專利名稱：混合工質(zhì)功冷聯(lián)供熱力循環(huán)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種以氨水混合物為工質(zhì)的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
我國工業(yè)能耗約占全國總能耗的三分之二，但是能源利用效率低，50%以上以中低溫?zé)岬男问脚欧牛@不僅造成能源的浪費(fèi)，還對環(huán)境有熱污染?；厥绽眠@些余熱對于提高我國能源利用效率具有顯著作用。氨水吸收式制冷循環(huán)、氨水動力循環(huán)以及氨水吸收式制冷與動力循環(huán)結(jié)合的功冷聯(lián)供的循環(huán)系統(tǒng)就是能夠利用低溫?zé)嵩吹牡湫蜔崃ρh(huán)系統(tǒng)。在對中低溫?zé)嵩吹幕厥绽眠^程中，主要包括以下幾種技術(shù)1、氨水吸收式制冷循環(huán)氨水吸收式制冷循環(huán)可以利用低品位熱量進(jìn)行制冷，低溫余熱驅(qū)動精餾塔運(yùn)行，將濃氨水溶液制成純氨氣和稀氨水溶液，純氨氣在冷凝器中冷凝為氨液，氨液經(jīng)過節(jié)流降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器，蒸發(fā)制冷，蒸發(fā)后的氨氣被來自精餾塔釜的稀溶液吸收，最終轉(zhuǎn)變成濃溶液，進(jìn)入精餾塔完成循環(huán)。存在的主要問題是，精餾塔再沸器吸熱溫度較低，而動力余熱溫度較高，精餾塔不可逆損失大，系統(tǒng)效率低。2、水蒸汽朗肯循環(huán)以水為單一工質(zhì)的朗肯循環(huán)技術(shù)成熟，但在蒸發(fā)階段，由于水的恒溫蒸發(fā)特性，使其與熱源匹配不好，造成了很大的不可逆損失，效率較低。3、非共沸混合物工質(zhì)的朗肯循環(huán)采用非共沸混合物為工質(zhì)(比如氨水混合物) 的朗肯循環(huán)，利用工質(zhì)的變溫蒸發(fā)特性，改善了蒸發(fā)過程工質(zhì)與熱源的溫度匹配，大大減小了此過程的不可逆損失。但混合工質(zhì)在冷凝過程中是變溫冷凝，這使其與冷源(通常為冷卻水，溫差變化不大)溫度匹配情況變差，不可逆損失大于單一工質(zhì)的恒溫冷凝過程。4、卡琳那循環(huán)由卡琳那于20世紀(jì)80年代提出的卡琳那循環(huán)，即吸收式動力循環(huán)，以氨水混合物為工質(zhì)，以分餾冷凝單元(包括回?zé)崞?、閃蒸槽、低壓冷凝器、高壓冷凝器等)代替常規(guī)的冷凝器，減小了冷凝過程的不可逆損失。因此本系統(tǒng)既通過變溫蒸發(fā)減小蒸發(fā)過程的不可逆損失，又通過分餾冷凝單元避免了變溫冷凝所造成的不可逆損失，即蒸發(fā)、冷凝過程都得以改善改善。但該循環(huán)中閃蒸槽出來的高濃度的氨具有制冷能力，這一點(diǎn)在此沒有得到利用，因此，該系統(tǒng)還有待于進(jìn)一步改善，以便充分利用工質(zhì)的做功、制冷能力。5、吸收式動力制冷復(fù)合循環(huán)(Absorption Combined Power/Coo 1 ingCyc 1 e,APC) 由鄭丹星等提出的APC循環(huán)，在卡琳那循環(huán)的基礎(chǔ)上加一制冷過程(增加了冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等設(shè)備)以充分利用高濃度氨的制冷能力，同時用精餾塔取代閃蒸槽以增加氨的純度，使其制冷能力更大。系統(tǒng)在做功的基礎(chǔ)上又增加了冷量輸出，增大了熱效率，同時也使系統(tǒng)更加靈活。但是APC循環(huán)仍然存在透平排汽溫度高、損失大的問題。6、串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)的功冷聯(lián)供的跨寂態(tài)正逆耦合熱力循環(huán)系統(tǒng)由張娜、劉猛等提出，在卡琳那循環(huán)、APC循環(huán)等基礎(chǔ)上，通過調(diào)整工質(zhì)濃度、改善系統(tǒng)內(nèi)部連接等方式，使整體效率有較大提高。