專利名稱：利用中低焓能源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱能利用，具體涉及一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，存在大量的中低烚(60-120°C )能源，如中低溫地?zé)崮?、太陽能、低溫余?等，主要以熱利用為主；特別是與熱泵的耦合利用模式，使能源利用效率得到較大提高。但 不少應(yīng)用場(chǎng)合所要求的供熱溫度水平明顯低于供熱熱源的溫度，熱需求與熱供給之間存在 過大的傳熱溫差，造成了可用能的耗散，能源利用的熱力學(xué)第二定律效率低下；較高的熱排 放溫度，不僅意味著能源的低效利用，而且造成了一定程度上的熱污染；而且由于熱泵機(jī)組 需要消耗二次能源，相對(duì)運(yùn)行成本較高，降低了整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，從推廣和環(huán)保角度上， 仍存在一定的缺陷。 利用中低焓能源進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)具有重要的節(jié)能和環(huán)保意義，而充分體現(xiàn)能量的梯 級(jí)利用原則，有效避免可用能耗散，高效、充分的利用中低焓能源，從而提高熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 的經(jīng)濟(jì)性，是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)研制中一個(gè)意義重大、急待攻克的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種充分利用中低焓能源中的熱能的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，以提高 低品位能源的經(jīng)濟(jì)性。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的將供熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、熱泵子系統(tǒng)通過 一個(gè)中間換熱器組合起來構(gòu)成熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(如圖所示)。具體組成結(jié)構(gòu)為供熱子系統(tǒng) 中的回水經(jīng)第一個(gè)水泵、供水流量調(diào)節(jié)閥、發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器、熱泵子系統(tǒng)冷凝器、中間換 熱器冷水側(cè)以及系統(tǒng)供水管接回至供熱子系統(tǒng)構(gòu)成閉路循環(huán)；中間換熱器熱水側(cè)分別與發(fā) 電子系統(tǒng)的蒸發(fā)器水側(cè)和熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器水側(cè)串接，由此組成熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
發(fā)電子系統(tǒng)中所需的熱能取自低品位熱(水)源。本發(fā)明所述的發(fā)電子系統(tǒng)，指 的是中低焓能源雙流發(fā)電系統(tǒng)，包括有機(jī)朗肯循環(huán)或卡林納循環(huán)系統(tǒng)。發(fā)電子系統(tǒng)有兩個(gè) 水循環(huán)回路和一個(gè)做功工質(zhì)回路。水循環(huán)包括熱源水回路和供熱水回路。采用低沸點(diǎn)工質(zhì) 推動(dòng)汽輪機(jī)做功。熱源熱水進(jìn)入發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)吸熱(進(jìn)行做功循環(huán) 發(fā)電)熱源熱水溫度由tl降為t2 ;熱水進(jìn)入中間換熱器與系統(tǒng)供熱回水換熱后進(jìn)一步降 溫至t3進(jìn)入熱泵子系統(tǒng)。熱源熱水在熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)再次放熱(低沸點(diǎn)工質(zhì)吸熱蒸 發(fā)，經(jīng)壓縮、冷凝，進(jìn)行吸放熱循環(huán))溫度降低至t4排放或回灌到地下。系統(tǒng)供熱回水依次 經(jīng)發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器，熱泵子系統(tǒng)冷凝器以及中間換熱器冷水側(cè)，回水溫度t5經(jīng)逐級(jí)加熱 溫度升高，即由t5 — t6 — t7 — t8，加熱到溫度t8后提供給供熱子系統(tǒng)(熱用戶)。


附圖為本發(fā)明技術(shù)原理及系統(tǒng)各回路組成框圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體實(shí)施例并參照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。利用中低焓能源的熱 電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括供熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、熱泵子系統(tǒng)、中間換熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、汽輪 機(jī)、壓縮機(jī)、工質(zhì)泵、水泵以及水流量調(diào)節(jié)閥等。由供熱子系統(tǒng)1提供給熱用戶的系統(tǒng)回水 管4依次與發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器2-1的水側(cè)、熱泵子系統(tǒng)冷凝器3-1的水側(cè)、中間換熱器5的 冷水側(cè)以及供熱子系統(tǒng)1的供水管6串接構(gòu)成閉路循環(huán)；外界供熱水依次串接發(fā)電子系統(tǒng) 蒸發(fā)器2-2的水側(cè)、中間換熱器5的熱水側(cè)以及熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器3-2的水側(cè)。系統(tǒng)回水 管4與發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器2-1之間設(shè)有第一個(gè)水泵7-1和供水流量調(diào)節(jié)閥8。外界供熱水 管路與發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器2-2水側(cè)之間設(shè)有第二個(gè)水泵7-2、熱源水流量調(diào)節(jié)閥9。
