CN118463419B - 一种并联式冷电联供系统及方法 - Google Patents

一种并联式冷电联供系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了工业余热回收技术领域的一种并联式冷电联供系统及方法，包括：吸收式制冷系统与余热发电系统；所述余热发电系统包括：增压泵、汽化器、过热器以及透平机；所述增压泵的进口与吸收式制冷系统的冷凝端液态制冷剂出口连通，所述增压泵的出口与汽化器的壳程进口连通，所述汽化器的壳程出口与过热器的壳程进口连通，所述过热器的壳程出口与透平机的气体进口连通，所述透平机的气体出口与吸收式制冷系统的冷凝端气态制冷剂进口连通；本申请中将吸收式制冷系统中的制冷和余热发电系统内并联，使制冷和发电均可独立运行，互不干扰，冷量和发电量均可以无极调节，可以降低工艺复杂性和控制难度。

Description

一种并联式冷电联供系统及方法
技术领域
本发明涉及工业余热回收技术领域，具体为一种并联式冷电联供系统及方法。
背景技术
我国工业余热资源丰富，吸收式制冷系统及余热发电系统在工业余热回收中应用逐渐普及。现阶段吸收式制冷系统发展逐渐成熟，但吸收式制冷系统对冷热量匹配要求度较高，当冷负荷降低时，吸收式制冷系统对热源的消耗量也在降低，机组整体的效率也在降低，这无疑会降低整体的热源利用效率。因此，冷电联供系统应运而生，在冷负荷发生波动时，冷电联供系统能够多产生电能以弥补冷量的减少，这样对整体的余热回收量不会损失。
但现有的冷电联供系统多为简单串联，或使用发生器高压制冷剂蒸汽直接进行发电，发完电后进入冷凝器冷凝；前者两系统关联度较低，机组设备较多，且负荷变化时两套机组调整同步性较低；后者使用会增加发生器压力，降低热源使用效率，同时对低品位热的品味要求也会升高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种并联式冷电联供系统及方法，以解决上述背景技术中提出的现有的冷电联供系统多为简单串联，或使用发生器高压制冷剂蒸汽直接进行发电，发完电后进入冷凝器冷凝；前者两系统关联度较低，机组设备较多，且负荷变化时两套机组调整同步性较低；后者使用会增加发生器压力，降低热源使用效率，同时对低品位热的品味要求也会升高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种并联式冷电联供系统，包括：吸收式制冷系统与余热发电系统；
所述余热发电系统包括：增压泵、汽化器、过热器以及透平机；
所述增压泵的进口与吸收式制冷系统的冷凝端液态制冷剂出口连通，所述增压泵的出口与汽化器的壳程进口连通，所述汽化器的壳程出口与过热器的壳程进口连通，所述过热器的壳程出口与透平机的气体进口连通，所述透平机的气体出口与吸收式制冷系统的冷凝端气态制冷剂进口连通；
所述汽化器的管程内与过热器的管程内循环流动有热源。
作为优选，所述吸收式制冷系统包括：发生器、吸收器、冷凝器与蒸发器；
其中，所述发生器的壳程上设有中压气态制冷剂出口、贫液出口、富液进口，所述发生器的管程内循环流动有热源，所述吸收器的壳程上设有贫液进口、富液出口、低压气态制冷剂进口，所述吸收器的管程内循环流动有循环水，所述冷凝器的壳程上设有中压气态制冷剂进口、中压液态制冷剂出口，所述冷凝器的管程内循环流动有循环水，所述蒸发器的壳程上设有低压液态制冷剂进口、低压气态制冷剂出口，所述蒸发器的管程内循环流动有载冷剂，所述发生器的中压气态制冷剂出口与冷凝器的中压气态制冷剂进口连通，所述发生器的贫液出口与吸收器的贫液进口连通，所述吸收器的富液出口通过溶液泵与发生器的富液进口连通，所述冷凝器的中压液态制冷剂出口与蒸发器的低压液态制冷剂进口连通，所述蒸发器的低压气态制冷剂出口与吸收器的低压气态制冷剂进口连通。
作为优选，所述吸收式制冷系统还包括缓冲罐，所述缓冲罐的进口与中压液态制冷剂出口连通，所述缓冲罐的出口分别与增压泵的进口、低压液态制冷剂进口连通，所述透平机的气体出口与中压气态制冷剂进口连通。
