專利名稱：基于有機(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可再生能源利用，具體涉及一種與有機(jī)郎肯循環(huán)、吸收式制冷和地?zé)嵛菜孟囫詈系臒崮芫C合利用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
有機(jī)朗肯循環(huán)是用有機(jī)物代替水作為工質(zhì)的朗肯動(dòng)力循環(huán)，它利用中低品位熱能來加熱有機(jī)工質(zhì)，使其產(chǎn)生蒸汽，后推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)的熱源溫度通常在90°C以上，發(fā)電后地?zé)崴疁囟纫话愀哂?5°C，若該部分能量不經(jīng)利用而直接回灌，會(huì)產(chǎn)生很大的浪費(fèi)，因此通過合理利用地?zé)崴梢蕴岣甙l(fā)電效率和系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。而冬季室外氣溫較低，發(fā)電系統(tǒng)的冷凝溫度也較低，發(fā)電效率較高；又因此時(shí)熱需求巨大，地?zé)崴眯瘦^高。在其他季節(jié)，情況正好相反，尤其是夏季，由于環(huán)境溫度高，發(fā)電效率低，熱需求較冬季小，因而回灌溫度高，地?zé)崂眯实?。此外，環(huán)境溫度晝夜及季節(jié)性變化，使系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)瞬時(shí)變化，這嚴(yán)重影響設(shè)備使用壽命。所以如何解決上述問題便成為中低溫地?zé)豳Y源利用領(lǐng)域的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。本系統(tǒng)正是針對(duì)上述問題而開發(fā)的，它可以有效克服上述缺點(diǎn)，提高地?zé)岚l(fā)電效率、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及地?zé)崴C合利用效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)，以彌補(bǔ)春夏秋三季中低溫地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)效率較低、運(yùn)行工況多變和地?zé)峋C合利用效率低的缺陷，達(dá)到提高發(fā)電效率、運(yùn)行的穩(wěn)定性及提升地?zé)峋C合利用效率等目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采取了下述技術(shù)解決方案一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器、汽輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、冷凝器、水泵、工質(zhì)泵、 溶液泵、發(fā)生器、節(jié)流閥、吸收器、冷卻塔、板式換熱器、熱水儲(chǔ)水箱、壓縮機(jī)以及閥門等。由第一蒸發(fā)器的工質(zhì)側(cè)、汽輪機(jī)、第一冷凝器以及工質(zhì)泵通過管路按順序連接、并包括發(fā)電機(jī)以及第一水泵組成有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；由第二蒸發(fā)器、第二節(jié)流閥、第二冷凝器、發(fā)生器以及吸收器按順序連接、并包括第一節(jié)流閥、溶液泵、第二水泵以及冷卻塔組成吸收式制冷系統(tǒng)；由第三蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)與壓縮機(jī)、第三冷凝器以及第三節(jié)流閥通過管路依次按順序連接構(gòu)成水源熱泵機(jī)組；由板式換熱器、熱水儲(chǔ)水箱、第四水泵按順序連接、熱水儲(chǔ)水箱串接第三水泵構(gòu)成直接熱利用系統(tǒng)。由熱泵機(jī)組第三冷凝器的水側(cè)串接第五水泵組成間接熱利用系統(tǒng)。在系統(tǒng)連接上來自地?zé)岢樗墓┧芤来谓尤氲谝徽舭l(fā)器(進(jìn)水側(cè))、發(fā)生器、板式換熱器高溫側(cè)、第三蒸發(fā)器的水側(cè)后，經(jīng)第六閥門并聯(lián)接至第一冷凝器與第二蒸發(fā)器的水側(cè)進(jìn)口。