CN114483240A - 一种利用工业余热储能发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种利用工业余热储能发电系统，包括：工业余热回收回路；工业余热存储回路；热泵制冷系统；蓄冷回路；控制蓄热温度稳定的方法如下：S1，测量所述工业余热存储回路中的蓄热流体工质的实时质量；S2，控制器通过控制所述工业余热存储回路中的高温蓄热循环风机运行工况以控制蓄热工质的流速、稳定蓄热温度。通过控制器通过控制工业余热存储回路中的高温蓄热循环风机运行工况以控制蓄热工质的流速、稳定蓄热温度。从而降低工业余热温度变化带来的影响。并且，在本发明中还提供了蓄热流体工质的实时质量流量的公式，使技术人员可以根据工业余热温度调整蓄热流体工质的流量。
Description
技术领域
本发明涉及热泵储电储能以及能量再利用技术领域，具体涉及一种利用工业余热储能发电系统。
背景技术
以环境温度为基准，被考察体系排出的热载体可释放的热称为余热。利用从工业设备回收的余热作为热源的城市集中供热方式。多数耗能设备，如原动机、加热炉等，都只利用了热能中的一小部分。回收一部分本来废弃不用的工业余热进行集中供热，能节约一次能源，从而提高经济效益，减少污染。
工业消耗的能源部门品种包括原煤、洗煤、焦炭、油品、天然气、热力、电力等。但是，由于工业能源部门的运行情况具有多样性，导致由于工业余热温度具有波动性强的问题。现有技术中的工业余热储能发电系统缺乏有效地调整蓄热温度的稳定手段，所以难以高效率、安全地利用工业余热。
发明内容
本发明旨在提供一种利用工业余热储能发电系统，以解决由于工业余热温度具有波动性强，导致的工业余热储能发电系统难以高效率、安全地利用工业余热的问题。为此，本发明提供一种利用工业余热储能发电系统，包括：
工业余热回收回路，包括：温度测量装置、工业余热吸收换热器；
工业余热存储回路，包括：工业余热吸收换热器、高温蓄热循环风机、与所述高温蓄热循环风机相连的变频器，以及高温蓄热填充床；
热泵制冷系统，包括：制冷膨胀机组、冷能吸收换热器，以及制冷压缩机构和余热回收换热机构；
蓄冷回路，包括：冷能吸收换热器和低温填充床；
控制蓄热温度稳定的方法如下：
S1，测量所述工业余热存储回路中的蓄热流体工质的实时质量，具体方法如下：通过所述温度测量装置测量工厂侧余热温度；当所述温度测量装置测得的温度不低于Ttarget时，对热能进行回收；
所述工业余热存储回路中的蓄热流体工质的实时质量流量为：
其中：Ta,in，Ta,out分别为工业余热吸收换热器11中a流体的进出口温度。Ta,out即为冷热能热机发电所需的蓄热温度Ttarget；Tb,in即为所述温度测量装置测得的温度；
S2，控制器通过控制所述工业余热存储回路中的高温蓄热循环风机运行工况以控制蓄热工质的流速、稳定蓄热温度。
可选的，在步骤S2中，所述高温蓄热循环风机包括：变频调速主风机和工频辅风机；和/或，
在步骤S2中，所述高温蓄热循环风机包括：变频调速主风机和变频调速辅风机；所述变频调速辅风机的最大流量值为所述变频调速主风机的1/3至1/2。
可选的，利用工业余热储能发电系统，还包括：
冷热能热机发电回路，包括：低温填充床、压缩机组、第一余热排散换热器、中低温蓄热填充床、高温蓄热填充床、膨胀机组、发电单元，以及第二余热排散换热器。
利用工业余热储能发电系统，还包括：中低温余热存储回路，包括：中低温蓄热填充床和余热回收换热机构。
可选的：所述制冷压缩机构包括：第一级制冷压缩机组、第二级制冷压缩机组和第三级制冷压缩机组；和/或，
所述余热回收换热机构包括：第一余热回收换热器、第二余热回收换热器和第三级余热回收换热器；和/或，
所述热泵制冷系统还包括：制冷驱动单元；和/或，
蓄冷回路还包括蓄冷循环风机；和/或，
所述工业余热回收回路还包括：工厂侧流体驱动装置；和/或，