作为优选，所述吸收式制冷系统还包括第一换热器与第二换热器，所述第一换热器的管程进出口分别与贫液出口、贫液进口连通，所述第一换热器的壳程进出口分别与溶液泵出口、富液进口连通，所述第二换热器的管程进出口分别与缓冲罐的出口、低压液态制冷剂进口连通，所述第二换热器的壳程进出口分别与低压气态制冷剂出口、低压气态制冷剂进口连通。
作为优选，所述第一换热器的管程出口与贫液进口之间设有减压阀，所述第二换热器的管程出口与低压液态制冷剂进口之间设有膨胀阀。
作为优选，所述吸收器的壳程内设有用于与低压气态制冷剂进口连通的喷淋组件。
作为优选，所述过热器的管程出口与汽化器的管程进口连通，所述热源由过热器的管程向汽化器的管程流动。
作为优选，一种并联式冷电联供方法，利用上述的一种并联式冷电联供系统，包括以下步骤：
热源进入发生器中，加热其中的富溶液，使其转化成贫溶液与中压气态制冷剂，贫溶液从贫液出口排出，依次经过第一换热器换热、减压阀减压后，从贫液进口进入到吸收器中，同时中压气态制冷剂从中压气态制冷剂出口排出，从中压气态制冷剂进口进入到冷凝器内，并与其中的循环水换热，变成中压液态制冷剂后，从中压液态制冷剂出口排出；
中压液态制冷剂进入到缓冲罐内部后排出，排出的中压液态制冷剂分为两股，一股中压液态制冷剂依次经过第二换热器换热、膨胀阀减压后，变成低压液态制冷剂，然后从低压液态制冷剂进口进入到蒸发器内，并与其内部的载冷剂换热，变成低压气态制冷剂后，低压气态制冷剂从低压气态制冷剂出口排出，经第二换热器换热，再从低压气态制冷剂进口进入到吸收器内，与其中的贫溶液混合形成富溶液后，从富液出口排出，依次经过溶液泵增压、第一换热器换热，再从富液进口进入到发生器中循环；
另一股中压液态制冷剂经增压泵增压后，进入汽化器中与热源换热，气化成高压气态制冷剂，再进入过热器中与热源换热后进行过热，过热的高压气态制冷剂进入透平机中，驱使其做功发电，发电后的高压气态制冷剂压力降低变成中压气态制冷剂，从中压气态制冷剂进口进入冷凝器中循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本申请中的并联式冷电联供系统将吸收式制冷系统以及余热发电系统有机结合起来，可降低两系统的设备造价以及工质充装量；并将吸收式制冷系统中的制冷和余热发电系统内并联，使制冷和发电均可独立运行，互不干扰，冷量和发电量均可以无极调节，可以降低工艺复杂性和控制难度；
本申请中将制冷系统使用后的热源进行发电，将低品位热源热量梯级利用，实现能量的最大化利用；与其他使用发生器出口气相制冷剂发电的冷电联供系统相比，本系统溶液泵能耗大幅降低；由于在汽化器中只气化制冷剂，机组发电热效率也大幅提升；可以将低品位热源品味利用至更低，热源综合利用率也大幅增加。
附图说明
图1为本发明并联式冷电联供系统示意图。
图中：1、发生器；2、第一换热器；3、吸收器；4、溶液泵；5、冷凝器；6、缓冲罐；7、第二换热器；8、蒸发器；9、增压泵；10、汽化器；11、过热器；12、透平机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
请参阅图1，一种并联式冷电联供系统，包括：吸收式制冷系统与余热发电系统；
余热发电系统包括：增压泵9、汽化器10、过热器11以及透平机12；
其中，增压泵9的进口与吸收式制冷系统的冷凝端液态制冷剂出口连通，增压泵9的出口与汽化器10的壳程进口连通，汽化器10的壳程出口与过热器11的壳程进口连通，过热器11的壳程出口与透平机12的气体进口连通，透平机12的气体出口与吸收式制冷系统的冷凝端气态制冷剂进口连通；汽化器10的管程内与过热器11的管程内循环流动有热源。
请参阅图1，吸收式制冷系统包括：发生器1、吸收器3、冷凝器5与蒸发器8；