但仍有以下不足串聯(lián)系統(tǒng)中氨水濃溶液經(jīng)過蒸發(fā)過熱后進(jìn)入透平做功，排汽冷凝過程與冷源溫度匹配不好，有較大不可逆損失；并聯(lián)系統(tǒng)中氨水稀溶液進(jìn)動力路，蒸發(fā)過程中與熱源匹配不好，有較大不可逆損失；混聯(lián)系統(tǒng)中設(shè)備較多，調(diào)整過程較為復(fù)雜，不易于操作。目前的混合工質(zhì)循環(huán)大多以發(fā)電為主，制冷量相對較少，透平排汽溫度高，排汽余熱利用困難的難題都沒有得到徹底解決。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題為了克服現(xiàn)有中低溫余熱利用方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)及方法，以解決制冷循環(huán)中精餾塔再沸器傳熱溫差大、單工質(zhì)發(fā)電循環(huán)中工質(zhì)蒸發(fā)過程傳熱溫差大以及混合工質(zhì)發(fā)電循環(huán)透平排汽冷凝溫度高等問題。(二)技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分離器(1)、高壓溶液泵O)、低壓溶液泵(3)、高壓溶液換熱器G)、低壓溶液換熱器(5)、蒸汽發(fā)生器(6)、余熱溶液換熱器(7)、透平(8)、精餾塔(9)、冷凝器(10)、過冷器 (11)、氨節(jié)流閥(12)、蒸發(fā)器(13)、溶液節(jié)流閥(14)和吸收器(15)，其中吸收器(15)與分離器(1)相連接，分離器(1)分別連接于高壓溶液泵( 和低壓溶液泵(3)，高壓溶液泵(2) 連接動力路的高壓溶液換熱器G)，之后是蒸汽發(fā)生器(6)和透平(8)；低壓溶液泵(3)依次連接制冷路的低壓溶液換熱器( 和余熱溶液換熱器(7)；透平(8)和余熱溶液換熱器 (7)分別與精餾塔(9)直接相連，精餾塔(9)的頂部依次連接冷凝器(10)、過冷器(11)、氨節(jié)流閥(1 和蒸發(fā)器(13)，精餾塔(9)的底部依次連接高壓溶液換熱器G)、低壓溶液換熱器(5)、溶液節(jié)流閥(14)和吸收器(15)。上述方案中，所述分離器(1)是分流裝置，對工質(zhì)物流進(jìn)行質(zhì)量分流，其入口與吸收器(15)熱側(cè)出口連接，出口分別與高壓溶液泵⑵和低壓溶液泵(3)連接。上述方案中，所述高壓溶液泵(2)和低壓溶液泵(3)是液體加壓設(shè)備，用于提高液體壓力；高壓溶液泵( 連接于分離器(1)和高壓溶液換熱器(4)之間，低壓溶液泵(3)連接于分離器(1)和低壓溶液換熱器(5)之間。上述方案中，所述高壓溶液換熱器(4)、低壓溶液換熱器( 、蒸汽發(fā)生器(6)和余熱溶液加熱器(7)是換熱設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)冷、熱物流間的熱量交換；其中高壓溶液換熱器 (4)的熱側(cè)進(jìn)出口分別與精餾塔(9)溶液出口和低壓溶液加熱器( 熱側(cè)入口連接，冷側(cè)進(jìn)出口分別與高壓溶液泵( 和蒸汽發(fā)生器冷側(cè)入口連接；低壓溶液換熱器(5)的熱側(cè)出口與吸收器(1 溶液進(jìn)口連接，冷側(cè)進(jìn)出口分別與低壓溶液泵(4)和余熱溶液換熱器(7)冷側(cè)進(jìn)口連接；蒸汽發(fā)生器(6)熱側(cè)出口與余熱溶液換熱器(7)熱側(cè)進(jìn)口連接，冷側(cè)出口與透平(8)入口連接；余熱溶液換熱器(7)冷側(cè)出口連接連接精餾塔(9)，蒸汽發(fā)生器(6)輸入的熱量為工業(yè)余熱或太陽能。上述方案中，所述透平(8)是一做功裝置，高溫高壓氨水蒸汽在其中膨脹實(shí)現(xiàn)對外做功，透平(8)進(jìn)出口分別與蒸汽發(fā)生器(6)冷側(cè)出口和精餾塔(9)連接，透平(8)排汽直接進(jìn)入精餾塔(9)。