所述中低温余热存储回路还包括：中低温蓄热循环风机。
可选的，利用工业余热储能发电系统在用电低谷期，将电能转化为冷能存储的具体方法如下：
常温常压的流动工质流入所述制冷压缩机构进行压缩，所述流动工质通过所述余热回收换热机构和所述中低温余热存储回路中的流动介质换热，将压缩热交换到中低温余热存储回路的流动介质中；从所述余热回收换热机构流出的流动工质为常温、中/高压状态；
常温、中/高压状态的流动工质流入制冷膨胀机组膨胀至低温常压状态，并流入冷能吸收换热器释放冷能；从所述冷能吸收换热器流出的常温常压气体再次流入所述所述制冷压缩机构压缩；反复上述步骤，将电能转化为高品位的冷能；
所述流动工质流入冷能吸收换热器中吸收冷能至低温常压状态；低温的气体工质流入低温填充床，将冷能存储在其中；完成换热过程的常温常压气体从所述低温填充床流出，再次受驱动地流入冷能吸收换热器重新参与循环。
可选的，利用工业余热储能发电系统，还包括：储存所述热泵制冷系统在产生冷能的同时，产生的中低温压缩热的步骤，具体方法如下：
启动所述热泵制冷系统的同时，启动所述中低温余热存储回路的中低温蓄热循环风机，驱动蓄热流动工质流入所述余热回收换热机构中吸收压缩热后，蓄热流动工质携带热能进入所述中低温蓄热填充床，所述中低温蓄热填充床进行储热后，释热后的蓄热流动工质流到中低温蓄热循环风机，反复参加循环以将热泵制冷系统中产生的压缩热回收储存。
可选的，将工厂投入生产产生的热能吸收和存储的具体方法如下：
工厂侧流体驱动装置驱动吸热流体流入工厂内吸收热能，所述温度测量装置对吸热后的高温流动工质的温度进行测量，吸热后的高温流动工质流入工业余热吸收换热器释放热能后再次达到工厂侧流体驱动装置入口；
高温蓄热循环风机驱动蓄热工质流入工业余热吸收换热器吸收高温热能后至高温状态，高温的蓄热工质流入高温蓄热填充床，将热能存储在所述高温蓄热填充床中；在所述高温蓄热填充床中释放完热能后流出的蓄热工质再次流到所述高温蓄热循环风机入口重新参与循环，将工业余热存储。
可选的，当处于用电高峰期时，将存储的热能和冷能转化为电能释放的具体方法如下：
常温常压的气体工质流入低温填充床吸收存储在其中的低温冷能至低温常压状态后，流入压缩机组压缩至常温、中/高压状态；
常温、中高压的流体工质流入所述第一余热排散换热器将不可逆能量损失排散到环境中去，达到室温、中/高压状态；
室温的流动工质依次流经中低温蓄热填充床、高温蓄热填充床吸收热能；经过所述高温蓄热填充床流出的气体工质转换至高温、中/高压状态，流入膨胀机组；
所述膨胀机组分别与压缩机组和发电单元驱动连接，所述膨胀机组带动发电单元将动能转化为电能释放；
膨胀做功后的流动工质达到常温常压状态，受驱动地流入第二余热排散换热器将余热排散到大气环境中；且该流动工质再次进入低温填充床吸收冷能，重复上述步骤。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的利用工业余热储能发电系统，包括：工业余热回收回路，包括：温度测量装置、工业余热吸收换热器；工业余热存储回路，包括：工业余热吸收换热器、高温蓄热循环风机、与所述高温蓄热循环风机相连的变频器，以及高温蓄热填充床；
热泵制冷系统，包括：制冷膨胀机组、冷能吸收换热器，以及制冷压缩机构和余热回收换热机构；蓄冷回路，包括：冷能吸收换热器和低温填充床；
控制蓄热温度稳定的方法如下：
S1，测量所述工业余热存储回路中的蓄热流体工质的实时质量，具体方法如下：通过所述温度测量装置测量工厂侧余热温度；当所述温度测量装置测得的温度不低于Ttarget时，对热能进行回收；
所述工业余热存储回路中的蓄热流体工质的实时质量流量为：
其中：Ta,in，Ta,out分别为工业余热吸收换热器11中a流体的进出口温度。Ta,out即为冷热能热机发电所需的蓄热温度Ttarget；Tb,in即为所述温度测量装置测得的温度；
