CN204572095U - 一种低温余热驱动的热电联产系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种低温余热驱动的热电联产系统，包括有机朗肯循环子系统与热泵循环子系统，有机朗肯循环子系统由发生器、膨胀机、回热器、低温冷凝器及工质泵顺序连接形成循环回路，热泵循环子系统由蒸发器、压缩机、高温冷凝器及节流阀顺序连接形成循环回路，膨胀机与压缩机之间通过传动装置连接，膨胀机与发电机连接，机朗肯循环子系统与热泵循环子系统分别外接余热水进行热量交换，有机朗肯循环子系统的膨胀机利用余热水热量做功，所做的功一部分驱动压缩机，提供热泵循环子系统的动力需求，剩余部分的功驱动发电机发电，实现系统的热、电联供。与现有技术相比，本实用新型实现了低品位余热的回收利用，同时也实现了热、电联供。
Description
技术领域
本实用新型涉及余热回收技术领域，尤其是涉及一种低温余热驱动的热电联产系统。
背景技术
近些年来，我国经济高速发展，能源消耗量巨大，能源消费结构不合理，且能源利用率不高；同时，由于传统能源的大量消耗带来的环境污染问题也日益严重，如何高效利用能源、减轻环境污染已成为目前亟待解决的重要问题之一。
人类的生产、生活中存在大量需要加热的过程，如化工、印染、纺织、造纸、纤维、皮革、陶瓷加工等生产过程，存在大量对热能品位要求不高的加热生产过程，同时其生产过程中排放大量60～100℃的热水，没有得到利用。这些生产过程一般是以消耗高品位能源为代价的化石燃料燃烧或电加热等传统方式供热的，不仅降低了能源的利用品位，同时也造成了大量余热资源的浪费，对环境造成了一定程度的热污染。
有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)作为一种能将低品位热能转化为高品位电能或动力的技术，成为低品位能源利用技术的首选。而热泵技术作为一项高效的供热技术，通过消耗一部分高品位能量，将低温热源中储存的低品位热能转化为高品位热能，实质是一种能量品位提升技术。在合适的条件下，将热泵与有机朗肯循环技术结合，不仅可以满足生产热能的需求，还可以减少外界电能或化石能源的消耗，提高能源利用率，避免温室效应和大气污染。因此，对节能减排和改善环境等方面具有重要的现实意义。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低温余热驱动的热电联产系统，本系统为有机朗肯循环与热泵循环相结合的系统，该系统可以利用低温热水，实现热、电联供。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低温余热驱动的热电联产系统，包括有机朗肯循环子系统(ORC系统)与热泵循环子系统(HP系统)；
所述的有机朗肯循环子系统由发生器、膨胀机、回热器、低温冷凝器及工质泵顺序连接形成循环回路；
所述的热泵循环子系统由蒸发器、压缩机、高温冷凝器及节流阀顺序连接形成循环回路；
所述的膨胀机与压缩机之间通过传动装置连接，所述的膨胀机与发电机连接；
所述的机朗肯循环子系统与热泵循环子系统分别外接余热水进行热量交换，有机朗肯循环子系统的膨胀机利用余热水热量做功，所做的功一部分驱动压缩机，提供热泵循环子系统的动力需求，剩余部分的功驱动发电机发电，实现系统的热、电联供。
所述的余热水分成第一热流与第二热流；
所述的第一热流进入发生器，与有机朗肯循环子系统内的有机工质进行热量交换，有机朗肯循环子系统内的有机工质吸收第一热流的热量后变成高温高压的气体工质，驱动膨胀机对外做功，膨胀机所做的功一部分通过传动装置驱动与其同轴连接的压缩机，另一部分功驱动发电机发电，做功后的有机工质在回热器中与工质泵出口的液态有机工质进行热量交换，换热后的低压有机工质经过低温冷凝器冷凝放热，经工质泵增压进入回热器，然后进入发生器，从而构成有机朗肯循环；
