CN113818934B - 一种可调节式冷电联供系统及其工艺和运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可调节式冷电联供系统及其工艺和运行方法，属于吸收式制冷技术领域，包括至少一级的发生器、吸收器、冷凝器、换热器、蒸发器、透平机、发电机、压缩机，透平机位于发生器的气态制冷剂出口和冷凝器的气态制冷剂进口之间，压缩机位于蒸发器气态制冷剂出口和吸收器的气态制冷剂进口之间，透平机的透平轴连接发电机的输入轴，发电机的供电端连接压缩机，换热器位于冷凝器冷却水进口前，换热器的管程走冷却水，壳程进出口均连接在蒸发器的载冷剂出口管道上。本发明可将更高温度的热源加以直接利用，提升了系统的效率，降低了制冷温度，避免了精馏，简化了制冷工艺流程，提高了系统热效率，避免了系统长时间运行的性能衰减问题。

Description

一种可调节式冷电联供系统及其工艺和运行方法
技术领域
本发明属于吸收式制冷技术领域，具体涉及一种可调节式冷电联供系统及其工艺和运行方法。
背景技术
余热制冷就是利用生产过程中的气体或废气、废液，以及某些动力机械排出的热量作能源，驱动吸收式制冷机制冷的技术。余热制冷是一种吸收式制冷，是靠消耗热能作为补偿的，而这种热能主要是低位热能。吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。已有的余热制冷系统都是基于溴化锂-水或氨水-氨为工质对进行循环的，溴化锂-水制冷系统以水为制冷剂，由于水的三相点在0℃附近，制冷系统的蒸发温度高于0℃，无法制取零下冷能。氨水-氨制冷系统由于氨与水的沸点相差不大，故需要对解吸出的气氨进行精馏处理，会增加能耗，且长时间运行后性能会出现衰减。溴化锂-水制冷系统的制冷温度较高，氨水-氨制冷系统的制冷效率较低，且工艺缺点明显；现有技术中有人对余热制冷系统进行改进，并设计出冷热电联供的制冷系统，但系统吸收器入口无压缩机，用冷负荷与发电负荷无法自我调节，且制冷系统使用常规制冷工质对，系统效率较低。虽然余热制冷发电系统改进了余热制冷系统，但会极大降低系统运行效率，且在冷电需求变化较大的情况下无法自我调节。因此提出一种可调节式冷电联供系统及其工艺和运行方法，来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种可调节式冷电联供系统及其工艺和运行方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种可调节式冷电联供系统，包括至少一级的发生器、吸收器、冷凝器、一级换热器、蒸发器、透平机、发电机、压缩机，所述透平机位于发生器的气态制冷剂出口和冷凝器的气态制冷剂进口之间，所述压缩机位于蒸发器气态制冷剂出口和吸收器的气态制冷剂进口之间，所述透平机的透平轴连接发电机的输入轴，利用气态制冷剂的高温高压在透平机内膨胀做功以带动发电机发电，所述发电机的供电端连接压缩机，所述压缩机用于将蒸发器排出的低压气态制冷剂压缩升压，升压后的气态制冷剂进入吸收器，所述一级换热器位于冷凝器冷却水进口前，所述一级换热器的管程走冷却水，壳程进出口均连接在蒸发器的载冷剂出口管道上，利用蒸发器中降温的载冷剂为进入冷凝器的冷却水进行制冷。
作为本发明的进一步优化方案，所述发生器的贫液出口连接吸收器的贫液进口，所述吸收器的富液出口通过富液泵连接发生器的富液进口，所述发生器的气态制冷剂出口通过透平机连接冷凝器的气态制冷剂进口，所述冷凝器的液体制冷剂出口通过储罐连接蒸发器的液体制冷剂进口，所述蒸发器气态制冷剂出口通过压缩机连接吸收器的气态制冷剂进口。
作为本发明的进一步优化方案，所述冷凝器的液体制冷剂出口依次经过储罐和GVX换热器连接蒸发器的液体制冷剂进口，所述蒸发器气态制冷剂出口依次经过GVX换热器和压缩机连接吸收器的气态制冷剂进口，利用液态制冷剂与气态制冷剂进行热交换以用于液态制冷剂降温和气态制冷剂升温。