S2，控制器通过控制所述工业余热存储回路中的高温蓄热循环风机运行工况以控制蓄热工质的流速、稳定蓄热温度。
由于工业能源部门运行情况的有多样性强，导致工业余热的温度波动性非常强。现有技术中的工业余热储能发电系统虽然有考虑工业余热温度波动的问题，但是现有技术中缺乏针对于不同温度热源的调控措施。在本发明中，通过温度测量装置测量工厂侧瞬时余热温度。并且，还通过控制器通过控制工业余热存储回路中的高温蓄热循环风机运行工况以控制蓄热工质的流速、稳定蓄热温度。高温蓄热循环风机可以根据工业余热的实际温度情况变频运行，从而调整蓄热工质的流速，在工业余热温度较高时提高蓄热工质的流速，反之降低蓄热工质的流速从而保证工业余热温度可以较为稳定地传递至蓄热工质、提高工业余热温度较低时蓄热工质的热传导时间、降低工业余热温度较高时的热传导时间，从而降低工业余热温度变化带来的影响。并且，在本发明中还提供了蓄热流体工质的实时质量流量的公式，使技术人员可以根据工业余热温度调整蓄热流体工质的流量。
2.本发明提供的利用工业余热储能发电系统，在步骤S2中，所述高温蓄热循环风机包括：变频调速主风机和工频辅风机；和/或，在步骤S2中，所述高温蓄热循环风机包括：变频调速主风机和变频调速辅风机；所述变频调速辅风机的最大流量值为所述变频调速主风机的1/3至1/2。
在本发明中，若储能发电系统装机较大，工业余热温度变化范围较大，由于辅风机和主风机的额定流量差别较大，在本发明中通过增加一个中流量的变频调速辅风机，该变频调速辅风机的流量取为主风机的1/3至1/2。甚至，在特殊情况下还可以增加多个中流量风机，这样可以保证设备在任何流量段运行时均处于高效率段。
另外，在本发明中还可以设置变频调速主风机和工频辅风机，从而控制蓄热流体工质流量，以提高工业余热储能发电系统的工作效率。
3.本发明提供的利用工业余热储能发电系统，还包括：冷热能热机发电回路，包括：低温填充床、压缩机组、第一余热排散换热器、中低温蓄热填充床、高温蓄热填充床、膨胀机组、发电单元，以及第二余热排散换热器。中低温余热存储回路，包括：中低温蓄热填充床和余热回收换热机构。
利用工业余热储能发电系统在用电低谷期，将电能转化为冷能存储的具体方法如下：常温常压的流动工质流入所述制冷压缩机构进行压缩，所述流动工质通过所述余热回收换热机构和所述中低温余热存储回路中的流动介质换热，将压缩热交换到中低温余热存储回路的流动介质中；从所述余热回收换热机构流出的流动工质为常温、中/高压状态；常温、中/高压状态的流动工质流入制冷膨胀机组膨胀至低温常压状态，并流入冷能吸收换热器释放冷能；从所述冷能吸收换热器流出的常温常压气体再次流入所述制冷压缩机构压缩；反复上述步骤，将电能转化为高品位的冷能；所述流动工质流入冷能吸收换热器中吸收冷能至低温常压状态；低温的气体工质流入低温填充床，将冷能存储在其中；完成换热过程的常温常压气体从所述低温填充床流出，再次受驱动地流入冷能吸收换热器重新参与循环。
在本发明中，通过设置中低温蓄热填充床，该中低温蓄热填充床可以有效地将制冷压缩机构在压缩过程中产生的热量通过中低温余热存储回路储存至中低温蓄热填充床中。通过上述结构可以有效地将制冷压缩机构在压缩过程中产生的热量储存再利用。
4.本发明提供的利用工业余热储能发电系统，还包括：储存所述热泵制冷系统在产生冷能的同时，产生的中低温压缩热的步骤，具体方法如下：
启动所述热泵制冷系统的同时，启动所述中低温余热存储回路的中低温蓄热循环风机，驱动蓄热流动工质流入所述余热回收换热机构中吸收压缩热后，蓄热流动工质携带热能进入所述中低温蓄热填充床，所述中低温蓄热填充床进行储热后，释热后的蓄热流动工质流到中低温蓄热循环风机，反复参加循环以将热泵制冷系统中产生的压缩热回收储存。