熱源熱水由第二個(gè)水泵7-2、熱源水流量調(diào)節(jié)閥9進(jìn)入發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器2-2的水 側(cè)，熱水與蒸發(fā)器內(nèi)的低沸點(diǎn)工質(zhì)換熱。工質(zhì)受熱蒸發(fā)為過熱蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)io驅(qū)動(dòng)發(fā)電 機(jī)發(fā)電，循環(huán)工質(zhì)經(jīng)發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器2-1 、工質(zhì)泵11等進(jìn)入蒸發(fā)器構(gòu)成閉路循環(huán)。熱源熱 水經(jīng)由發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器2-2后放熱，溫度由tl降為t2 ;進(jìn)入中間換熱器5與系統(tǒng)供熱回 水換熱降溫至t3進(jìn)入熱泵子系統(tǒng)。熱水在熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器3-2與該系統(tǒng)中的低沸點(diǎn)工 質(zhì)換熱。工質(zhì)經(jīng)吸熱蒸發(fā)，壓縮機(jī)12壓縮、熱泵子系統(tǒng)冷凝器3-1放熱、節(jié)流閥13節(jié)流再 進(jìn)入蒸發(fā)器構(gòu)成閉路循環(huán)。此時(shí)熱源熱水降至t4進(jìn)行排放或回灌。 下述實(shí)施例在熱源溫度90°C 、供熱(水)溫度50°C ，供熱回水溫度35°C的應(yīng)用要 求下給出。 熱源溫度90°C ，熱源水流量(ms。歡e)為1. 0kg/s，熱源水排放溫度30. 9°C ;供熱水 溫度5(TC，供熱回水溫度35°C。發(fā)電子系統(tǒng)中汽輪_發(fā)電機(jī)組的機(jī)械效率70%，發(fā)電機(jī)效 率96% ;工質(zhì)泵耗功占汽輪機(jī)膨脹功的比例為10%。與附圖中的各溫度點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，S卩，tl =90。C，t2 = 60。C，t3 = 47. 5。C，t4 = 30. 9°C，ms。urce = 1. 0kg/s ;t5 = 35。C，t6 = 42°C， t7 = 47°C， t8 = 50°C。 上述工況下，計(jì)算可得發(fā)電子系統(tǒng)的熱效率(除去工質(zhì)泵功后)為3. 0%，發(fā)電凈 功率為2. 39kW;熱泵子系統(tǒng)的制熱C0P(性能系數(shù))為5.0，壓縮機(jī)耗功17.46kW，耗功比 (發(fā)電凈功率與壓縮機(jī)耗功之比)13. 7%。可提供給熱用戶的供熱量為261. 9kW。
本發(fā)明的有益效果在于供熱回水作為發(fā)電子系統(tǒng)的冷卻水，節(jié)省了系統(tǒng)投資成 本。熱源熱水經(jīng)三次降溫可降到較低水平，充分利用了中低焓能源中的熱能，使利用率得到 提高。本發(fā)明利用三個(gè)子系統(tǒng)間的溫度耦合實(shí)現(xiàn)高效的熱、電聯(lián)產(chǎn)。在單位熱源水流量、熱 源溫度9(TC時(shí)，發(fā)電子系統(tǒng)能夠?yàn)闊岜米酉到y(tǒng)提供13.7%的二次能源消耗，為熱用戶提供 261.9kW的熱量。而且熱源與供熱之間的溫差越大，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)越明顯。所以本發(fā)明提出 了一種高效利用中低焓能源的手段。
權(quán)利要求
利用中低焓能源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，具有供熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、熱泵子系統(tǒng)、中間換熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、工質(zhì)泵、水泵以及水流量調(diào)節(jié)閥，其特征是由供熱子系統(tǒng)(1)提供給熱用戶的系統(tǒng)回水管(4)依次與發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器(2-1)的水側(cè)、熱泵子系統(tǒng)冷凝器(3-1)的水側(cè)、中間換熱器(5)的冷水側(cè)以及供熱子系統(tǒng)(1)的供水管(6)串接構(gòu)成閉路循環(huán)，外界供熱水管路依次串接發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器(2-2)的水側(cè)、中間換熱器(5)的熱水側(cè)以及熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器(3-2)的水側(cè)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的利用中低焓能源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是在所述系統(tǒng)回水 管(4)與所述發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器(2-1)之間設(shè)有第一個(gè)水泵(7-1)和供水流量調(diào)節(jié)閥(8)。
3. 按照權(quán)利要求1所述的利用中低焓能源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是外界供熱水管路 與所述發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器(2-2)水側(cè)之間設(shè)有第二個(gè)水泵(7-2)、熱源水流量調(diào)節(jié)閥(9)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用中低焓能源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。將供熱、發(fā)電、熱泵三個(gè)子系統(tǒng)通過一個(gè)中間換熱器組合起來構(gòu)成熱電聯(lián)產(chǎn)。供熱子系統(tǒng)提供的熱水依次串接發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器、熱泵子系統(tǒng)冷凝器和中間換熱器等構(gòu)成閉路循環(huán)，外界供熱水依次串接電子系統(tǒng)蒸發(fā)器、中間換熱器以及熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器等由此組成熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。本發(fā)明利用供熱回水作為發(fā)電子系統(tǒng)的冷卻水，節(jié)省了投資。利用各子系統(tǒng)間的溫度耦合，實(shí)現(xiàn)高效的熱電聯(lián)產(chǎn)。熱源為90℃時(shí)，發(fā)電子系統(tǒng)能為熱泵子系統(tǒng)提供13.7％的二次能源消耗，為熱用戶提供261.9kW的熱量，提高了熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。熱源與供熱之間的溫差越大，熱利用的優(yōu)勢(shì)越明顯。
文檔編號(hào)F01K11/02GK101701534SQ20091022871
公開日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者張圣君, 王懷信, 郭濤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)