CN216384672U - 一种基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所述的一种基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，包括吸热器、二氧化碳透平、高温二氧化碳回热器、二氧化碳压缩机、发生器、低温二氧化碳回热器和蒸发器；吸热器出口依次连接二氧化碳透平和高温二氧化碳回热器高温侧，高温二氧化碳回热器高温侧出口分为两路，一路依次连接发生器高温侧和蒸发器高温侧入口，另一路连接蒸发器高温侧入口，蒸发器高温侧出口依次连接二氧化碳压缩机、低温二氧化碳回热器低温侧、高温二氧化碳回热器低温侧和吸热器入口。实现发电和供热的综合应用，并且能够控制超临界二氧化碳在二氧化碳压缩机入口的温度，提高超临界二氧化碳发电系统的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型属于热电联产领域，涉及一种基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置。
背景技术
超临界二氧化碳发电主要利用600～750℃的中温热源，以超临界二氧化碳作为循环工质，实现热电的转换过程。其中，透平出口处超临界二氧化碳温度往往在500℃之上，目前该部分热量通常通过回热器由低温二氧化碳回收利用。考虑到未来火电机组的供热能力受到进一步制约，需要探索新能源结构背景下的新型供热方式。目前国内集中供热主要来源于以火力发电为主的热电联产机组，配合小规模锅炉房用于调峰，整体保证热水及蒸汽的供应。
基于火电的热电联产机组容量往往较高，多为百兆瓦级别，规模较大，导致机组灵活性低，调节能力较差，造成一定的资源浪费。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，实现发电和供热的综合应用，并且能够控制超临界二氧化碳在二氧化碳压缩机入口的温度，提高超临界二氧化碳发电系统的稳定性。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，包括吸热器、二氧化碳透平、高温二氧化碳回热器、二氧化碳压缩机、发生器、低温二氧化碳回热器和蒸发器；
吸热器出口依次连接二氧化碳透平和高温二氧化碳回热器高温侧，高温二氧化碳回热器高温侧出口分为两路，一路依次连接发生器高温侧和蒸发器高温侧入口，另一路连接蒸发器高温侧入口，蒸发器高温侧出口依次连接二氧化碳压缩机、低温二氧化碳回热器低温侧、高温二氧化碳回热器低温侧和吸热器入口。
优选的，发生器的低温侧和蒸发器的低温侧之间连接有冷凝器的冷凝侧，冷凝器的吸热侧连接有热网供水。
进一步，冷凝器的冷凝侧与蒸发器的低温侧之间连接有溶剂节流阀。
进一步，蒸发器的低温侧出口连接有吸收器的放热侧进口，吸收器的吸热侧进口连接有热网回水，吸收器的吸热侧出口与冷凝器的吸热侧进口连接。
再进一步，发生器的低温侧出口连接有溶液换热器的高温侧进口，溶液换热器的高温侧出口连接有吸收器的放热侧进口，吸收器的放热侧出口连接溶液换热器的低温侧进口，溶液换热器的低温侧出口与发生器的低温侧入口连接。
再进一步，溶液换热器的高温侧出口与吸收器的放热侧进口之间设置有溶液膨胀阀，吸收器的放热侧出口与溶液换热器的低温侧进口之间设置有溶液泵。
优选的，发生器的低温侧内的工质采用溴化锂溶液。
优选的，高温二氧化碳回热器高温侧出口与发生器高温侧之间连接有二氧化碳回热调节阀。
优选的，吸热器采用太阳能吸热器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型通过采用二氧化碳发电技术，并二氧化碳发电系统的回热过程中，抽取部分热量用于驱动吸收式热泵，实现太阳能等新能源利用过程中的热电联供效果。利用工质相变过程中的温度不变，达到二氧化碳发电系统中二氧化碳压缩机入口二氧化碳温度的精确稳定控制，有利于提高二氧化碳发电的稳定性。并且机组容量相比传统火电机组更小，系统灵活性高，可调性强，适应场景更加广阔。
进一步，通过设置二氧化碳回热调节阀，可以灵活调整用于二氧化碳发电和吸收式热泵供热的能量分配，提高了该热电联供系统的灵活性。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构示意图。