所述的第二热流进入蒸发器，与热泵循环子系统内的热泵循环工质进行热量交换，第二热流作为热泵循环子系统的低温热源，热泵循环子系统内的热泵循环工质在蒸发器中吸收第二热流的热量后被压缩机提升压力和温度，压缩机的动力来源于膨胀机的输入功，高温高压的热泵循环工质进入高温冷凝器与待加热介质充分换热，换热后的热泵循环工质经过节流阀节流后进入蒸发器，从而构成热泵循环。
所述的低温冷凝器外接循环冷却水。
所述的第一热流进入发生器的管路上设有第一流量调节阀与第一流量计。
所述的第二热流进入蒸发器的管路上设有第二流量调节阀与第二流量计。
所述的余热水为60～100℃的低品位热水。
所述的有机朗肯循环子系统中的膨胀机通过传动装置，将其所做的功优先驱动与其同轴连接的压缩机，剩余部分的功驱动发电机发电，从而实现系统的热、电联供。
本实用新型的低温余热驱动的热电联产系统可以通过调节流量调节阀，实现两个子系统低品位热水量的调节，从而调节系统输出的热电比，满足用户不同热电比的需求。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)可为生产工艺提供110℃以上的热源，实现了低品位热水的回收利用，减少了电能或化石燃料的消耗，满足了生产中的热能需求，实现了热、电联供；
(2)可以调节进入两个子系统的热水流量，实现不同热电比的输出，满足用户的不同需求；
(3)免除了低品位热水排放造成的热污染及化石燃料燃烧造成的温室效应和大气污染，实现了节能减排。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
附图标记：1、第一热流；2、发生器；3、第一流量计；4、发电机；5、第一流量调节阀；6、余热水；7、传动装置；8、第二流量调节阀；9、第二流量计；10、蒸发器；11、第二热流；12、节流阀；13、待加热工质；14、高温冷凝器；15、加热后工质；16、热泵循环工质；17、压缩机；18、膨胀机；19、回热器；20、有机工质；21、冷却水；22、低温冷凝器；23工质泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
一种低温余热驱动的热电联产系统，如图1所示，包括有机朗肯循环子系统(ORC系统)与热泵循环子系统(HP系统)。
有机朗肯循环子系统由发生器2、膨胀机18、回热器19、低温冷凝器22及工质泵23顺序连接形成循环回路，低温冷凝器22外接循环冷却水21；热泵循环子系统由蒸发器10、压缩机17、高温冷凝器14及节流阀12顺序连接形成循环回路；膨胀机18与压缩机17之间通过传动装置7连接，膨胀机18与发电机4连接；机朗肯循环子系统与热泵循环子系统分别外接余热水6进行热量交换，有机朗肯循环子系统的膨胀机18利用余热水6热量做功，所做的功一部分驱动压缩机17，提供热泵循环子系统的动力需求，剩余部分的功驱动发电机4发电，实现系统的热、电联供。
余热水6为60～100℃的低品位热水。余热水6分成第一热流1与第二热流11；第一热流1进入发生器2的管路上设有第一流量调节阀5与第一流量计3。第一热流1进入发生器2，与有机朗肯循环子系统内的有机工质20进行热量交换，有机朗肯循环子系统内的有机工质20吸收第一热流1的热量后变成高温高压的气体工质，驱动膨胀机18对外做功，膨胀机18所做的功一部分通过传动装置7驱动与其同轴连接的压缩机17，另一部分功驱动发电机4发电，做功后的有机工质20在回热器19中与工质泵23出口的液态有机工质进行热量交换，换热后的低压有机工质20经过低温冷凝器22冷凝放热，经工质泵23增压进入回热器19，然后进入发生器2，从而构成有机朗肯循环；第二热流11进入蒸发器10的管路上设有第二流量调节阀8与第二流量计9。第二热流11进入蒸发器10，与热泵循环子系统内的热泵循环工质16进行热量交换，第二热流11作为热泵循环子系统的低温热源，热泵循环子系统内的热泵循环工质16在蒸发器10中吸收第二热流11的热量后被压缩机17提升压力和温度，压缩机17的动力来源于膨胀机18的输入功，高温高压的热泵循环工质16进入高温冷凝器14与待加热介质13充分换热，待加热介质13经入高温冷凝器14换热后，以加热后工质15的形态从入高温冷凝器14排出，换热后的热泵循环工质16经过节流阀12节流后进入蒸发器10，从而构成热泵循环。