第一冷凝器水側(cè)出口管路經(jīng)第七閥門接至地?zé)峄毓嗑?。板式換熱器低溫側(cè)出水分為二路一路經(jīng)第八閥門接至熱水儲(chǔ)水箱；另一路經(jīng)第九閥門接至直接熱利用系統(tǒng)的末端裝置后經(jīng)第四水泵返回板式換熱器的低溫進(jìn)水口。第一冷凝器與第二蒸發(fā)器的水側(cè)之間依次串接第四閥門、第五閥門和第一水泵。本發(fā)明的主要技術(shù)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在通過地?zé)峁┧苈穼?RC、吸收式制冷、直接熱利用和間接熱利用這四個(gè)系統(tǒng)串接起來，如何通過相應(yīng)閥門的切換達(dá)到提高發(fā)電效率、保持系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及提升地?zé)峋C合利用效率的目的。采用地?zé)嵛菜臀帐街评錂C(jī)組的冷凍水分別作為冬季和其它季節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的冷源，以取代冷卻塔。這樣可降低發(fā)電系統(tǒng)的冷凝溫度，從而提高機(jī)組的發(fā)電效率，使系統(tǒng)(免受環(huán)境溫度瞬態(tài)變化)穩(wěn)定運(yùn)行。將ORC 系統(tǒng)發(fā)電后的地?zé)崴肿鳛?冬季直接和間接兩級(jí)熱利用，其它季節(jié)僅直接熱利用)熱源， 由此可以更好提升地?zé)豳Y源利用率。本發(fā)明的特點(diǎn)以及產(chǎn)生的有益效果是，本發(fā)明與傳統(tǒng)的單一地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)和地?zé)釤崂孟到y(tǒng)相比(1)采用地?zé)嵛菜鳛槎景l(fā)電系統(tǒng)的冷源，與冷卻塔不同，地?zé)嵛菜坑鄩候?qū)動(dòng)，節(jié)省了運(yùn)行能耗，由于系統(tǒng)為閉式循環(huán)，運(yùn)行過程中不需要補(bǔ)水，減少了水資源消耗。(2)采用地?zé)嵛菜鳛闊崂孟到y(tǒng)的熱源，符合節(jié)能減排的要求，有利于環(huán)保。(3)采用吸收式制冷機(jī)組制取冷凍水作為非冬季發(fā)電系統(tǒng)的冷源，不同于現(xiàn)有發(fā)電系統(tǒng)采用冷卻塔作為冷源。冷凍水溫度低可提高發(fā)電效率，且免受環(huán)境溫度多瞬態(tài)變化的影響，使系統(tǒng)運(yùn)行工況穩(wěn)定，提高了設(shè)備的使用壽命。(4)采用熱電耦合聯(lián)供系統(tǒng)，合理科學(xué)的利用地?zé)豳Y源，最大限度利用地?zé)崴械臒崃浚岣吡说責(zé)崴睦眯屎图夹g(shù)經(jīng)濟(jì)性外，對(duì)于緩解電力供需矛盾和減少污染物排放，具有十分顯著的效果。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)原理以及部件連接示意圖。圖2為本發(fā)明冬季工況運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)原理以及部件連接示意圖。圖3為本發(fā)明非冬季工況運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)原理以及部件連接示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理以及部件連接結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的說明。需要說明的是，本實(shí)施例是敘述性的，而不是限定性的，不以此實(shí)施例限定本發(fā)明的保護(hù)范圍?；谟袡C(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)(如圖1)，由第一蒸發(fā)器 1-1的工質(zhì)側(cè)、汽輪機(jī)2、第一冷凝器4-1以及工質(zhì)泵3通過管路按順序連接、并包括發(fā)電機(jī) 14以及第一水泵5-1組成有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。由第二蒸發(fā)器1-2、第二節(jié)流閥7-2、第二冷凝器4-2、發(fā)生器6以及吸收器8按順序連接、并包括第一節(jié)流閥7-1、溶液泵15、第二水泵5-2以及冷卻塔9組成吸收式制冷系統(tǒng)。