其中，发生器1的壳程上设有中压气态制冷剂出口、贫液出口、富液进口，发生器1的管程内循环流动有热源，吸收器3的壳程上设有贫液进口、富液出口、低压气态制冷剂进口，吸收器3的管程内循环流动有循环水，冷凝器5的壳程上设有中压气态制冷剂进口、中压液态制冷剂出口，冷凝器5的管程内循环流动有循环水，蒸发器8的壳程上设有低压液态制冷剂进口、低压气态制冷剂出口，蒸发器8的管程内循环流动有载冷剂，发生器1的中压气态制冷剂出口与冷凝器5的中压气态制冷剂进口连通，发生器1的贫液出口与吸收器3的贫液进口连通，吸收器3的富液出口通过溶液泵4与发生器1的富液进口连通，冷凝器5的中压液态制冷剂出口与蒸发器8的低压液态制冷剂进口连通，蒸发器8的低压气态制冷剂出口与吸收器3的低压气态制冷剂进口连通；
吸收式制冷系统还包括缓冲罐6，缓冲罐6的进口与中压液态制冷剂出口连通，缓冲罐6的出口分别与增压泵9的进口、低压液态制冷剂进口连通，透平机12的气体出口与中压气态制冷剂进口连通。
在本实施例中，作为进一步优化的方案，请参阅图1，吸收式制冷系统还包括第一换热器2与第二换热器7，第一换热器2的管程进出口分别与贫液出口、贫液进口连通，第一换热器2的壳程进出口分别与溶液泵4出口、富液进口连通，第二换热器7的管程进出口分别与缓冲罐6的出口、低压液态制冷剂进口连通，第二换热器7的壳程进出口分别与低压气态制冷剂出口、低压气态制冷剂进口连通。
在本实施例中，作为进一步优化的方案，请参阅图1，第一换热器2的管程出口与贫液进口之间设有减压阀，第二换热器7的管程出口与低压液态制冷剂进口之间设有膨胀阀。
在本实施例中，作为进一步优化的方案，请参阅图1，吸收器3的壳程内设有喷淋组件(喷淋组件包括管道以及安装在管道上的喷头)，管道与低压气态制冷剂进口连通；低压气态制冷剂通过低压气态制冷剂进口进入到管道中，并从喷头处喷出，使其与贫溶液充分接触混合。
在本实施例中，作为进一步优化的方案，请参阅图1，过热器11的管程出口与汽化器10的管程进口连通，热源先经过过热器11的管程，再流向汽化器10的管程。
一种并联式冷电联供方法，包括以下步骤：
热源进入发生器1中，加热其中的富溶液，使其转化成贫溶液与中压气态制冷剂，贫溶液从贫液出口排出，依次经过第一换热器2换热、减压阀减压后，从贫液进口进入到吸收器3中，同时中压气态制冷剂从中压气态制冷剂出口排出，从中压气态制冷剂进口进入到冷凝器5内，并与其中的循环水换热，变成中压液态制冷剂后，从中压液态制冷剂出口排出；
中压液态制冷剂进入到缓冲罐6内部后排出，排出的中压液态制冷剂分为两股，一股中压液态制冷剂依次经过第二换热器7换热、膨胀阀减压后，变成低压液态制冷剂，然后从低压液态制冷剂进口进入到蒸发器8内，并与其内部的载冷剂换热(使低压液态制冷剂蒸发)，变成低压气态制冷剂后，低压气态制冷剂从低压气态制冷剂出口排出，经第二换热器7换热，再从低压气态制冷剂进口进入到吸收器3内，与其中的贫溶液混合形成富溶液后(混合的过程中，富溶液会与吸收器3内部的管程内部的循环水换热)，从富液出口排出，依次经过溶液泵4增压、第一换热器2换热，再从富液进口进入到发生器1中循环；
另一股中压液态制冷剂经增压泵9增压后，进入汽化器10中与热源换热，气化成高压气态制冷剂，再进入过热器11中与热源换热后进行过热，过热的高压气态制冷剂进入透平机12中，驱使其做功发电，发电后的高压气态制冷剂压力降低变成中压气态制冷剂，从中压气态制冷剂进口进入冷凝器5中循环。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种并联式冷电联供系统，其特征在于：包括：吸收式制冷系统与余热发电系统；
所述余热发电系统包括：增压泵（9）、汽化器（10）、过热器（11）以及透平机（12）；
所述增压泵（9）的进口与吸收式制冷系统的冷凝端液态制冷剂出口连通，所述增压泵（9）的出口与汽化器（10）的壳程进口连通，所述汽化器（10）的壳程出口与过热器（11）的壳程进口连通，所述过热器（11）的壳程出口与透平机（12）的气体进口连通，所述透平机（12）的气体出口与吸收式制冷系统的冷凝端气态制冷剂进口连通；
所述汽化器（10）的管程内与过热器（11）的管程内循环流动有热源；