部分热负荷工况时热、电联供：当使用上述低品位余热驱动的热电联产系统输出的高品位热量多于生产、生活过程所需要的热量，此时，通过第二流量调节阀8调节进入热泵循环子系统的低品位热水量，使得热泵系统所输出的高品位热量满足用户的高温热需求，剩余的低品位热水进入有机朗肯循环子系统的发生器2，与有机工质20进行热量交换，将其转化为高温高压的气体工质，驱动膨胀机做功，膨胀机所做的功一部分驱动压缩机17转动，剩余部分的功驱动发电机4发电，实现热、电联产。
本实施例采用有机朗肯循环和热泵循环的耦合系统回收工业生产中产生的低品位热水热量，满足了生产中的高品位热量需求，减少电能或化石能源的消耗，实现了热、电联产，减少了温室效应和大气污染；同时该系统可对进入两个子系统的低品位热水流量进行调节，从而实现不同热电比的输出，以满足用户的不同需求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低温余热驱动的热电联产系统，其特征在于，包括有机朗肯循环子系统与热泵循环子系统；
所述的有机朗肯循环子系统由发生器(2)、膨胀机(18)、回热器(19)、低温冷凝器(22)及工质泵(23)顺序连接形成循环回路；
所述的热泵循环子系统由蒸发器(10)、压缩机(17)、高温冷凝器(14)及节流阀(12)顺序连接形成循环回路；
所述的膨胀机(18)与压缩机(17)之间通过传动装置(7)连接，所述的膨胀机(18)与发电机(4)连接；
所述的机朗肯循环子系统与热泵循环子系统分别外接余热水(6)进行热量交换，有机朗肯循环子系统的膨胀机(18)利用余热水(6)热量做功，所做的功一部分驱动压缩机(17)，提供热泵循环子系统的动力需求，剩余部分的功驱动发电机(4)发电，实现系统的热、电联供。
2.根据权利要求1所述的一种低温余热驱动的热电联产系统，其特征在于，所述的余热水(6)分成第一热流(1)与第二热流(11)；
所述的第一热流(1)进入发生器(2)，与有机朗肯循环子系统内的有机工质(20)进行热量交换，有机朗肯循环子系统内的有机工质(20)吸收第一热流(1)的热量后变成高温高压的气体工质，驱动膨胀机(18)对外做功，膨胀机(18)所做的功一部分通过传动装置(7)驱动与其同轴连接的压缩机(17)，另一部分功驱动发电机(4)发电，做功后的有机工质(20)在回热器(19)中与工质泵(23)出口的液态有机工质进行热量交换，换热后的低压有机工质(20)经过低温冷凝器(22)冷凝放热，经工质泵(23)增压进入回热器(19)，然后进入发生器(2)，从而构成有机朗肯循环；
所述的第二热流(11)进入蒸发器(10)，与热泵循环子系统内的热泵循环工质(16)进行热量交换，第二热流(11)作为热泵循环子系统的低温热源，热泵循环子系统内的热泵循环工质(16)在蒸发器(10)中吸收第二热流(11)的热量后被压缩机(17)提升压力和温度，压缩机(17)的动力来源于膨胀机(18)的输入功，高温高压的热泵循环工质(16)进入高温冷凝器(14)与待加热介质(13)充分换热，换热后的热泵循环工质(16)经过节流阀(12)节流后进入蒸发器(10)，从而构成热泵循环。
3.根据权利要求1或2所述的一种低温余热驱动的热电联产系统，其特征在于，所述的低温冷凝器(22)外接循环冷却水(21)。
4.根据权利要求2所述的一种低温余热驱动的热电联产系统，其特征在于，所述的第一热流(1)进入发生器(2)的管路上设有第一流量调节阀(5)与第一流量计(3)。
5.根据权利要求2所述的一种低温余热驱动的热电联产系统，其特征在于，所述的第二热流(11)进入蒸发器(10)的管路上设有第二流量调节阀(8)与第二流量计(9)。
6.根据权利要求1所述的一种低温余热驱动的热电联产系统，其特征在于，所述的余热水(6)为60～100℃的低品位热水。
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