由板式換熱器10、熱水儲(chǔ)水箱11、第四水泵 5-4按順序連接、熱水儲(chǔ)水箱11串接第三水泵5-3構(gòu)成直接熱利用系統(tǒng)。由第三蒸發(fā)器1-3 工質(zhì)側(cè)與壓縮機(jī)12、第三冷凝器4-3以及第三節(jié)流閥7-3通過管路依次按順序連接構(gòu)成水源熱泵機(jī)組。熱泵機(jī)組第三冷凝器的水側(cè)串接第五水泵5-5組成間接熱利用系統(tǒng)。地?zé)岢樗墓┧疁囟葹?0°C以上。來自地?zé)岢樗墓┧芤来谓尤氲谝徽舭l(fā)器1-1的水側(cè)、發(fā)生器6、板式換熱器10高溫側(cè)、第三蒸發(fā)器1-3的水側(cè)后，經(jīng)第六閥門13-6并聯(lián)接至第一冷凝器4-1與第二蒸發(fā)器1-2的水側(cè)進(jìn)口。第一冷凝器4-1水側(cè)出口管路經(jīng)第七閥門13-7接至地?zé)峄毓嗑?。板式換熱器10低溫側(cè)出水分為二路一路經(jīng)第八閥門13-8接至熱水儲(chǔ)水箱11 ；另一路經(jīng)第九閥門13-9接至直接熱利用系統(tǒng)的末端裝置后， 經(jīng)第六水泵5-6返回板式換熱器10的低溫進(jìn)水口。第一冷凝器4-1與第二蒸發(fā)器1-2的水側(cè)之間依次串接第四閥門13-4、第五閥門13-5和第一水泵5-1。第三冷凝器的水側(cè)接至間接熱利用系統(tǒng)的末端裝置。第一蒸發(fā)器1-1水側(cè)進(jìn)出口設(shè)有第一閥門13-1 ；發(fā)生器6的進(jìn)口、以及進(jìn)出口之間分別設(shè)有第二和第三閥門；板式換熱器10的進(jìn)口、以及進(jìn)出口之間分別設(shè)有第十和第十一閥門；第三蒸發(fā)器1-3出口與地?zé)峄毓嗑g設(shè)有第十二閥門13-12。第一冷凝器4-1 通過第四、第五、第六、第七閥門完成不同運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換。冬季第一、第三、第四、第五、第八閥門關(guān)閉；第二、第六、第七、第九閥門開啟(如圖幻。其他季節(jié)第一、第三、第四、第五、 第八閥門開啟；第二、第六、第七、第九閥門關(guān)閉(如圖3)。本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)施過程冬季工況(如圖2)，采用地?zé)嵛菜鳛榘l(fā)電系統(tǒng)的冷源，發(fā)電后的地?zé)崴?jīng)過直接和間接兩級(jí)熱利用系統(tǒng)第一、第二、第六、第七、第九、第十一閥門開啟；第三、第八、第十、第十二閥門關(guān)閉。第一閥門關(guān)閉，地?zé)峤o水首先進(jìn)入第一蒸發(fā)器與工質(zhì)進(jìn)行換熱，使得工質(zhì)由液態(tài)成為過熱蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。做功后的乏氣在第一冷凝器中被(溫度較低的)地?zé)嵛菜淠秊橐后w。此時(shí)第四和第五閥門關(guān)閉、第六和第七閥門開啟， 循環(huán)工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)泵加壓后流回到第一蒸發(fā)器，開始下一個(gè)循環(huán)。第一蒸發(fā)器(發(fā)電后)的地?zé)崴M(jìn)入直接熱利用系統(tǒng)。此時(shí)第二、第九閥門開啟、第三、第八閥門關(guān)閉。地?zé)崴M(jìn)入板式換熱器與直接熱利用系統(tǒng)的末端裝置(采暖系統(tǒng))的回水進(jìn)行熱量交換，采暖系統(tǒng)的循環(huán)水由第四水泵5-4 驅(qū)動(dòng)。地?zé)崴?jīng)過直接熱利用系統(tǒng)后，進(jìn)入間接熱利用系統(tǒng)中的水源熱泵機(jī)組。此時(shí)第十閥門關(guān)閉、第十一閥門開啟，地?zé)崴诘谌舭l(fā)器中，與水源熱泵中的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行熱交換。循環(huán)工質(zhì)吸熱汽化經(jīng)壓縮機(jī)后變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w，工質(zhì)的熱量在第三冷凝器中釋放給間接熱利用系統(tǒng)末端裝置(采暖系統(tǒng))的回水。