所述吸收式制冷系统包括：发生器（1）、吸收器（3）、冷凝器（5）与蒸发器（8）；
其中，所述发生器（1）的壳程上设有中压气态制冷剂出口、贫液出口、富液进口，所述发生器（1）的管程内循环流动有热源，所述吸收器（3）的壳程上设有贫液进口、富液出口、低压气态制冷剂进口，所述吸收器（3）的管程内循环流动有循环水，所述冷凝器（5）的壳程上设有中压气态制冷剂进口、中压液态制冷剂出口，所述冷凝器（5）的管程内循环流动有循环水，所述蒸发器（8）的壳程上设有低压液态制冷剂进口、低压气态制冷剂出口，所述蒸发器（8）的管程内循环流动有载冷剂，所述发生器（1）的中压气态制冷剂出口与冷凝器（5）的中压气态制冷剂进口连通，所述发生器（1）的贫液出口与吸收器（3）的贫液进口连通，所述吸收器（3）的富液出口通过溶液泵（4）与发生器（1）的富液进口连通，所述冷凝器（5）的中压液态制冷剂出口与蒸发器（8）的低压液态制冷剂进口连通，所述蒸发器（8）的低压气态制冷剂出口与吸收器（3）的低压气态制冷剂进口连通。
2.根据权利要求1所述的一种并联式冷电联供系统，其特征在于：所述吸收式制冷系统还包括缓冲罐（6），所述缓冲罐（6）的进口与中压液态制冷剂出口连通，所述缓冲罐（6）的出口分别与增压泵（9）的进口、低压液态制冷剂进口连通，所述透平机（12）的气体出口与中压气态制冷剂进口连通。
3.根据权利要求2所述的一种并联式冷电联供系统，其特征在于：所述吸收式制冷系统还包括第一换热器（2）与第二换热器（7），所述第一换热器（2）的管程进出口分别与贫液出口、贫液进口连通，所述第一换热器（2）的壳程进出口分别与溶液泵（4）出口、富液进口连通，所述第二换热器（7）的管程进出口分别与缓冲罐（6）的出口、低压液态制冷剂进口连通，所述第二换热器（7）的壳程进出口分别与低压气态制冷剂出口、低压气态制冷剂进口连通。
4.根据权利要求3所述的一种并联式冷电联供系统，其特征在于：所述第一换热器（2）的管程出口与贫液进口之间设有减压阀，所述第二换热器（7）的管程出口与低压液态制冷剂进口之间设有膨胀阀。
5.根据权利要求3所述的一种并联式冷电联供系统，其特征在于：所述吸收器（3）的壳程内设有用于与低压气态制冷剂进口连通的喷淋组件。
6.根据权利要求1所述的一种并联式冷电联供系统，其特征在于：所述过热器（11）的管程出口与汽化器（10）的管程进口连通，所述热源由过热器（11）的管程向汽化器（10）的管程流动。
7.一种并联式冷电联供方法，利用如权利要求4所述的一种并联式冷电联供系统，其特征在于：包括以下步骤：
热源进入发生器（1）中，加热其中的富溶液，使其转化成贫溶液与中压气态制冷剂，贫溶液从贫液出口排出，依次经过第一换热器（2）换热、减压阀减压后，从贫液进口进入到吸收器（3）中，同时中压气态制冷剂从中压气态制冷剂出口排出，从中压气态制冷剂进口进入到冷凝器（5）内，并与其中的循环水换热，变成中压液态制冷剂后，从中压液态制冷剂出口排出；
中压液态制冷剂进入到缓冲罐（6）内部后排出，排出的中压液态制冷剂分为两股，一股中压液态制冷剂依次经过第二换热器（7）换热、膨胀阀减压后，变成低压液态制冷剂，然后从低压液态制冷剂进口进入到蒸发器（8）内，并与其内部的载冷剂换热，变成低压气态制冷剂后，低压气态制冷剂从低压气态制冷剂出口排出，经第二换热器（7）换热，再从低压气态制冷剂进口进入到吸收器（3）内，与其中的贫溶液混合形成富溶液后，从富液出口排出，依次经过溶液泵（4）增压、第一换热器（2）换热，再从富液进口进入到发生器（1）中循环；
另一股中压液态制冷剂经增压泵（9）增压后，进入汽化器（10）中与热源换热，气化成高压气态制冷剂，再进入过热器（11）中与热源换热后进行过热，过热的高压气态制冷剂进入透平机（12）中，驱使其做功发电，发电后的高压气态制冷剂压力降低变成中压气态制冷剂，从中压气态制冷剂进口进入冷凝器（5）中循环。
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