其中：1-二氧化碳回热调节阀；2-吸热器；3-二氧化碳透平；4-高温二氧化碳回热器；5-二氧化碳压缩机；6-发生器；7-冷凝器；8-蒸发器；9-吸收器；10-溶液换热器；11-溶液膨胀阀；12-溶液泵；13-溶剂节流阀；14-低温二氧化碳回热器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
如图1所示，为本实用新型所述的基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，包括调节部件二氧化碳回热调节阀1、二氧化碳发电系统回路和吸收式热泵回路；二氧化碳发电系统回路包括吸热器2、二氧化碳透平3、高温二氧化碳回热器4、低温二氧化碳回热器14和二氧化碳压缩机5；吸收式热泵回路包括发生器6、冷凝器7、蒸发器8、吸收器9、溶液换热器10、溶液膨胀阀11、溶液泵12和溶剂节流阀13。
吸热器2出口依次连接二氧化碳透平3和高温二氧化碳回热器4高温侧，吸热器2采用太阳能吸热器。高温二氧化碳回热器4高温侧出口分为两路，一路依次连接发生器6高温侧和蒸发器8高温侧入口，另一路连接蒸发器8高温侧入口，蒸发器8高温侧出口依次连接二氧化碳压缩机5、低温二氧化碳回热器14低温侧、高温二氧化碳回热器4低温侧和吸热器2入口。
高温二氧化碳回热器4高温侧出口与发生器6高温侧之间连接有二氧化碳回热调节阀1。
发生器6的低温侧和蒸发器8的低温侧之间连接有冷凝器7的冷凝侧，发生器6的低温侧内的工质采用溴化锂稀溶液，冷凝器7的吸热侧连接有热网供水。冷凝器7的冷凝侧与蒸发器8的低温侧之间连接有溶剂节流阀13。蒸发器8的低温侧出口连接有吸收器9的放热侧进口，吸收器9的吸热侧进口连接有热网回水，吸收器9的吸热侧出口与冷凝器7的吸热侧进口连接。
发生器6的低温侧出口连接有溶液换热器10的高温侧进口，溶液换热器10的高温侧出口连接有吸收器9的放热侧进口，吸收器9的放热侧出口连接溶液换热器10的低温侧进口，溶液换热器10的低温侧出口与发生器6的低温侧入口连接。
溶液换热器10的高温侧出口与吸收器9的放热侧进口之间设置有溶液膨胀阀11，吸收器9的放热侧出口与溶液换热器10的低温侧进口之间设置有溶液泵12。
本实用新型的发电功能主要通过二氧化碳发电系统实现。二氧化碳发电系统回路中，二氧化碳在吸热器2内吸收来自于太阳能等新能源的热量，然后进入二氧化碳透平3进行做功，完成热到电的转换过程。完成做功后的二氧化碳仍具有400℃以上的高温热量。高温的二氧化碳首先进入高温二氧化碳回热器4将一部分热量释放给从低温二氧化碳回热器14来的低温二氧化碳。放热后的二氧化碳在高温二氧化碳回热器4的出口分为两路，一路进入吸收式热泵中的发生器6，目的是将回热过程中的部分较高温度的二氧化碳引入到吸收式热泵中的发生器6中，该部分二氧化碳温度为150℃以上，连接回路上设置有二氧化碳回热调节阀1，主要用于控制高温二氧化碳回热器4出口的二氧化碳支路流量，调整用于发电和供热的能量分配；另一路进入低温二氧化碳回热器14，同从二氧化碳压缩机5来的低温二氧化碳换热，低温二氧化碳回热器14的高温侧出口同吸收式热泵中的吸收器9相连，目的是将完全回热后的二氧化碳引入到吸收式热泵中的吸收器9中，该部分二氧化碳温度为110℃以下。
本实用新型的供热功能主要通过吸收式热泵回收利用两部分不同温度的二氧化碳热量实现。在发生器6中，发生器6的驱动热源为来自于高温二氧化碳回热器4中的温度较高的二氧化碳，溴化锂稀溶液吸收二氧化碳内的热量，稀溶液中的水吸热蒸发，发生器6内的原有溶液浓度升高，蒸发出的水蒸气进入冷凝器7中，二氧化碳温度从150℃以上降低到110℃以下，降低温度后的二氧化碳同低温二氧化碳回热器14高温侧出口的温度较低的二氧化碳混合，共同进入蒸发器8。水蒸气在冷凝器7中同热网供水进行换热，自身冷凝为液态水，经过溶剂节流阀13降压后进入蒸发器8中，在蒸发器8中，吸收来自于发生器6和低温二氧化碳回热器14的低温二氧化碳热量而被再次蒸发，水蒸气由蒸发器8进入到吸收器9中，二氧化碳在蒸发器8内进行放热，温度降低到35℃附近，而后进入二氧化碳压缩机5，再次进行发电循环。