上述方案中，所述精餾塔(9)用于對氨和水進(jìn)行精餾分離，其頂部連接有一冷凝器(10)，冷凝器(10)用于將精餾分離得到的濃氨蒸汽冷凝作為制冷工質(zhì)；精餾所需熱量來自透平(8)排汽余熱，塔底產(chǎn)出的稀氨水溶液連接于高壓溶液換熱器G)。上述方案中，所述過冷器(11)是換熱設(shè)備，熱側(cè)進(jìn)出口分別連接冷凝器(10)和節(jié)流閥(12)，冷側(cè)進(jìn)出口分別連接蒸發(fā)器(1 和吸收器(1 ；來自冷凝器(10)的氨液在此被蒸發(fā)器(1 出口的低溫制冷工質(zhì)冷卻。上述方案中，所述氨節(jié)流閥(1 是膨脹降壓裝置，氨液通過節(jié)流實(shí)現(xiàn)降壓、降溫， 其進(jìn)出口分別與過冷器(11)和蒸發(fā)器(1 連接。上述方案中，所述蒸發(fā)器(1 用于將制冷工質(zhì)溶液在其中吸熱蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)冷量輸出，其進(jìn)出口分別與氨節(jié)流閥(12)和過冷器(11)連接。上述方案中，所述吸收器(1 由混合器與冷凝器構(gòu)成，不同濃度工質(zhì)物流先在混合器中混合，然后在冷凝器中完全冷凝為液態(tài)；吸收器(1 熱側(cè)包括來自過冷器(11)的氨蒸汽和來自溶液節(jié)流閥(14)的稀溶液，冷側(cè)為冷卻水。上述方案中，所述溶液節(jié)流閥(14)連接低壓溶液換熱器( 和吸收器(15)。上述方案中，該系統(tǒng)具有一做功循環(huán)和一制冷循環(huán)，做功循環(huán)以氨水混合物為工質(zhì)，將在蒸汽發(fā)生器(6)生成的高溫過熱氨水蒸汽送入蒸汽透平(8)中膨脹做功，精餾塔 (9)和吸收器(15)為做功循環(huán)和制冷循環(huán)的連接點(diǎn)，同時也是這兩個循環(huán)的共用裝置。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)方法，該方法將氨水工質(zhì)加熱轉(zhuǎn)化成過熱蒸汽，進(jìn)入透平做功發(fā)電；透平排汽進(jìn)入精餾塔，得到濃氨蒸汽和稀氨水，其中濃氨蒸汽冷凝后作為制冷工質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷量輸出并生成濃氨蒸汽，稀氨水加壓后與濃氨蒸汽混合冷凝為氨水工質(zhì)。上述方案中，該方法具體包括吸收器(1 出來的濃溶液Sl先經(jīng)分離器(1)分流成兩股S2和S7，其中S2進(jìn)動力路，S7進(jìn)制冷路，S2經(jīng)高壓溶液泵( 加壓后先進(jìn)高壓溶液換熱器G)，與來自精餾塔(9)的稀溶液Sll換熱，然后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器(6)蒸發(fā)過熱后進(jìn)入透平(8)膨脹做功，透平(8)排汽不冷凝，直接進(jìn)入精餾塔(9)；另一股濃溶液S7經(jīng)低壓溶液泵C3)加壓后依次經(jīng)過低壓溶液換熱器( 和余熱溶液換熱器(7)加熱，最后進(jìn)入精餾塔(9)；在精餾塔(9)內(nèi)，來自透平(8)的排汽S6和來自余熱溶液換熱器(7)的濃溶液S7直接進(jìn)行接觸式的混合換熱，在塔內(nèi)被分離成塔釜稀溶液Sll和塔頂氨蒸汽S15 ；塔釜稀溶液Sll先后流經(jīng)高壓溶液換熱器(4)和低壓溶液換熱器(5)，再經(jīng)溶液節(jié)流閥(14) 節(jié)流降壓后進(jìn)入吸收器(15)，塔頂氨蒸汽S15進(jìn)入冷凝器(10)冷凝成液氨S16后，進(jìn)入過冷器(11)，與來自蒸發(fā)器(1 的低溫氨蒸汽S19換熱后，形成具有一定過冷度的液氨S17， S17經(jīng)節(jié)流閥(1 節(jié)流降壓成為低壓液氨S18再進(jìn)入蒸發(fā)器(1 蒸發(fā)制冷；低溫氨蒸汽 S19經(jīng)過過冷器(11)后成為具有一定的過熱度的氨蒸汽S20，最后進(jìn)入吸收器(15)，被稀溶液吸收，重新形成濃溶液Sl進(jìn)入下一個循環(huán)。