作为本发明的进一步优化方案，所述发生器设有一级，所述发生器的贫液出口依次通过GAX换热器和减压阀连接吸收器的贫液进口，所述吸收器的富液出口依次通过富液泵和GAX换热器连接发生器的富液进口，利用富液与贫液进行热交换以用于过热富液和过冷贫液。
作为本发明的进一步优化方案，所述发生器设有两级，包括一级发生器和二级发生器，所述一级发生器和二级发生器循环使用同一组热源，热源进入一级发生器后进入二级发生器，所述一级发生器的贫液出口连接至吸收器的贫液进口，所述一级发生器的气态制冷剂出口通过透平机连接冷凝器的气态制冷剂进口，所述二级发生器的工质溶液出口经过工质泵连接一级发生器的工质溶液进口，所述吸收器的富液出口通过富液泵连接二级发生器的富液进口，所述二级发生器的气态制冷剂出口连接冷凝器的气态制冷剂进口。
作为本发明的进一步优化方案，所述一级发生器的贫液出口依次经过一级GAX换热器和二级GAX换热器连接至吸收器的贫液进口，所述二级发生器的工质溶液出口依次经过工质泵和一级GAX换热器连接一级发生器的工质溶液进口，所述吸收器的富液出口依次通过富液泵和二级GAX换热器连接二级发生器的富液进口。
本发明还提供了一种可调节式冷电联供工艺，由上述可调节式冷电联供系统实现，在制冷剂的循环过程中，利用发生器的高温高压气态制冷剂在透平机内膨胀做功以带动发电机发电为压缩机供电，利用压缩机将蒸发器排出的低压气态制冷剂压缩升压，升压后的气态制冷剂进入吸收器，通过一级换热器将载冷剂与冷凝器循环冷却水换热，以实现制冷和发电无极调节。
本发明还提供了一种可调节式冷电联供系统的运行方法，利用上述可调节式冷电联供系统，其步骤包括：
(1)富液泵的工质溶液进入发生器开始雾化，建立工质循环，当发生器到达一定液位时，提供热源进入发生器，蒸发出系统需要的气态制冷剂量，准备建立制冷剂循环；
(2)连通冷凝器-蒸发器-吸收器-发生器的制冷剂流程，发生器内雾化的工质溶液与高温的热源间接接触进行传热传质，工质溶液中的气态制冷剂被蒸发出发生器，高温高压气态制冷剂在透平机内膨胀做功以带动发电机发电为压缩机供电，然后进入冷凝器进行冷凝，冷凝后的液态制冷剂进入蒸发器与载冷剂进行换热，液态制冷剂蒸发形成气态制冷剂经过压缩机压缩升压进入吸收器，和吸收器的工质溶液混合经过富液泵泵入发生器，从而建立制冷剂循环；
(3)当用户端需要调整载冷剂制冷量时，可自行调节制冷量数值，当制冷负荷降低时，将降温后的载冷剂进入一级换热器中与冷凝器循环冷却水换热，降低系统冷凝温度，增加透平机进出口压差，增加透平发电机的发电量；当制冷负荷增加时，将透平发电机输出的电量供吸收器进口的压缩机使用，可降低蒸发压力，提高吸收压力，增强吸收效果，可降低载冷剂的输出温度及提高制冷量，当调节结果达到用户端制冷量数值后，制冷系统不再调整，工质溶液和制冷剂系统到达新的平衡。
本发明的有益效果在于以下几点：
本发明提供的一种可调节式冷电联供系统，可将更高温度的热源加以直接利用，提升了系统的效率，系统以TC工质-氨为工质对，降低了制冷温度，组分中无水无油，避免了精馏，简化了制冷工艺流程，提高了系统热效率，避免了系统长时间运行的性能衰减问题。通过冷负荷与汽轮机-压缩机的负荷调节，可将制冷系统与发电系统100％转换无极调节。
附图说明
图1是本发明可调节式冷电联供系统实施例1流程示意图；
图2是本发明可调节式冷电联供系统实施例2流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图1所示，本实施例的可调节式冷电联供系统，包括一级的发生器、吸收器、冷凝器、一级换热器、蒸发器、透平机、发电机、压缩机，透平机位于发生器的气态制冷剂出口和冷凝器的气态制冷剂进口之间，压缩机位于蒸发器气态制冷剂出口和吸收器的气态制冷剂进口之间，透平机的透平轴连接发电机的输入轴，利用气态制冷剂的高温高压在透平机内膨胀做功以带动发电机发电，发电机的供电端连接压缩机，压缩机用于将蒸发器排出的低压气态制冷剂压缩升压，升压后的气态制冷剂进入吸收器，一级换热器位于冷凝器冷却水进口前，一级换热器的管程走冷却水，壳程进出口均连接在蒸发器的载冷剂出口管道上，利用蒸发器中降温的载冷剂为进入冷凝器的冷却水进行制冷。
