CN117267985A - 一种热电升温机组 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种热电升温机组，属于热泵系统的技术领域，具体包括:低温发生器组包括多个依次串联的第一发生器，用于对工作介质溶液依次加热浓缩，高温发生器组包括至少一个第二发生器，低温发生器组流出的工作介质溶液进入高温发生器组进行加热浓缩后排出；冷凝组件包括多个分别连通第一发生器和第二发生器的冷凝器，蒸发组件对冷凝组件排出的冷凝液进行蒸发产生蒸汽，高温发生器组排出的工作介质溶液进入吸收组件吸收蒸汽进行稀释；热水依次经过吸收组件、连通第一发生器的冷凝器以及连通第二发生器的冷凝器。本申请更加合理的利用高品位的调峰热源辅助驱动吸收式热泵，以获得更高的热水出口温度。
Description
技术领域
本申请涉及热泵系统的领域，尤其是涉及一种热电升温机组。
背景技术
目前，吸收式热泵在我国北方城市集中供热领域得到了广泛的应用，其应用场景主要有两个：一是用于热电厂加热一次热网水，一般采用汽轮机抽汽驱动，回收汽轮机乏汽或者循环冷却水余热，实现热电厂节能降耗；二是用于分布式热力站或者是集中能源站，加热二次热网热水，一般采用一次热网供水驱动，回收一次热网回水热量，实现一次热网的低温回水及大温差供热，降低一次热网投资和输送能耗，并为电厂余热回收创造条件。在上述两种吸收式热泵的应用场景中，经常要求吸收式热泵能够提供较高温度的热水，比如要求供水温度要达到90℃以上，但由于受到驱动热源温度的限制，常规的吸收式热泵难以满足要求。另外，可再生能源的装机容量和上网电量的占比近年来逐渐增加，但由于风电、光电等可再生能源具有随机性和波动性，其发电量的可控性极差，电网调节的压力也逐渐增加。如何利用电网低谷期电力供热，实现“热电协同”是当前亟需解决的一个课题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种热电升温机组，解决了现有技术中的问题，尽量多的利用低温热源驱动热泵，又能充分发挥高温热源特别是电力的品位优势，更加合理的利用高品位的调峰热源辅助驱动吸收式热泵，以获得更高的热水出口温度。
本申请提供的一种热电升温机组采用如下的技术方案：
一种热电升温机组，包括: 低温发生器组、高温发生器组、冷凝组件、吸收组件、蒸发组件和热水管道；
所述低温发生器组的出口连通高温发生器组的进口，所述低温发生器组包括多个依次串联的第一发生器，用于对工作介质溶液依次加热浓缩，所述高温发生器组包括至少一个第二发生器，所述低温发生器组流出的工作介质溶液进入所述高温发生器组进行加热浓缩后排出；所述冷凝组件包括多个分别连通第一发生器和第二发生器的冷凝器，所述冷凝组件用于对第一发生器和第二发生器产生的蒸汽进行冷凝，且所述冷凝组件的出口连通所述吸收组件的进口，其中，所述低温发生器组的驱动热源的温度为100-140℃，所述高温发生器组的驱动热源的温度大于140℃；
所述吸收组件和所述蒸发组件连通，所述蒸发组件对述冷凝组件排出的冷凝液进行蒸发产生蒸汽，所述高温发生器组排出的工作介质溶液进入所述吸收组件吸收蒸汽进行稀释，所述吸收组件的出口连通所述低温发生器组的进口；
所述热水管道布置在所述吸收组件和所述冷凝组件中，热水依次经过所述吸收组件、连通第一发生器的冷凝器以及连通第二发生器的冷凝器。
可选的，所述高温发生器组的驱动热源为电热元件，所述电热元件的热能以直接或间接的方式加热所述高温发生器组。