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)及方法，以中低品位熱為熱源，既可以是工業(yè)余熱，也可以是太陽能等中低溫的可再生能源，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。2、本發(fā)明提供的這種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)及方法，發(fā)電工質(zhì)采用氨水濃溶液，使蒸發(fā)階段能與熱源溫度匹配更好，減少不可逆損失；透平排汽不經(jīng)過冷凝，而是直接進(jìn)精餾塔塔底，取消了傳統(tǒng)精餾塔的塔釜，一方面提供精餾所需熱量，另一方面也作為精餾塔的部分進(jìn)料，減小了透平排汽變溫冷凝所造成的不可逆損失。3、本發(fā)明提供的這種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)及方法，利用系統(tǒng)集成原理實(shí)現(xiàn)了熱能的梯級利用，提高了能量利用水平。中低溫?zé)崃肯冗M(jìn)入蒸汽發(fā)生器中將氨水加熱蒸發(fā)并過熱，再進(jìn)入余熱溶液換熱器，加熱作為精餾塔進(jìn)料的濃溶液，經(jīng)過梯級利用， 排煙溫度得到了顯著降低。來自精餾塔塔釜的稀溶液先經(jīng)過高壓溶液換熱器在蒸汽發(fā)生器前預(yù)熱濃溶液，再進(jìn)入低壓溶液換熱器，預(yù)熱進(jìn)入精餾塔的濃溶液，系統(tǒng)內(nèi)部余熱梯級利用，提高效率。4、本發(fā)明提供的這種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)及方法，流程簡單，各單元技術(shù)較為成熟，便于工業(yè)化利用。


圖1是本發(fā)明提供的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例的流程如圖1所示。其中Gl至G3表示熱源的載熱介質(zhì)，Wl至W4表示冷卻水，Sl至S20表示循環(huán)工質(zhì)。此處Gl采用400°C煙氣，基本工質(zhì)Sl為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34%的氨水混合物。主要設(shè)備包括分離器(1)、高壓溶液泵O)、低壓溶液泵(3)、高壓溶液換熱器 (4)、低壓溶液換熱器( 、蒸汽發(fā)生器(6)、余熱溶液換熱器(7)、透平(8)、精餾塔(9)、冷凝器(10)、過冷器(11)、氨節(jié)流閥(12)、蒸發(fā)器(13)、溶液節(jié)流閥(14)、吸收器(15)。其中吸收器(15)與分離器(1)相連，分離器(1)分別連接于高壓溶液泵(2)和低壓溶液泵(3)，高壓溶液泵( 連接動力路的高壓溶液換熱器G)，之后是蒸汽發(fā)生器(6)和透平(8)；低壓溶液泵( 依次連接制冷路的低壓溶液換熱器( 和余熱溶液換熱器(7)。透平(8)和余熱溶液換熱器(7)與精餾塔(9)直接相連，精餾塔(9)的頂部依次連接冷凝器(10)、過冷器 (11)、氨節(jié)流閥(1 和蒸發(fā)器(13)，精餾塔(9)的底部依次連接高壓溶液換熱器、低壓溶液換熱器(5)、溶液節(jié)流閥(14)和吸收器(1 。即吸收器和精餾塔是動力路和制冷路的公用設(shè)備單元。具體流程為吸收器(1 出來的濃溶液Sl先經(jīng)分離器(1)分流成兩股S2和S7, 其中S2進(jìn)動力路，S7進(jìn)制冷路。S2經(jīng)高壓溶液泵( 加壓后先進(jìn)高壓溶液換熱器(4)，與來自精餾塔(9)的稀溶液Sll換熱，然后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器(6)蒸發(fā)過熱后進(jìn)入透平(8)膨脹做功，透平(8)排汽不冷凝，直接進(jìn)入精餾塔(9)。另一股濃溶液S7經(jīng)低壓溶液泵(3)加壓后依次經(jīng)過低壓溶液換熱器( 和余熱溶液換熱器(7)加熱，最后進(jìn)入精餾塔(9)。