在本发明中制冷压缩机构产生的压缩热通过中低温余热存储回路储存，中低温余热存储回路的中低温蓄热循环风机驱动工质进入余热回收换热机构中吸热，再将上述热量储存至中低温蓄热填充床中。进而在后续膨胀机组通过高温气体工质发电过程中利用，或者还可以将上述中低温蓄热填充床中的热量利用在其它位置。
5.本发明提供的利用工业余热储能发电系统，将工厂投入生产产生的热能吸收和存储的具体方法如下：
工厂侧流体驱动装置驱动吸热流体流入工厂内吸收热能，所述温度测量装置对吸热后的高温流动工质的温度进行测量，吸热后的高温流动工质流入工业余热吸收换热器释放热能后再次达到工厂侧流体驱动装置入口；
高温蓄热循环风机驱动蓄热工质流入工业余热吸收换热器吸收高温热能后至高温状态，高温的蓄热工质流入高温蓄热填充床，将热能存储在所述高温蓄热填充床中；在所述高温蓄热填充床中释放完热能后流出的蓄热工质再次流到所述高温蓄热循环风机入口重新参与循环，将工业余热存储。
在本发明中，通过上述方法可以有效地将工厂运行过程中产生的热能通过高温蓄热填充床储存。而且，应用在储热过程中的蓄热工质可以反复参与蓄热和蓄冷循环，有效地优化了储能发电系统的管路，使其无需两套单独的管路。
6.本发明提供的利用工业余热储能发电系统，当处于用电高峰期时，将存储的热能和冷能转化为电能释放的具体方法如下：
常温常压的气体工质流入低温填充床吸收存储在其中的低温冷能至低温常压状态后，流入压缩机组压缩至常温、中/高压状态；
常温、中高压的流体工质流入所述第一余热排散换热器将不可逆能量损失排散到环境中去，达到室温、中/高压状态；
室温的流动工质依次流经中低温蓄热填充床、高温蓄热填充床吸收热能；经过所述高温蓄热填充床流出的气体工质转换至高温、中/高压状态，流入膨胀机组；
所述膨胀机组分别与压缩机组和发电单元驱动连接，所述膨胀机组带动发电单元将动能转化为电能释放；
膨胀做功后的流动工质达到常温常压状态，受驱动地流入第二余热排散换热器将余热排散到大气环境中；且该流动工质再次进入低温填充床吸收冷能，重复上述步骤。
在本发明中，流动工质在低温填充床吸收冷能，并通过压缩机组将冷能转化为电能释放。上述流动工质再次依次进入中低温蓄热填充床、高温蓄热填充床吸收热能。在该步骤中流动工质有效地利用了中低温蓄热填充床中储存的中低温热能，并且使冷能和热能回路有效地连通在一起，通过流动工质分别进行针对于冷热能回路的储能和放电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的利用工业余热储能发电系统结构示意图。
附图标记说明：
1-低温填充床；2-压缩机组；3-第一余热排散换热器；4-中低温蓄热填充床；5-高温蓄热填充床；6-膨胀机组；7-发电单元；8-第二余热排散换热器；9-工厂侧流体驱动装置；10-温度测量装置；11-工业余热吸收换热器；12-制冷驱动单元；13-制冷膨胀机组；14-冷能吸收换热器；15-第一级制冷压缩机组；16-第二级制冷压缩机组；17-第三级制冷压缩机组；18-第一余热回收换热器；19-第二余热回收换热器；20-第三级余热回收换热器；21-中低温蓄热循环风机；22-高温蓄热循环风机；23-变频器；24-蓄冷循环风机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
记载了一种利用工业余热储能发电系统，如图1所示，包括：
工业余热回收回路，包括：温度测量装置10、工业余热吸收换热器11；
工业余热存储回路，包括：工业余热吸收换热器11、高温蓄热循环风机22、与所述高温蓄热循环风机22相连的变频器23，以及高温蓄热填充床5；
热泵制冷系统，包括：制冷膨胀机组13、冷能吸收换热器14，以及制冷压缩机构和余热回收换热机构；
冷热能热机发电回路，包括：低温填充床1、压缩机组2、第一余热排散换热器3、中低温蓄热填充床4、高温蓄热填充床5、膨胀机组6、发电单元7，以及第二余热排散换热器8。