可选的，热电升温机组还包括热交换器，所述热交换器包括第一通道和第二通道，所述高温发生器组的出口连通所述第一通道的进口，所述吸收组件的进口连通所述第一通道的出口，所述吸收组件的出口连通所述第二通道的进口，所述低温发生器组的进口连通所述第二通道的出口。
可选的，热电升温机组还包括调峰加热器，所述调峰加热器对热水管道的出水口进行加热，以使所述热水管道的出水温度达到100-130℃。
可选的，所述低温发生器组的驱动热源为热水或低压蒸汽，其中，低压蒸汽的压力为0.1-0.4MPa。
可选的，所述高温发生器组的驱动热源为燃气、高压蒸汽、导热油或熔盐，其中，高压蒸汽的压力为0.4-1.0 MPa。
可选的，多个所述第一发生器从低至高依次设置从低至高分别为第1级发生器至第n-1级发生器，所述高温发生器组包括一个第n级发生器，所述第n级发生器的高度高于第n-1级发生器的高度。
可选的，所述冷凝组件包括多个串联的且从低至高依次设置的冷凝器，多个所述冷凝器从低至高依次为第1级冷凝器至第n级冷凝器，相同级的冷凝器和发生器相互连通。
可选的，所述吸收组件位于所述低温发生器组下方，所述蒸发组件位于所述冷凝组件下方，所述吸收组件包括多个串联的且从低至高依次设置的吸收器，多个所述吸收器从低至高依次为第1级吸收器至第m级吸收器，所述蒸发组件包括多个串联的且从低至高依次设置的蒸发器，多个所述蒸发器从低至高依次为第1级蒸发器至第m级蒸发器，相同级的吸收器和蒸发器相互连通。
综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
由于工作介质溶液的饱和温度随着溶液浓度的升高而升高，随着压力的升高而升高，而高温发生器组的第二发生器的工作介质溶液浓度最高，且发生压力也最高，发生器压力取决于对应级冷凝器的热水出口温度，因此高温发生器组需要的驱动热源温度最高，恰好与高品位的调峰热源相匹配。低温发生器组的多个第一发生器的溶液浓度虽然是逐级升高的，但压力却是逐级降低的，且浓度和压力均低于第二发生器，因此工作介质溶液饱和温度均较低，可以充分利用较低温度的驱动热源加热。因此，本申请既能尽量多的利用低温热源驱动热泵，又能充分发挥高温热源的品位优势，做到高质高用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。
图1为实施例一的热电升温机组的结构框图；
图2为实施例二的热电升温机组的结构框图；
图3为实施例三的热电升温机组的结构框图；
图4为实施例四的热电升温机组的结构框图；
图5为实施例五的热电升温机组的结构框图
附图标记说明：1、第一发生器；2、第二发生器；3、冷凝器；4、吸收器；5、蒸发器；6、热交换器；7、调峰加热器；8、热水管道。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供一种热电升温机组。
实施例一：
如图1所示，一种热电升温机组，包括: 低温发生器组、高温发生器组、冷凝组件、吸收组件、蒸发组件和热水管道8。
所述低温发生器组的出口连通高温发生器组的进口，所述低温发生器组包括多个依次串联的第一发生器1，用于对工作介质溶液依次加热浓缩，高温发生器组包括至少一个第二发生器2，低温发生器组流出的工作介质溶液进入高温发生器组进行加热浓缩后排出；冷凝组件包括多个分别连通第一发生器1和第二发生器2的冷凝器3，冷凝组件用于对第一发生器1和第二发生器2产生的蒸汽进行冷凝，且所述冷凝组件的出口连通吸收组件的进口，其中，低温发生器组的驱动热源的温度为100-140℃，高温发生器组的驱动热源的温度大于140℃。本实施例中工作介质溶液可以溴化锂水溶液，冷剂为水。