在精餾塔(9)內(nèi)，來自透平(8)的排汽S6和來自余熱溶液換熱器(7)的濃溶液S7成分相同， 只是狀態(tài)不同，可以進(jìn)行直接接觸式的混合換熱，在塔內(nèi)被分離成塔釜稀溶液Sll和塔頂氨蒸汽S15。塔釜稀溶液Sll先后流經(jīng)高壓溶液換熱器(4)和低壓溶液換熱器(5)，再經(jīng)溶液節(jié)流閥(14)節(jié)流降壓后進(jìn)入吸收器(15)，塔頂氨蒸汽S15進(jìn)入冷凝器(10)冷凝成液氨S16后，進(jìn)入過冷器(11)，與來自蒸發(fā)器(1 的低溫氨蒸汽S19換熱后，形成具有一定過冷度的液氨S17，S17經(jīng)節(jié)流閥(1 節(jié)流降壓成為低壓液氨S18再進(jìn)入蒸發(fā)器(1 蒸發(fā)制冷。低溫氨蒸汽S19經(jīng)過過冷器(11)后成為具有一定的過熱度的氨蒸汽S20，最后進(jìn)入吸收器(15)，被稀溶液吸收，重新形成濃溶液Sl進(jìn)入下一個循環(huán)。 采用Aspen Plus軟件對以上所述實(shí)施方式進(jìn)行模擬計(jì)算，各物性方程的選取為氨水體系采用RK-SOAVE方程，熱源熱空氣采用PENG-ROB方程，水和水蒸汽體系采用 STEAM-TA方程。模擬所需的基本參數(shù)的選取如表1所示，表1是實(shí)施例循環(huán)基本參數(shù)。
項(xiàng)目參數(shù)名稱，單位參數(shù)值環(huán)境溫度，。c25壓力，bar1冷卻水溫度，°c30壓力，bar1氨水質(zhì)量濃度，%34熱源摩爾組分N2:02=79:21泵效率，％75透平等熵效率，%87
最小乏汽干度，％89蒸汽發(fā)生器節(jié)點(diǎn)溫差，°c15熱端溫差，°c30換熱器最小溫差，°c5精餾塔理論塔板數(shù)6摩爾回流比0.24分離壓力，bar15.55塔頂氨純度，％99.9表1假定系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，平衡工況時物流模擬計(jì)算結(jié)果、聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與分產(chǎn)系統(tǒng)的熱力性能比較見表2至表3。表2是實(shí)施例循環(huán)平衡工況狀態(tài)參數(shù)，表3是聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施例與分產(chǎn)系統(tǒng)的熱力性能比較。
權(quán)利要求
1.一種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括分離器(1)、高壓溶液泵( 、低壓溶液泵( 、高壓溶液換熱器(4)、低壓溶液換熱器( 、蒸汽發(fā)生器(6)、余熱溶液換熱器(7)、透平(8)、精餾塔(9)、冷凝器(10)、過冷器(11)、氨節(jié)流閥(1 、蒸發(fā)器 (13)、溶液節(jié)流閥(14)和吸收器(15)，其中吸收器(15)與分離器⑴相連接，分離器⑴ 分別連接于高壓溶液泵( 和低壓溶液泵( ，高壓溶液泵( 連接動力路的高壓溶液換熱器G)，之后是蒸汽發(fā)生器(6)和透平(8)；低壓溶液泵C3)依次連接制冷路的低壓溶液換熱器( 和余熱溶液換熱器(7)；透平(8)和余熱溶液換熱器(7)分別與精餾塔(9)直接相連，精餾塔(9)的頂部依次連接冷凝器(10)、過冷器(11)、氨節(jié)流閥(1 和蒸發(fā)器(13)， 精餾塔(9)的底部依次連接高壓溶液換熱器G)、低壓溶液換熱器(5)、溶液節(jié)流閥(14)和吸收器(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述分離器(1)是分流裝置，對工質(zhì)物流進(jìn)行質(zhì)量分流，其入口與吸收器(1 熱側(cè)出口連接，出口分別與高壓溶液泵( 和低壓溶液泵( 連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓溶液泵( 和低壓溶液泵( 是液體加壓設(shè)備，用于提高液體壓力；高壓溶液泵( 