中低温余热存储回路，包括：中低温蓄热填充床4和余热回收换热机构。
所述制冷压缩机构包括：第一级制冷压缩机组15、第二级制冷压缩机组16和第三级制冷压缩机组17；
所述余热回收换热机构包括：第一余热回收换热器18、第二余热回收换热器19和第三级余热回收换热器20；
所述热泵制冷系统还包括：制冷驱动单元12；
蓄冷回路还包括蓄冷循环风机24；
所述工业余热回收回路还包括：工厂侧流体驱动装置9；
所述中低温余热存储回路还包括：中低温蓄热循环风机21。
在本实施例中，所述高温蓄热循环风机22包括：变频调速主风机和工频辅风机。
如图1所示，利用工业余热储能发电系统的控制方法如下：
在用电低谷期，系统进行蓄冷蓄热。
启动热泵制冷系统，将电能转化为冷能存储。
制冷膨胀机组13与制冷压缩机构传动连接，制冷驱动单元12与制冷膨胀机组13驱动连接。常温常压的流动工质流入制冷压缩机构进行压缩。每一级制冷压缩机组后面串联一个余热回收换热器，即第一级制冷压缩机组15、第一级余热回收换热器18、第二级制冷压缩机组16、第二级余热回收换热器19、第三级制冷压缩机组17、第三级余热回收换热器20依次串联。流动工质通过每一级余热回收换热器与中低温余热存储回路中的流动介质换热，将压缩热交换到中低温余热存储回路的流动介质中。从第三级余热回收换热器20流出的流动工质为常温、中/高压状态。
常温、中/高压的流动工质流入制冷膨胀机组13膨胀至低温常压状态，随后流入冷能吸收换热器14释放冷能。从冷能吸收换热器14流出的常温常压气体再次流入多级中间冷却制冷压缩机组进行压缩。如此反复，不断的将电能转化为高品位的冷能。
启动蓄冷循环风机24驱动流动工质沿管路流入冷能吸收换热器14中吸收冷能至低温常压状态。低温的气体工质流入低温填充床1与其中的固体颗粒蓄冷介质进行热交换，将冷能存储在其中。完成换热过程的常温常压气体从低温填充床1中流出，再次流入蓄冷循环风机24的入口重新参与循环。如此反复，不断的将冷能存储起来。
在本实施例中，热泵制冷系统在产生冷能的同时，也会产生中低温的压缩热。本发明中的利用工业余热储能发电系统还能够将该能量继续了回收利用。
在启动热泵制冷系统的同时，启动中低温余热存储回路中的中低温蓄热循环风机21，驱动回路中的蓄热流动工质在流入热泵制冷系统的余热回收换热机构之前，经过管路受控制地可以均匀或者不均匀的分配后分别流入第一余热回收换热器18、第二余热回收换热器19和第三级余热回收换热器20中吸收压缩热后，蓄热流动工质携带热能沿管路流出，经汇总后流入中低温蓄热填充床4，与其中的固体蓄热颗粒材料换热，将热能存储在中低温蓄热填充床4中。释热后的蓄热流动工质流出中低温蓄热填充床4，沿管路流到中低温蓄热循环风机21前，再次参加循环。如此反复，不断的将热泵制冷系统中产生的压缩热回收存储起来。
当工厂投入生产产生热能时，启动工业余热吸收回路、工业余热存储回路进行热能吸收和存储。
工厂侧流体驱动装置9驱动吸热流体流入工厂内吸收热能，然后高温的流动工质沿流入工业余热吸收换热器11释放热能后再次达到工厂侧流体驱动装置9入口。使用温度测量装置10对工业余热温度进行测量。
同时，启动高温蓄热循环风机22驱动蓄热工质流入工业余热吸收换热器11吸收高温热能后至高温状态，高温的蓄热工质流入高温蓄热填充床5与其中的固体蓄热颗粒材料继续换热，将热能存储在其中。在高温蓄热填充床5中释放完热能后流出的蓄热工质再次流到高温蓄热循环风机22入口重新参与循环。如此反复，不断将工业余热存储起来。
在本发明中，由于工业余热温度波动性强，通过控制蓄热回路中的高温蓄热循环风机22运行工况来控制蓄热工质的流速，可以有效地达到蓄热温度稳定的目的。蓄热工质流速的具体控制方法如下：
将冷热能热机发电的蓄热温度设为Ttarget，以此温度为目标温度。当温度测量装置10测得的温度不低于Ttarget，对热能进行回收。