发生器6内的溴化锂浓溶液温度得到升高，而后首先进入溶液换热器10，同来自于吸收器9的溴化锂稀溶液进行换热，换热后的溴化锂浓溶液经过溶液膨胀阀11节流降压后，进入吸收器9吸收来自于蒸发器8的水蒸气，释放热量，而后经过溶液泵12增压进入到溶液换热器10，回收溴化锂浓溶液的热量后，进入发生器6，完成溶液的循环。20℃左右的热网回水首先进入吸收器9中，吸收溶液吸收过程中的热量；而后进入冷凝器7中，吸收水蒸气冷凝的热量，冷凝器7中热网回水出口温度达到供热水要求，从而实现本实用新型装置的供热功能。
在利用超临界二氧化碳发电实现太阳能等新能源的热电转换之外，提供一种可调节的热电联供方式，实现发电和供热的综合应用，并且可以根据实际需要，灵活调整电和热之间的匹配，实现太阳能等新能源的充分综合利用；另外，吸收式热泵的相变换热特性同时能够更好的控制超临界二氧化碳在二氧化碳压缩机5入口的温度，提高超临界二氧化碳发电系统的稳定性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，其特征在于，包括吸热器(2)、二氧化碳透平(3)、高温二氧化碳回热器(4)、二氧化碳压缩机(5)、发生器(6)、低温二氧化碳回热器(14)和蒸发器(8)；
吸热器(2)出口依次连接二氧化碳透平(3)和高温二氧化碳回热器(4)高温侧，高温二氧化碳回热器(4)高温侧出口分为两路，一路依次连接发生器(6)高温侧和蒸发器(8)高温侧入口，另一路连接蒸发器(8)高温侧入口，蒸发器(8)高温侧出口依次连接二氧化碳压缩机(5)、低温二氧化碳回热器(14)低温侧、高温二氧化碳回热器(4)低温侧和吸热器(2)入口。
2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，其特征在于，发生器(6)的低温侧和蒸发器(8)的低温侧之间连接有冷凝器(7)的冷凝侧，冷凝器(7)的吸热侧连接有热网供水。
3.根据权利要求2所述的基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，其特征在于，冷凝器(7)的冷凝侧与蒸发器(8)的低温侧之间连接有溶剂节流阀(13)。
4.根据权利要求2所述的基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，其特征在于，蒸发器(8)的低温侧出口连接有吸收器(9)的放热侧进口，吸收器(9)的吸热侧进口连接有热网回水，吸收器(9)的吸热侧出口与冷凝器(7)的吸热侧进口连接。
5.根据权利要求4所述的基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，其特征在于，发生器(6)的低温侧出口连接有溶液换热器(10)的高温侧进口，溶液换热器(10)的高温侧出口连接有吸收器(9)的放热侧进口，吸收器(9)的放热侧出口连接溶液换热器(10)的低温侧进口，溶液换热器(10)的低温侧出口与发生器(6)的低温侧入口连接。
6.根据权利要求5所述的基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，其特征在于，溶液换热器(10)的高温侧出口与吸收器(9)的放热侧进口之间设置有溶液膨胀阀(11)，吸收器(9)的放热侧出口与溶液换热器(10)的低温侧进口之间设置有溶液泵(12)。
7.根据权利要求1所述的基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，其特征在于，发生器(6)的低温侧内的工质采用溴化锂溶液。
8.根据权利要求1所述的基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，其特征在于，高温二氧化碳回热器(4)高温侧出口与发生器(6)高温侧之间连接有二氧化碳回热调节阀(1)。
9.根据权利要求1所述的基于二氧化碳发电和吸收式热泵的热电联供装置，其特征在于，吸热器(2)采用太阳能吸热器。
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