循環(huán)工質(zhì)經(jīng)第三節(jié)流閥降壓后，再進(jìn)入第三蒸發(fā)器開始下一循環(huán)。間接熱利用系統(tǒng)的采暖回水被第三冷凝器加熱升溫，作為間接熱利用系統(tǒng)的熱源，由第五水泵驅(qū)動(dòng)提供給熱用戶。此時(shí)第三蒸發(fā)器出口(地?zé)崴?的溫度較低，是發(fā)電系統(tǒng)理想的冷源。此時(shí)第六、第七閥門開啟，第十二閥門關(guān)閉，地?zé)崴肿鳛?ORC系統(tǒng)的冷源進(jìn)入第一冷凝器，吸收熱量后返回地?zé)崴毓嗑?。非冬季工況(如圖3)采用吸收式制冷機(jī)組制取的冷凍水作為發(fā)電系統(tǒng)的冷源， 發(fā)電后的地?zé)崴来谓?jīng)過吸收式制冷系統(tǒng)和直接熱利用系統(tǒng)第一、第四、第五、第八、第十、第十二閥門開啟；第六、第七、第九、第十一閥門關(guān)閉。地?zé)峤o水進(jìn)入第一蒸發(fā)器與工質(zhì)進(jìn)行換熱，使工質(zhì)由液態(tài)成為過熱蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。做功后的乏氣在第一冷凝器中(與吸收式制冷系統(tǒng)的冷凍水換熱)冷凝為液體，冷凍水由第一水泵驅(qū)動(dòng)。循環(huán)工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)泵加壓回到第一蒸發(fā)器開始下一個(gè)循環(huán)。
與冬季工況不同的是，由于第一閥門開啟，使得一小部分地?zé)峤o水經(jīng)旁路(第一) 閥門與第一蒸發(fā)器出口的地?zé)崴旌虾筮M(jìn)入發(fā)生器，對(duì)(濃度較低的)溴化鋰溶液進(jìn)行加熱，沸騰形成一定壓力和濃度的水蒸汽，進(jìn)入第二冷凝器，被冷卻塔排出的冷卻水，冷凝為液體。然后經(jīng)第二節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入第二蒸發(fā)器，吸收ORC系統(tǒng)冷卻水的熱量而汽化。氣化后的溶液水蒸汽進(jìn)入吸收器中被溴化鋰濃溶液吸收，溴化鋰溶液濃度降低變?yōu)橄∪芤骸Ｏ∪芤河扇芤罕眉訅哼M(jìn)入發(fā)生器，在發(fā)生器中溶液不斷氣化，溴化鋰稀溶液變?yōu)闈馊芤?，然后?jīng)第一節(jié)流閥降壓后進(jìn)入吸收器，與第二蒸發(fā)器的冷卻水換熱，從而開始下一個(gè)循環(huán)。從發(fā)生器出來的地?zé)峤o水進(jìn)入板式換熱器中，與直接熱利用系統(tǒng)末端裝置(生活熱水)的回水進(jìn)行熱交換，此時(shí)第八閥門開啟、第九閥門關(guān)閉。生活熱水進(jìn)入熱水儲(chǔ)水箱 11 (在第四水泵入口前端有補(bǔ)水)，并由第四水泵加壓回到板式換熱器。第三水泵驅(qū)動(dòng)生活熱水在熱水儲(chǔ)水箱與系統(tǒng)之間循環(huán)流動(dòng)。從板式換熱器出來的地?zé)嵛菜苯踊毓嘀恋責(zé)峄毓嗑?br> 權(quán)利要求
1.一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器、汽輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、冷凝器、水泵、工質(zhì)泵、溶液泵、發(fā)生器、節(jié)流閥、吸收器、冷卻塔、板式換熱器、熱水儲(chǔ)水箱、壓縮機(jī)以及閥門，由第一蒸發(fā)器(1-1)的工質(zhì)側(cè)、汽輪機(jī)O)、第一冷凝器以及工質(zhì)泵C3)通過管路按順序連接、并包括發(fā)電機(jī)(14)以及第一水泵(5-1)組成有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；由第二蒸發(fā)器(1-2)、第二節(jié)流閥(7-2)、第二冷凝器0-2)、發(fā)生器(6)以及吸收器 (8)按順序連接、并包括第一節(jié)流閥(7-1)、溶液泵(15)、第二水泵(5- 以及冷卻塔(9)組成吸收式制冷系統(tǒng)；由第三蒸發(fā)器(1- 工質(zhì)側(cè)與壓縮機(jī)(12)、第三冷凝器G-3)以及第三節(jié)流閥(7-3) 通過管路依次按順序連接構(gòu)成水源熱泵機(jī)組，其特征是由板式換熱器(10)、熱水儲(chǔ)水箱(11)、第四水泵(5-4)按順序連接、熱水儲(chǔ)水箱(11)串接第三水泵(5- 構(gòu)成直接熱利用系統(tǒng)，來自地?zé)岢樗墓┧芤来谓尤氲谝徽舭l(fā)器(1-1)的水側(cè)、發(fā)生器(6)、板式換熱器(10)高溫側(cè)、第三蒸發(fā)器(1- 的水側(cè)后， 經(jīng)第六閥門(13-6)并聯(lián)接至第一冷凝器(4-1)與第二蒸發(fā)器(1- 的水側(cè)進(jìn)口，第一冷凝器水側(cè)出口管路經(jīng)第七閥門(13-7)接至地?zé)峄毓嗑?