連接于分離器(1)和高壓溶液換熱器(4)之間，低壓溶液泵(3)連接于分離器(1)和低壓溶液換熱器(5)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓溶液換熱器G)、低壓溶液換熱器(5)、蒸汽發(fā)生器(6)和余熱溶液加熱器(7)是換熱設(shè)備， 用于實(shí)現(xiàn)冷、熱物流間的熱量交換；其中高壓溶液換熱器(4)的熱側(cè)進(jìn)出口分別與精餾塔(9)溶液出口和低壓溶液加熱器(5) 熱側(cè)入口連接，冷側(cè)進(jìn)出口分別與高壓溶液泵⑵和蒸汽發(fā)生器(6)冷側(cè)入口連接；低壓溶液換熱器(5)的熱側(cè)出口與吸收器(15)溶液進(jìn)口連接，冷側(cè)進(jìn)出口分別與低壓溶液泵 (3)和余熱溶液換熱器(7)冷側(cè)進(jìn)口連接；蒸汽發(fā)生器(6)熱側(cè)出口與余熱溶液換熱器(7) 熱側(cè)進(jìn)口連接，冷側(cè)出口與透平(8)入口連接；余熱溶液換熱器(7)冷側(cè)出口連接精餾塔 (9)，蒸汽發(fā)生器(6)輸入的熱量為工業(yè)余熱或太陽能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述透平 ⑶是一做功裝置，高溫高壓氨水蒸汽在其中膨脹實(shí)現(xiàn)對外做功，透平⑶進(jìn)出口分別與蒸汽發(fā)生器(6)冷側(cè)出口和精餾塔(9)連接，透平(8)排汽直接進(jìn)入精餾塔(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述精餾塔(9)用于對氨和水進(jìn)行精餾分離，其頂部連接有一冷凝器(10)，冷凝器(10)用于將精餾分離得到的濃氨蒸汽冷凝作為制冷工質(zhì)；精餾所需熱量來自透平(8)排汽余熱，塔底產(chǎn)出的稀氨水溶液進(jìn)入高壓溶液換熱器(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述過冷器(11)是換熱設(shè)備，熱側(cè)進(jìn)出口分別連接冷凝器(10)和節(jié)流閥(12)，冷側(cè)進(jìn)出口分別連接蒸發(fā)器(13)和吸收器(15)；來自冷凝器(10)的氨液在此被蒸發(fā)器(13)出口的低溫制冷工質(zhì)冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述氨節(jié)流閥(1 是膨脹降壓裝置，氨液通過節(jié)流實(shí)現(xiàn)降壓、降溫，其進(jìn)出口分別與過冷器(11)和蒸發(fā)器(13)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸發(fā)器(13)用于將制冷工質(zhì)在其中吸熱蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)冷量輸出，其進(jìn)出口分別與氨節(jié)流閥(12)和過冷器(11)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述吸收器(1 由混合器與冷凝器構(gòu)成，不同濃度工質(zhì)物流先在混合器中混合，然后在冷凝器中完全冷凝為液態(tài)；吸收器(15)熱側(cè)包括來自過冷器(11)的氨蒸汽和來自溶液節(jié)流閥(14)的稀溶液，冷側(cè)為冷卻水。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述溶液節(jié)流閥(14)連接低壓溶液換熱器( 和吸收器(15)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)具有一做功循環(huán)和一制冷循環(huán)，做功循環(huán)以氨水混合物為工質(zhì)，將在蒸汽發(fā)生器(6)生成的高溫過熱氨水蒸汽送入蒸汽透平(8)中膨脹做功，精餾塔(9)和吸收器(1 為做功循環(huán)和制冷循環(huán)的連接點(diǎn)，同時也是這兩個循環(huán)的共用裝置。