吸收组件和蒸发组件连通，蒸发组件对冷凝组件排出的冷凝液进行蒸发产生蒸汽，高温发生器组排出的工作介质溶液进入吸收组件吸收蒸汽进行稀释，吸收组件的出口连通低温发生器组的进口。
热水管道布置在吸收组件和冷凝组件中，热水依次经过吸收组件、连通第一发生器1的冷凝器3以及连通第二发生器2的冷凝器3。
由于工作介质溶液的饱和温度随着溶液浓度的升高而升高，随着压力的升高而升高，而高温发生器组的第二发生器2的工作介质溶液浓度最高，且发生压力也最高，发生器压力取决于对应级冷凝器3的热水出口温度，因此高温发生器组需要的驱动热源温度最高，恰好与高品位的调峰热源相匹配。低温发生器组的多个第一发生器1的溶液浓度虽然是逐级升高的，但压力却是逐级降低的，且浓度和压力均低于第二发生器2，因此工作介质溶液饱和温度均较低，可以充分利用较低温度的驱动热源加热。因此，本申请既能尽量多的利用低温热源驱动热泵，又能充分发挥高温热源的品位优势，做到高质高用。
热电升温机组还包括热交换器6，所述热交换器6包括紧挨的第一通道和第二通道，所述高温发生器组的出口连通第一通道的进口，所述吸收组件的进口连通第一通道的出口，所述吸收组件的出口连通第二通道的进口，所述低温发生器组的进口连通第二通道的出口。本申请利用吸收组件排出的稀释后的低温工作介质溶液对高温发生器组排出的高温浓缩的工作介质溶液进行降温，降低进入吸收组件的工作介质溶液的温度，同时利用高温发生器组排出的高温浓缩的工作介质溶液对吸收组件排出的稀释后的低温工作介质溶液进行升温，提高进入低温发生器组的工作介质溶液的温度。
多个第一发生器1从低至高分别为第1级发生器G1至第n-1级发生器Gn-1，所述高温发生器组包括一个第n级发生器Gn，所述第n级发生器的高度高于第n-1级发生器Gn-1的高度，第1级发生器G1溶液出口至第n级发生器Gn溶液进口的管路上串联有浓溶液泵Pg。第1级发生器G1的工作介质溶液通过浓溶液泵Pg输送至第n级发生器Gn中。
所述冷凝组件包括多个串联的且从低至高依次设置的冷凝器3，多个所述冷凝器3从低至高依次为第1级冷凝器C1至第n级冷凝器Cn，相同级的冷凝器3和发生器通过冷剂通道相互连通。
所述吸收组件位于低温发生器组下方，所述蒸发组件位于冷凝组件下方，吸收组件包括多个串联的且从低至高依次设置的吸收器4，多个所述吸收器4从低至高依次为第1级吸收器A1至第m级吸收器Am，蒸发组件包括多个串联的且从低至高依次设置的蒸发器5，多个所述蒸发器5从低至高依次为第1级蒸发器E1至第m级蒸发器Em，相同级的吸收器4和蒸发器5通过冷剂通道相互连通，第m级蒸发器Em的进口连通第1级冷凝器C1的出口。第1级吸收器A1出口至第n-1级发生器Gn-1溶液进口的管路上串联有稀溶液泵Pa，稀溶液泵Pa用于将第1级吸收器A1出口稀释的工作介质溶液输送至第n-1级发生器Gn-1。其中，蒸发组件的放热介质首先放热介质进口Si进入第1级蒸发器E1，然后依次串联通过第1级蒸发器E1至第m级蒸发器Em，逐级放热降温，最后从第m级蒸发器Em的放热介质出口So流出机组。