，板式換熱器(10)低溫側(cè)出水分為二路一路經(jīng)第八閥門(13-8)接至熱水儲(chǔ)水箱(11)；另一路經(jīng)第九閥門(13-9)接至直接熱利用系統(tǒng)的末端裝置后經(jīng)第四水泵(5-4)返回板式換熱器(10)的低溫進(jìn)水口，第一冷凝器(4-1)與第二蒸發(fā)器(1-2)的水側(cè)之間依次串接第四閥門(13-4)、第五閥門(13-5) 和第一水泵(5-1)。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)，其特征是所述第一蒸發(fā)器(1-1)水側(cè)進(jìn)出口設(shè)有第一閥門(13-1)；所述發(fā)生器(6)的進(jìn)口、 以及進(jìn)出口之間分別設(shè)有第二和第三閥門(13-2、13-；3)；所述板式換熱器(10)的進(jìn)口、以及進(jìn)出口之間分別設(shè)有第十和第十一閥門(13-10、13-11)；所述第三蒸發(fā)器(1-3)出口與地?zé)峄毓嗑g設(shè)有第十二閥門(13-12)。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)，其特征是所述熱泵機(jī)組第三冷凝器G-3)的水側(cè)串接第三水泵(5- 組成間接熱利用系統(tǒng)， 第三冷凝器接至間接熱利用系統(tǒng)的末端裝置。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)，其特征是所述地?zé)岢樗墓┧疁囟葹?0°C以上。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)，其特征是所述第一冷凝器通過第四閥門(13-4)、第五閥門(13-5)、第六閥門(13-6)、第七閥門(13-7)完成不同運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換，冬季第一閥門(13-1)、第二閥門(13-2)、第六閥門(13-6)、第七閥門(13-7)、第九閥門(13_9)、第i^一閥門(13-11)開啟；第三閥門(13-3)、第八閥門(13-8)、第十閥門(13-10)、第十二閥門(13-12)關(guān)閉，其他季節(jié)第一閥門(13-1)、第四閥門(13-4)、第五閥門(13-5)、第八閥門(13_8)、第十閥門 (13-10)、第十二閥門(13-12)開啟；第六閥門(13-6)、第七閥門(13_7)、第九閥門(13_9)、 第十一閥門(13-11)關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的中低溫地?zé)岣咝犭婑詈下?lián)供系統(tǒng)。主要技術(shù)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在通過地?zé)峁┧苈穼RC、吸收式制冷、直接和間接熱利用這四個(gè)系統(tǒng)串接起來。具體是地?zé)峁┧来谓尤氲谝徽舭l(fā)器、發(fā)生器、板式換熱器、第三蒸發(fā)器后，并聯(lián)接至第一冷凝器與第二蒸發(fā)器的進(jìn)口，第一冷凝器出水接至地?zé)峄毓嗑?。板式換熱器低溫側(cè)出水分為二路一路接至熱水儲(chǔ)水箱；另一路接至直接熱利用系統(tǒng)的末端裝置后由水泵返回板式換熱器的低溫進(jìn)水口。第一冷凝器與第二蒸發(fā)器的水側(cè)之間依次串接有閥門和水泵。本發(fā)明采用地?zé)嵛菜鳛闊嵩?，符合?jié)能減排的要求，有利于環(huán)保。除提高了地?zé)豳Y源的利用效率外，對(duì)減少污染物排放，也具有顯著效果。
文檔編號(hào)F03G4/00GK102562496SQ201210014170
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者張偉, 朱家玲, 李太祿 申請(qǐng)人:天津大學(xué)