发器(8)热泵循环工质蒸汽入口和吸收器(5)热泵循环工质蒸汽入口相连通；第一溶液泵(4)出口分为两路，一路通过连接管与高温溶液换热器(3)稀溶液入口相连通；另一路通过连接管依次与第一流量调节阀(18)和低温溶液换热器(9)稀溶液入口相连通；低温溶液换热器(9)稀溶液出口分为两路，一路通过连接管依次与第二流量调节阀(19)、第二低压发生器(11)溶液入口相连通；另一路通过连接管与第一低压发生器(10)溶液入口相连通；高压发生器(2)溶液出口通过连接管依次与高温溶液换热器(3)浓溶液进口、第三节流阀(21)和吸收器(5)溶液入口相连通；第一低压发生器(10)溶液出口通过连接管依次与低温溶液换热器(9)浓溶液入口、第二节流阀(16)和吸收器(5)溶液入口相连通；第二低压发生器(11)溶液出口与第一低压发生器(10)溶液出口管路相连通；第二低压发生器(11)低压热泵循环工质蒸汽出口通过连接管与冷凝器(12)热泵循环工质蒸汽入口相连通，第一低压发生器(10)低压热泵循环工质蒸汽出口与第二低压发生器(11)低压热泵循环工质蒸汽出口管路相连通；第二低压发生器(11)的高压热泵循环工质蒸汽入口连通被喷射器(1)引射的高压热泵循环工质蒸汽与未被引射的高压热泵循环工质蒸汽，第二低压发生器(11)的热泵循环工质蒸汽出口与冷凝器(12)热泵循环工质蒸汽入口相连通；
引入喷射器(1)，采用高温蒸汽引射高压发生器(2)中产生的经过除液器(5)实现气液分离后的蒸汽即被引射蒸汽，再进入高压发生器(2)作为喷射器(1)驱动蒸汽。
2.如权利要求1所述的一种多热源驱动喷射-吸收复合热泵系统，其特征在于：所述高压发生器(2)的加热热源分为两部分：一部分的加热热源来自原动机烟气，另一部分加热热源来自热化学储热装置产生的高温蒸汽或火电机组的汽轮机抽汽；低压发生器(10)的加热热源来自高温热水。
3.如权利要求1所述的一种多热源驱动喷射-吸收复合热泵系统，其特征在于：所述高压发生器(2)内置用于分离并回收蒸汽中液滴的除液器(13)，喷射器(1)出口管路设置有第四流量调节阀(6)，保证系统热泵循环工质蒸汽量守恒。
4.如权利要求1所述的一种多热源驱动喷射-吸收复合热泵系统，其特征在于：所述喷射器(1)的被引射蒸汽管路上安装有第三流量调节阀(20)，喷射器(1)入口和出口之间设置有旁路并安装阀门(14)，保障机组运行安全。
5.权利要求1至4任一项所述的一种多热源驱动喷射-吸收复合热泵系统的工作方法，其特征在于：吸收器(5)中的稀溴化锂溶液经过第一溶液泵(4)加压到低压发生压力后进行分流，一部分稀溴化锂溶液经过第二溶液泵(15)加压、高温溶液换热器(3)加热后进入高压发生器(2)，高压发生器(2)中设置有两个加热器，其中一个加热器的热源为原动机烟气，另一个加热器的热源为高温蒸汽，稀溴化锂溶液被其加热，释放出蒸汽，形成浓溴化锂溶液，经过高温溶液换热器(3)冷却、第三节流阀(21)降压后进入吸收器(5)，形成热泵循环；高压发生器(2)产生的一部分蒸汽作为喷射器(1)的被引射流体，与高压来汽经喷射器(1)混合后作为高压发生器(2)的加热蒸汽，利用其潜热和显热；另一部分稀溴化锂溶液经过低温溶液换热器(9)被加热，通过第二流量调节阀(19)分别进入第一低压发生器(10)和第二低压发生器(11)，第一低压发生器(10)的加热热源是高温热水，稀溴化锂溶液被其加热释放出蒸汽，形成浓溴化锂溶液，经过低温溶液换热器(9)冷却、第二节流阀(16)降压后进入吸收器(5)；第二低压发生器(11)的加热热源是部分被引射的高压热泵循环工质蒸汽与未被引射的高压热泵循环工质蒸汽混合后的热泵循环工质蒸汽，稀溴化锂溶液被加热释放出蒸汽，形成浓溴化锂溶液，经过低温溶液换热器(9)冷却、第二节流阀(16)降压后进入吸收器(5)，形成溶液循环；进入冷凝器(12)的热泵循环工质蒸汽有两股，一股是部分被引射的高压热泵循环工质蒸汽与未被引射的高压热泵循环工质蒸汽混合后，在第二低压发生器(11)中进行放热，再通过第一节流阀(7)降压后进入冷凝器(12)；另一股是第二低压发生器(11)和第二低压发生器(10)产生的热泵循环工质蒸汽混合后进入冷凝器(12)；从冷凝器(12)出来的饱和冷剂水再经过第三节流阀(17)降压、蒸发器(8)吸热变成饱和蒸汽，然后进入吸收器(5)放热，在吸收器(5)中被浓溴化锂溶液吸收，吸收过程放出的热量通过热网水向外供出；浓溴化锂溶液吸收热泵循环工质蒸汽后变为稀溴化锂溶液；热网回水依次通过吸收器(5)、冷凝器(12)成为热网供水外对供热。
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