将工业余热存储回路中的流动工质称为a流体，工业余热吸收回路中的流动工质称为b流体。
根据能量守恒，忽略能量损失，在工业余热吸收换热器11的b流体侧输出的能量等于a流体侧获得的能量。
即：macp,a(Ta,out-Ta,in)＝mbcp,b(Tb,in-Tb,out) (1)
其中：Ta,in、Ta,out分别为工业余热吸收换热器11中a流体的进出口温度。Ta,out即为冷热能热机发电所需的蓄热温度Ttarget。Tb,in即为温度测量装置10测得的温度。
换热器设计要求满足工业余热温度达到最高值、蓄热流动工质流量达到最大值时所需的传热速率。工业余热吸收回路中的流动工质的质量流量mb保持恒定。工业余热吸收回路中的流动工质即为上述b流体。
当忽略工业余热吸收换热器11低温侧的极小端差，则Ta,in＝Tb,out。
将Ta,in，Ta,out的差值记为ΔTa。
式(1)即可以写为macp,aΔTa＝mbcp,b(Tb,in-Ttarget+ΔTa) (2)
由式(2)可以得到工业余热存储回路中的蓄热流体工质的实时质量流量。工业余热存储回路中的蓄热流体工质即为a流体。
风机可以根据实际情况变频运行。高温蓄热循环风机22的变频运行在变频器23的控制下进行。
风机转速与通风量qv、静压p和轴功率P之间的关系分别呈一次、二次、三次函数关系，表示为：
若工业余热温度变化范围较大，可以采用以下方式来满足全范围流量控制：
方法1：变频调速主风机+工频辅风机
方法2：变频调速主风机+变频调速辅风机
若储能发电系统装机较大，工业余热温度变化范围较大，由于辅风机和主风机的额定流量差别较大，可以考虑增加一个中流量的变频调速风机，流量取为主风机的1/3至1/2。特殊情况下还可以增加多个中流量风机，这样可以保证设备在任何流量段运行时均处于高效率段。
当处于用电高峰期时，启动冷热能热机发电回路，将存储的热能和冷能转化为电能释放。
常温常压的气体工质流入低温填充床1吸收存储在其中的低温冷能至低温常压状态后，沿管路流入压缩机组2压缩至常温、中/高压状态。
常温、中高压的流体工质流入第一余热排散换热器3将不可逆损失排散到环境中去，达到室温、中/高压状态。
室温的流动工质流入蓄热填充床吸收热能。流动工质依次流经中低温蓄热填充床4、高温蓄热填充床5吸收热能。从高温蓄热填充床5流出的气体工质被提高至高温、中/高压状态，沿管路流入膨胀机组6膨胀做功。
膨胀机组6和压缩机组2传动连接，膨胀机组6与发电单元7驱动连接。膨胀机组6带动发电单元7将动能转化为电能释放。
膨胀做功后的流动工质达到常温常压状态，流入第二余热排散换热器8将余热排散到环境中去。
最后，室温常压的气体工质再次进入低温填充床1吸收冷能，参与循环。如此反复，不断的将冷热能转化为电能释放出来。
由于工业能源部门运行情况的有多样性强，导致工业余热的温度波动性非常强。现有技术中的工业余热储能发电系统虽然有考虑工业余热温度波动的问题，但是现有技术中缺乏针对于不同温度热源的调控措施。在本发明中，通过温度测量装置10测量工厂侧余热温度。并且，还通过控制器通过控制工业余热存储回路中的高温蓄热循环风机22运行工况以控制蓄热工质的流速、稳定蓄热温度。高温蓄热循环风机22可以根据工业余热的实际温度情况变频运行，从而调整蓄热工质的流速，在工业余热温度较高时提高蓄热工质的流速，反之降低蓄热工质的流速从而保证工业余热温度可以较为稳定地传递至蓄热工质、提高工业余热温度较低时蓄热工质的热传导时间、降低工业余热温度较高时的热传导时间，从而降低工业余热温度变化带来的影响。并且，在本发明中还提供了蓄热流体工质的实时质量流量的公式，使技术人员可以根据工业余热温度调整蓄热流体工质的流量。
实施例2
记载了一种利用工业余热储能发电系统，如图1所示，包括：
工业余热回收回路，包括：温度测量装置10、工业余热吸收换热器11；