冷凝器的液体制冷剂出口依次经过储罐和GVX换热器连接蒸发器的液体制冷剂进口，蒸发器气态制冷剂出口依次经过GVX换热器和压缩机连接吸收器的气态制冷剂进口，利用液态制冷剂与气态制冷剂进行热交换以用于液态制冷剂降温和气态制冷剂升温。
发生器的贫液出口依次通过GAX换热器和减压阀连接吸收器的贫液进口，吸收器的富液出口依次通过富液泵和GAX换热器连接发生器的富液进口，利用富液与贫液进行热交换以用于过热富液和过冷贫液。
发生器的贫液出口连接吸收器的贫液进口，吸收器的富液出口通过富液泵连接发生器的富液进口，发生器的气态制冷剂出口通过透平机连接冷凝器的气态制冷剂进口，冷凝器的液体制冷剂出口通过储罐连接蒸发器的液体制冷剂进口，蒸发器气态制冷剂出口通过压缩机连接吸收器的气态制冷剂进口。
高温热源进入发生器中，加热富氨溶液，高压下气氨析出，解吸后的贫氨溶液进入GAX换热器中，与来自吸收器的富氨溶液进行热交换，降温后经减压阀进入吸收器中，吸收来自蒸发器制冷的气氨，吸收过程中热量由循环冷却水带走，吸收后形成富氨溶液，富氨溶液经富液泵升压后进入GVX换热器后，与来自发生器的高温贫氨溶液换热，升温后进入发生器中，完成溶液循环。
发生器中解吸出的高温高压气氨进入透平机中膨胀做功，带动发电机发电，发电供机组内部电机及压缩机使用。做功后的乏汽进入冷凝器中，被来自外界的循环冷却水冷凝为液氨，进入储罐，从储罐出来的饱和液氨进入GVX换热器中，与来自蒸发器的气氨换热，降温后的液氨经减压阀后进入蒸发器，与来自外界载冷剂换热，降温后的载冷剂出系统；气化后的气氨与来自储罐的液氨换热；换热后的气氨进入压缩机压缩，电机能源依靠透平机做功发电，升压后的气氨进入吸收器被吸收，完成氨系统循环。
降温后的载冷剂进入一级换热器中与冷凝器循环冷却水换热，降低冷凝器冷凝温度，同时，冷凝压力降低，透平机进出口压差变大，发电量增加，将多余的制冷量转换为发电；发电机发电端与电网连接，将发出的电输送至电网或内部电机使用，当自发电供内部压缩机使用时，会降低制冷温度，增加制冷量，发电量减少。
实施例2
本实施例的可调节式冷电联供系统，发生器设有两级，包括一级发生器和二级发生器，还包括吸收器、冷凝器、一级换热器、蒸发器、透平机、发电机、压缩机，透平机位于一级发生器的气态制冷剂出口和冷凝器的气态制冷剂进口之间，压缩机位于蒸发器气态制冷剂出口和吸收器的气态制冷剂进口之间，透平机的透平轴连接发电机的输入轴，利用气态制冷剂的高温高压在透平机内膨胀做功以带动发电机发电，发电机的供电端连接压缩机，压缩机用于将蒸发器排出的低压气态制冷剂压缩升压，升压后的气态制冷剂进入吸收器，一级换热器位于冷凝器冷却水进口前，一级换热器的管程走冷却水，壳程进出口均连接在蒸发器的载冷剂出口管道上，利用蒸发器中降温的载冷剂为进入冷凝器的冷却水进行制冷。
一级发生器和二级发生器循环使用同一组热源，热源进入一级发生器后进入二级发生器，一级发生器的贫液出口连接至吸收器的贫液进口，一级发生器的气态制冷剂出口通过透平机连接冷凝器的气态制冷剂进口，二级发生器的工质溶液出口经过工质泵连接一级发生器的工质溶液进口，吸收器的富液出口通过富液泵连接二级发生器的富液进口，二级发生器的气态制冷剂出口连接冷凝器的气态制冷剂进口。
一级发生器的贫液出口依次经过一级GAX换热器和二级GAX换热器连接至吸收器的贫液进口，二级发生器的工质溶液出口依次经过工质泵和一级GAX换热器连接一级发生器的工质溶液进口，吸收器的富液出口依次通过富液泵和二级GAX换热器连接二级发生器的富液进口。