本实施例中，通过高温驱动热源HH加热第n级发生器，低温驱动热源HL加热第1级发生器G1至第n-1级发生器Gn-1，每个第一发生器1均有一个低温驱动热源HL对其进行加热，高温驱动热源HH作为高温发生器组的驱动热源，低温驱动热源HL作为低温发生器组的驱动热源。热水从热水管道8在第1级吸收器处的热水进口Wi进入，依次串联通过第1级吸收器A1至第m级吸收器Am、第1级冷凝器C1至第n级冷凝器Cn，从热水出口Wo流出。溴化锂稀溶液首先进入第n-1级发生器Gn-1，然后依次串联通过第n-2级发生器Gn-2、第n-3级发生器Gn-3、……、第3级发生器G3、第2级发生器G2、第1级发生器G1逐级浓缩，最后一部分或全部溴化锂浓溶液在浓溶液泵Pg的驱动下进入第n级发生器Gn进一步浓缩后流出，另一部分（如果有）直接旁通至第n级发生器Gn出口，两部分溴化锂浓溶液汇合后进入热交换器6，通过热交换器6放热降温后，依次串联通过第m级吸收器Am至第1级吸收器吸A1收水蒸气并加热热水，浓度逐级降低为溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液在稀溶液泵Pa的驱动下通过热交换器6吸热升温后再进入第n-1级发生器Gn-1，完成循环。
当机组降负荷运行时，停止浓溶液泵Pg，此时从第1级发生器G1流出的浓溶液直接进入热交换器6，同时切断高温热源HH，第n级发生器Gn停止运行。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于：
如图2所示，第1级发生器G1至第n-1级发生器Gn-1的驱动热源进出口串联连接，所述低温驱动热源为高温热水，首先高温热水从高温水进口Hi进入第1级发生器G1放热降温，然后依次串联通过第1级发生器G1至第n-1级发生器Gn-1逐级放热降温，最后从第n-1级发生器Gn-1处的高温水出口Ho流出机组，实现了热水的大温降梯级利用。
第n级发生器Gn采用的高温驱动热源是燃气F，燃气F直接燃烧加热浓缩溶液，烟气Y排出机组。
实施例三：
本实施例与实施例一的不同之处在于：
如图3所示，第1级发生器G1至第n-1级发生器Gn-1的驱动热源进出口并联连接，所述低温发生器组的驱动热源为低压蒸汽VL，低压蒸汽VL从低压蒸汽入口VLi并联进入第1级发生器G1至第n-1级发生器Gn-1凝结放热后变为凝水从低压蒸汽凝水出口VLo流出机组，其中，低压蒸汽的压力为0.1-0.4MPa。
第n级发生器Gn采用的高温驱动热源是高压蒸汽VH，高压蒸汽VH从高压蒸汽入口VHi进入第n级发生器Gn凝结放热后变为凝水从高压蒸汽凝水出口VHo流出机组，其中高压蒸汽的压力为0.4-1.0 MPa。
实施例四：
如图4所示，本实施例与实施例三的不同之处在于：第n级发生器Gn采用的高温驱动热源是电能，电能通过电热元件转变为高温热能直接加热浓缩溶液。
实施例五：
本实施例与实施例四的不同之处在于：
如图5所示，电能通过间接方式加热第n级发生器Gn，即电锅炉B将电能转变为热能后加热产生高温驱动热源HH，高温驱动热源HH再进入第n级发生器Gn加热浓缩溶液。高温驱动热源HH可为水蒸汽。
热电升温机组还包括调峰加热器7，当严寒期需要更高的供水温度时，热水从第n级冷凝器Cn流出后，再进入调峰加热器7进一步加热，以使所述热水管道8的出水温度达到100-130℃。调峰加热器7的热源也为低压蒸汽，低压蒸汽VL从低压蒸汽入口VLi进入调峰加热器7凝结放热后变为凝水低压蒸汽凝水出口VLo流出，其中，低压蒸汽的压力为0.2-2.5Mpa。另外需要解释的是，热水管道8会保持适当的压力，具体压力可以为0.2-0.4Mpa，以使热水管道8的热水温度达到要求的温度。