工业余热存储回路，包括：工业余热吸收换热器11、高温蓄热循环风机22、与所述高温蓄热循环风机22相连的变频器23，以及高温蓄热填充床5；
热泵制冷系统，包括：制冷膨胀机组13、冷能吸收换热器14，以及制冷压缩机构和余热回收换热机构；
冷热能热机发电回路，包括：低温填充床1、压缩机组2、第一余热排散换热器3、中低温蓄热填充床4、高温蓄热填充床5、膨胀机组6、发电单元7，以及第二余热排散换热器8。
中低温余热存储回路，包括：中低温蓄热填充床4和余热回收换热机构。
所述制冷压缩机构包括：第一级制冷压缩机组15、第二级制冷压缩机组16和第三级制冷压缩机组17；
所述余热回收换热机构包括：第一余热回收换热器18、第二余热回收换热器19和第三级余热回收换热器20；
所述热泵制冷系统还包括：制冷驱动单元12；
蓄冷回路还包括蓄冷循环风机24；
所述工业余热回收回路还包括：工厂侧流体驱动装置9；
所述中低温余热存储回路还包括：中低温蓄热循环风机21。
在本实施例中，所述高温蓄热循环风机22包括：变频调速主风机和变频调速辅风机；所述变频调速辅风机的最大流量值为所述变频调速主风机的1/3。
当然，本实施例对变频调速辅风机的最大流量值不做具体限定，在其它实施例中，所述高温蓄热循环风机22包括：变频调速主风机和变频调速辅风机；所述变频调速辅风机的最大流量值为所述变频调速主风机的1/2。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种利用工业余热储能发电系统，其特征在于，包括：
工业余热回收回路，包括：温度测量装置(10)、工业余热吸收换热器(11)；
工业余热存储回路，包括：工业余热吸收换热器(11)、高温蓄热循环风机(22)、与所述高温蓄热循环风机(22)相连的变频器(23)，以及高温蓄热填充床(5)；
热泵制冷系统，包括：制冷膨胀机组(13)、冷能吸收换热器(14)，以及制冷压缩机构和余热回收换热机构；
蓄冷回路，包括：冷能吸收换热器(14)和低温填充床(1)；
控制蓄热温度稳定的方法如下：
S1，测量所述工业余热存储回路中的蓄热流体工质的实时质量，具体方法如下：通过所述温度测量装置(10)测量工厂侧余热温度；当所述温度测量装置(10)测得的温度不低于Ttarget时，对热能进行回收；
所述工业余热存储回路中的蓄热流体工质的实时质量流量为：
其中：Ta,in，Ta,out分别为工业余热吸收换热器11中a流体的进出口温度；Ta,out即为冷热能热机发电所需的蓄热温度Ttarget；Tb,in即为所述温度测量装置(10)测得的温度；
S2，控制器通过控制所述工业余热存储回路中的高温蓄热循环风机(22)运行工况以控制蓄热工质的流速、稳定蓄热温度。
2.根据权利要求1所述的利用工业余热储能发电系统，其特征在于，在步骤S2中，所述高温蓄热循环风机(22)包括：变频调速主风机和工频辅风机；和/或，
在步骤S2中，所述高温蓄热循环风机(22)包括：变频调速主风机和变频调速辅风机；所述变频调速辅风机的最大流量值为所述变频调速主风机的1/3至1/2。
3.根据权利要求1所述的利用工业余热储能发电系统，其特征在于，还包括：
冷热能热机发电回路，包括：低温填充床(1)、压缩机组(2)、第一余热排散换热器(3)、中低温蓄热填充床(4)、高温蓄热填充床(5)、膨胀机组(6)、发电单元(7)，以及第二余热排散换热器(8)。
4.根据权利要求1所述的利用工业余热储能发电系统，其特征在于，还包括：
中低温余热存储回路，包括：中低温蓄热填充床(4)和余热回收换热机构。
5.根据权利要求4所述的利用工业余热储能发电系统，其特征在于，
所述制冷压缩机构包括：第一级制冷压缩机组(15)、第二级制冷压缩机组(16)和第三级制冷压缩机组(17)；和/或，
所述余热回收换热机构包括：第一余热回收换热器(18)、第二余热回收换热器(19)和第三级余热回收换热器(20)；和/或，