高温热源进入一级发生器中，加热富氨溶液，高压下气氨析出，解吸后的贫氨溶液进入一级GAX换热器中，与来自二级发生器的工质溶液进行换热，换热后进入二级GAX换热器，与来自吸收器的富氨溶液进行热交换，降温后经减压阀进入吸收器中，吸收来自蒸发器制冷的气氨，吸收过程中热量由循环冷却水带走，吸收后形成富氨溶液，富氨溶液经富液泵升压后进入二级GAX换热器后，与来自一级发生器的高温贫氨溶液换热，升温后进入二级发生器中，热源从一级发生器中进入二级发生器中，加热二级发生器中的工质溶液，未完全解吸的工质溶液经过工质溶液泵和一级GAX换热器进入一级发生器中，以此完成溶液循环。
一级发生器中解吸出的高温高压气氨进入透平机中膨胀做功，带动发电机发电，发电供机组内部电机及压缩机使用，做功后的乏汽和二级发生器解吸出的气氨混合进入冷凝器中，被来自外界的循环冷却水冷凝为液氨，进入储罐，从储罐出来的饱和液氨进入GVX换热器中，与来自蒸发器的气氨换热，降温后的液氨经减压阀后进入蒸发器，与来自外界载冷剂换热，降温后的载冷剂出系统；气化后的气氨与来自储罐的液氨换热；换热后的气氨进入压缩机压缩，电机能源依靠透平机做功发电，升压后的气氨进入吸收器被吸收，完成氨系统循环。
本实施例中使用双级发生器在利用高温热源的同时，通过两级解吸的温度梯度，
可以将热源利用至更低的温度，能够更充分的利用高温热源。
本发明结合现有冷电联供工艺，在吸收式制冷系统的基础上，在制冷剂的循环过程中，利用发生器的高温高压气态制冷剂在透平机内膨胀做功以带动发电机发电为压缩机供电，利用压缩机将蒸发器排出的低压气态制冷剂压缩升压，升压后的气态制冷剂进入吸收器，以实现制冷和发电无极调节。
上述的可调节式冷电联供系统，运行方法步骤包括：
(1)富液泵的工质溶液进入发生器开始雾化，建立工质循环，当发生器到达一定液位时，提供热源进入发生器，蒸发出系统需要的气态制冷剂量，准备建立制冷剂循环；
(2)连通冷凝器-蒸发器-吸收器-发生器的制冷剂流程，发生器内雾化的工质溶液与高温高压的制冷剂直接接触进行传热传质，工质溶液中的气态制冷剂被蒸发出发生器，高温高压气态制冷剂在透平机内膨胀做功以带动发电机发电为压缩机供电，然后进入冷凝器进行冷凝，冷凝后的液态制冷剂进入蒸发器与载冷剂进行换热，液态制冷剂蒸发形成气态制冷剂经过压缩机压缩升压进入吸收器，和吸收器的工质溶液混合经过富液泵泵入发生器，从而建立制冷剂循环；
(3)当用户端需要调整载冷剂制冷量时，可自行调节制冷量数值，当外界制冷量要求降低时，被降温后的载冷剂进入一级换热器中与冷凝器循环冷却水换热，降低冷凝器冷凝温度以提供更多制冷量，当外界制冷量要求增加时，将发电机输出的电量供压缩机，降低载冷剂输出温度以及提高制冷量，当调节结果达到用户端制冷量数值后，制冷系统不再调整，工质溶液和制冷剂系统到达新的平衡。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可调节式冷电联供系统，其特征在于，包括发生器、吸收器、冷凝器、一级换热器、蒸发器、透平机、发电机、压缩机，发生器为至少一级，所述透平机位于发生器的气态制冷剂出口和冷凝器的气态制冷剂进口之间，所述压缩机位于蒸发器气态制冷剂出口和吸收器的气态制冷剂进口之间，所述透平机的透平轴连接发电机的输入轴，利用气态制冷剂的高温高压在透平机内膨胀做功以带动发电机发电，所述发电机的供电端连接压缩机，所述压缩机用于将蒸发器排出的低压气态制冷剂压缩升压，升压后的气态制冷剂进入吸收器，所述一级换热器位于冷凝器冷却水进口前，所述一级换热器的管程走冷却水，壳程进出口均连接在蒸发器的载冷剂出口管道上，利用蒸发器中降温的载冷剂为进入冷凝器的冷却水进行制冷。