在其他实施例中，高温发生器组的驱动热源还可以为导热油或熔盐，调峰加热器7的热源为还可以为低压蒸汽、高压蒸汽、电能、燃煤、燃气、高温热水中的一种或几种组合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种热电升温机组，其特征在于，包括: 低温发生器组、高温发生器组、冷凝组件、吸收组件、蒸发组件和热水管道(8)；
所述低温发生器组的出口连通高温发生器组的进口，所述低温发生器组包括多个依次串联的第一发生器(1)，用于对工作介质溶液依次加热浓缩，所述高温发生器组包括至少一个第二发生器(2)，所述低温发生器组流出的工作介质溶液进入所述高温发生器组进行加热浓缩后排出；所述冷凝组件包括多个分别连通第一发生器(1)和第二发生器(2)的冷凝器(3)，所述冷凝组件用于对第一发生器(1)和第二发生器(2)产生的蒸汽进行冷凝，且所述冷凝组件的出口连通所述吸收组件的进口，其中，所述低温发生器组的驱动热源的温度为100-140℃，所述高温发生器组的驱动热源的温度大于140℃；
所述吸收组件和所述蒸发组件连通，所述蒸发组件对所述冷凝组件排出的冷凝液进行蒸发产生蒸汽，所述高温发生器组排出的工作介质溶液进入所述吸收组件吸收蒸汽进行稀释，所述吸收组件的出口连通所述低温发生器组的进口；
所述热水管道(8)布置在所述吸收组件和所述冷凝组件中，热水依次经过所述吸收组件、连通第一发生器(1)的冷凝器(3)以及连通第二发生器(2)的冷凝器(3)。
2.根据权利要求1所述的热电升温机组，其特征在于，所述高温发生器组的驱动热源为电热元件，所述电热元件的热能以直接或间接的方式加热所述高温发生器组。
3.根据权利要求1所述的热电升温机组，其特征在于，热电升温机组还包括热交换器(6)，所述热交换器(6)包括第一通道和第二通道，所述高温发生器组的出口连通所述第一通道的进口，所述吸收组件的进口连通所述第一通道的出口，所述吸收组件的出口连通所述第二通道的进口，所述低温发生器组的进口连通所述第二通道的出口。
4.根据权利要求1所述的热电升温机组，其特征在于，热电升温机组还包括调峰加热器(7)，所述调峰加热器(7)对热水管道(8)的出水口进行加热，以使所述热水管道(8)的出水温度达到100-130℃。
5.根据权利要求1所述的热电升温机组，其特征在于，所述低温发生器组的驱动热源为热水或低压蒸汽，其中，低压蒸汽的压力为0.1-0.4MPa。
6.根据权利要求1所述的热电升温机组，其特征在于，所述高温发生器组的驱动热源为燃气、高压蒸汽、导热油或熔盐，其中，高压蒸汽的压力为0.4-1.0 MPa。
7.根据权利要求1所述的热电升温机组，其特征在于，多个所述第一发生器(1)从低至高分别为第1级发生器至第n-1级发生器，所述高温发生器组包括一个第n级发生器，所述第n级发生器的高度高于第n-1级发生器的高度。
8.根据权利要求7所述的热电升温机组，其特征在于，所述冷凝组件包括多个串联的且从低至高依次设置的冷凝器(3)，多个所述冷凝器(3)从低至高依次为第1级冷凝器至第n级冷凝器，相同级的冷凝器(3)和发生器相互连通。
9.根据权利要求7所述的热电升温机组，其特征在于，所述吸收组件位于所述低温发生器组下方，所述蒸发组件位于所述冷凝组件下方，所述吸收组件包括多个串联的且从低至高依次设置的吸收器(4)，多个所述吸收器(4)从低至高依次为第1级吸收器至第m级吸收器，所述蒸发组件包括多个串联的且从低至高依次设置的蒸发器(5)，多个所述蒸发器(5)从低至高依次为第1级蒸发器至第m级蒸发器，相同级的吸收器(4)和蒸发器(5)相互连通。
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