所述热泵制冷系统还包括：制冷驱动单元(12)；和/或，
蓄冷回路还包括蓄冷循环风机(24)；和/或，
所述工业余热回收回路还包括：工厂侧流体驱动装置(9)；和/或，
所述中低温余热存储回路还包括：中低温蓄热循环风机(21)。
6.根据权利要求5所述的利用工业余热储能发电系统，其特征在于，
利用工业余热储能发电系统在用电低谷期，将电能转化为冷能存储的具体方法如下：
常温常压的流动工质流入所述制冷压缩机构进行压缩，所述流动工质通过所述余热回收换热机构和所述中低温余热存储回路中的流动介质换热，将压缩热交换到中低温余热存储回路的流动介质中；从所述余热回收换热机构流出的流动工质为常温、中/高压状态；
常温、中/高压状态的流动工质流入制冷膨胀机组(13)膨胀至低温常压状态，并流入冷能吸收换热器(14)释放冷能；从所述冷能吸收换热器(14)流出的常温常压气体再次流入所述所述制冷压缩机构压缩；反复上述步骤，将电能转化为高品位的冷能；
所述流动工质流入冷能吸收换热器(14)中吸收冷能至低温常压状态；低温的气体工质流入低温填充床(1)，将冷能存储在其中；完成换热过程的常温常压气体从所述低温填充床(1)流出，再次受驱动地流入冷能吸收换热器(14)重新参与循环。
7.根据权利要求6所述的利用工业余热储能发电系统，其特征在于，还包括：储存所述热泵制冷系统在产生冷能的同时，产生的中低温压缩热的步骤，具体方法如下：
启动所述热泵制冷系统的同时，启动所述中低温余热存储回路的中低温蓄热循环风机(21)，驱动蓄热流动工质流入所述余热回收换热机构中吸收压缩热后，蓄热流动工质携带热能进入所述中低温蓄热填充床(4)，所述中低温蓄热填充床(4)进行储热后，释热后的蓄热流动工质流到中低温蓄热循环风机(21)，反复参加循环以将热泵制冷系统中产生的压缩热回收储存。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的利用工业余热储能发电系统，其特征在于，
将工厂投入生产产生的热能吸收和存储的具体方法如下：
工厂侧流体驱动装置(9)驱动吸热流体流入工厂内吸收热能，所述温度测量装置(10)对吸热后的高温流动工质的温度进行测量，吸热后的高温流动工质流入工业余热吸收换热器(11)释放热能后再次达到工厂侧流体驱动装置(9)入口；
高温蓄热循环风机(22)驱动蓄热工质流入工业余热吸收换热器(11)吸收高温热能后至高温状态，高温的蓄热工质流入高温蓄热填充床(5)，将热能存储在所述高温蓄热填充床(5)中；在所述高温蓄热填充床(5)中释放完热能后流出的蓄热工质再次流到所述高温蓄热循环风机(22)入口重新参与循环，将工业余热存储。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的利用工业余热储能发电系统，
当处于用电高峰期时，将存储的热能和冷能转化为电能释放的具体方法如下：
常温常压的气体工质流入低温填充床(1)吸收存储在其中的低温冷能至低温常压状态后，流入压缩机组(2)压缩至常温、中/高压状态；
常温、中高压的流体工质流入所述第一余热排散换热器(3)将不可逆能量损失排散到环境中去，达到室温、中/高压状态；
室温的流动工质依次流经中低温蓄热填充床(4)、高温蓄热填充床(5)吸收热能；经过所述高温蓄热填充床(5)流出的气体工质转换至高温、中/高压状态，流入膨胀机组(6)；
所述膨胀机组(6)分别与压缩机组(2)和发电单元(7)驱动连接，所述膨胀机组(6)带动发电单元(7)将动能转化为电能释放；
膨胀做功后的流动工质达到常温常压状态，受驱动地流入第二余热排散换热器(8)将余热排散到大气环境中；且该流动工质再次进入低温填充床(1)吸收冷能，重复上述步骤。
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