13.一種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該方法將氨水工質(zhì)加熱轉(zhuǎn)化成過熱蒸汽，進(jìn)入透平做功發(fā)電；透平排汽進(jìn)入精餾塔，得到濃氨蒸汽和稀氨水，其中濃氨蒸汽冷凝后作為制冷工質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷量輸出并生成濃氨蒸汽， 稀氨水加壓后與濃氨蒸汽混合冷凝為氨水工質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)方法，其特征在于，該方法具體包括吸收器(1 出來的濃溶液Sl先經(jīng)分離器(1)分流成兩股S2和S7，其中S2進(jìn)動力路， S7進(jìn)制冷路，S2經(jīng)高壓溶液泵( 加壓后先進(jìn)高壓溶液換熱器G)，與來自精餾塔(9)的稀溶液Sll換熱，然后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器(6)蒸發(fā)過熱后進(jìn)入透平(8)膨脹做功，透平(8)排汽不冷凝，直接進(jìn)入精餾塔(9)；另一股濃溶液S7經(jīng)低壓溶液泵C3)加壓后依次經(jīng)過低壓溶液換熱器( 和余熱溶液換熱器(7)加熱，最后進(jìn)入精餾塔(9)；在精餾塔(9)內(nèi)，來自透平(8)的排汽S6和來自余熱溶液換熱器(7)的濃溶液S7直接進(jìn)行接觸式的混合換熱， 在塔內(nèi)被分離成塔釜稀溶液Sll和塔頂氨蒸汽S15 ；塔釜稀溶液Sll先后流經(jīng)高壓溶液換熱器⑷和低壓溶液換熱器(5)，再經(jīng)溶液節(jié)流閥(14)節(jié)流降壓后進(jìn)入吸收器(15)，塔頂氨蒸汽S 15進(jìn)入冷凝器(10)冷凝成液氨S16后，進(jìn)入過冷器(11)，與來自蒸發(fā)器(13)的低溫氨蒸汽S19換熱后，形成具有一定過冷度的液氨S17，S17經(jīng)節(jié)流閥(1 節(jié)流降壓成為低壓液氨S18再進(jìn)入蒸發(fā)器(1 蒸發(fā)制冷；低溫氨蒸汽S19經(jīng)過過冷器(11)后成為具有一定的過熱度的氨蒸汽S20，最后進(jìn)入吸收器(1 ，被稀溶液吸收，重新形成濃溶液Sl進(jìn)入下一個循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合工質(zhì)功冷聯(lián)供的熱力循環(huán)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)以氨和水混合物為工質(zhì)，以中低溫?zé)崃繛闊嵩?。氨水工質(zhì)被加熱至過熱蒸汽，進(jìn)入透平做功，透平排汽進(jìn)入精餾塔為精餾過程提供熱量，精餾塔產(chǎn)生的氨氣經(jīng)過冷凝、過冷、節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器制冷，稀溶液經(jīng)過余熱回收后節(jié)流，進(jìn)入吸收器與來自蒸發(fā)器的氨氣混合冷凝。熱源先進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，再進(jìn)入余熱溶液換熱器。蒸汽發(fā)生器以氨水濃溶液為工質(zhì)，其變溫蒸發(fā)的特性使其與熱源溫度匹配良好，減少了蒸汽發(fā)生器中換熱過程的不可逆損失；同時透平排汽不經(jīng)過冷凝而是直接進(jìn)入精餾塔提供精餾熱，既避免了氨水工質(zhì)變溫冷凝而導(dǎo)致的不可逆損失，又因采取混合式換熱，減少了換熱過程的不可逆損失。
文檔編號F25B15/04GK102242985SQ201010175450
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者孫流莉, 崔平, 楊金福, 金紅光, 韓巍 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所