2.根据权利要求1所述的一种可调节式冷电联供系统，其特征在于，所述发生器的贫液出口连接吸收器的贫液进口，所述吸收器的富液出口通过富液泵连接发生器的富液进口，所述发生器的气态制冷剂出口通过透平机连接冷凝器的气态制冷剂进口，所述冷凝器的液体制冷剂出口通过储罐连接蒸发器的液体制冷剂进口，所述蒸发器气态制冷剂出口通过压缩机连接吸收器的气态制冷剂进口。
3.根据权利要求1所述的一种可调节式冷电联供系统，其特征在于，所述冷凝器的液体制冷剂出口依次经过储罐和GVX换热器连接蒸发器的液体制冷剂进口，所述蒸发器气态制冷剂出口依次经过GVX换热器和压缩机连接吸收器的气态制冷剂进口，利用液态制冷剂与气态制冷剂进行热交换以用于液态制冷剂降温和气态制冷剂升温。
4.根据权利要求1所述的一种可调节式冷电联供系统，其特征在于，所述发生器设有一级，所述发生器的贫液出口依次通过GAX换热器和减压阀连接吸收器的贫液进口，所述吸收器的富液出口依次通过富液泵和GAX换热器连接发生器的富液进口，利用富液与贫液进行热交换以用于过热富液和过冷贫液。
5.根据权利要求1所述的一种可调节式冷电联供系统，其特征在于，所述发生器设有两级，包括一级发生器和二级发生器，所述一级发生器和二级发生器循环使用同一组热源，热源进入一级发生器后进入二级发生器，所述一级发生器的贫液出口连接至吸收器的贫液进口，所述一级发生器的气态制冷剂出口通过透平机连接冷凝器的气态制冷剂进口，所述二级发生器的工质溶液出口经过工质泵连接一级发生器的工质溶液进口，所述吸收器的富液出口通过富液泵连接二级发生器的富液进口，所述二级发生器的气态制冷剂出口连接冷凝器的气态制冷剂进口。
6.根据权利要求5所述的一种可调节式冷电联供系统，其特征在于，所述一级发生器的贫液出口依次经过一级GAX换热器和二级GAX换热器连接至吸收器的贫液进口，所述二级发生器的工质溶液出口依次经过工质泵和一级GAX换热器连接一级发生器的工质溶液进口，所述吸收器的富液出口依次通过富液泵和二级GAX换热器连接二级发生器的富液进口。
7.一种可调节式冷电联供工艺，其特征在于，由权利要求1-6任一所述的可调节式冷电联供系统实现，在制冷剂的循环过程中，利用发生器的高温高压气态制冷剂在透平机内膨胀做功以带动发电机发电为压缩机供电，利用压缩机将蒸发器排出的低压气态制冷剂压缩升压，升压后的气态制冷剂进入吸收器，通过一级换热器将载冷剂与冷凝器循环冷却水换热，以实现制冷和发电无极调节。
8.一种可调节式冷电联供系统的运行方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一所述的可调节式冷电联供系统，其步骤包括：
（1）富液泵的工质溶液进入发生器开始雾化，建立工质循环，当发生器到达一定液位时，提供热源进入发生器，蒸发出系统需要的气态制冷剂量，准备建立制冷剂循环；
（2）连通冷凝器-蒸发器-吸收器-发生器的制冷剂流程，发生器内雾化的工质溶液与高温的热源间接接触进行传热传质，工质溶液中的气态制冷剂被蒸发出发生器，高温高压气态制冷剂在透平机内膨胀做功以带动发电机发电为压缩机供电，然后进入冷凝器进行冷凝，冷凝后的液态制冷剂进入蒸发器与载冷剂进行换热，液态制冷剂蒸发形成气态制冷剂经过压缩机压缩升压进入吸收器，和吸收器的工质溶液混合经过富液泵泵入发生器，从而建立制冷剂循环；
（3）当用户端需要调整载冷剂制冷量时，可自行调节制冷量数值，当制冷负荷降低时，将降温后的载冷剂进入一级换热器中与冷凝器循环冷却水换热，降低系统冷凝温度，增加透平机进出口压差，增加透平发电机的发电量；当制冷负荷增加时，将透平发电机输出的电量供吸收器进口的压缩机使用，可降低蒸发压力，提高吸收压力，增强吸收效果，可降低载冷剂的输出温度及提高制冷量，当调节结果达到用户端制冷量数值后，制冷系统不再调整，工质溶液和制冷剂系统到达新的平衡。
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