一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，包括余熱回收式分布式能源子系統(tǒng)、吸收式熱泵子系統(tǒng)和海洋溫差發(fā)電子系統(tǒng)，本發(fā)明利用燃氣輪機、以及連接燃氣輪機的余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽和煙氣凝結(jié)熱驅(qū)動吸收式熱泵，將海洋表層溫海水經(jīng)吸收式熱泵的吸收器、冷凝器和氣-水換熱器加熱升溫，以提高低沸點工質(zhì)的體積膨脹系數(shù)，海洋底層冷海水經(jīng)吸收式熱泵的蒸發(fā)器吸熱降溫，以增強對工質(zhì)乏汽的冷凝效果。本發(fā)明實現(xiàn)了對分布式能源系統(tǒng)余熱的充分利用，采用燃氣輪機余熱驅(qū)動吸收式熱泵運行，提升了一次能源利用效率，同時增大了海水溫差，提高了海洋溫差發(fā)電效率。
【專利說明】一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]伴隨著電力需求的增加和能源危機的加劇，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用率，解決環(huán)境污染已經(jīng)成為我國能源發(fā)展戰(zhàn)略重點。隨著環(huán)保標準不斷提高，火力發(fā)電不僅面臨脫硫脫硝的壓力，而且長三角、珠三角、京津冀等重點區(qū)域的火電機組建設也逐漸受到限制。東部沿海地區(qū)積極發(fā)展新的發(fā)電技術已是迫在眉睫。
[0003]海洋能是一種清潔無污染、蘊藏量豐富的可再生能源。海洋是世界上最大的太陽能采集器，每年吸收的太陽能相當于37萬億kWh，約為人類目前用電量的4000倍，每平方千米大洋表面水層含有的能量相當于3800桶石油燃燒發(fā)出的熱量。加強海水資源的開發(fā)與利用，是解決沿海及島嶼地區(qū)資源短缺、環(huán)境污染問題的有效途徑，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。
[0004]海洋溫差能發(fā)電(Ocean Thermal Energy Conversion)是利用海洋中受太陽能加熱的暖和表層水與較冷的深層水之間的溫差驅(qū)動熱機做功而發(fā)電，具有清潔，可再生，儲量大，不存在間歇，受晝夜和季節(jié)影響較小，不占用土地資源等優(yōu)點。海洋溫差能發(fā)電裝置根據(jù)所用工質(zhì)及流程的不同，可分為開式循環(huán)、閉式循環(huán)和混合式循環(huán)三種方式，其中最接近實用化和商業(yè)化的是閉式循環(huán)方式。閉式循環(huán)系統(tǒng)以溫海水為熱源，使液體工質(zhì)氣化推動發(fā)電機發(fā)電，以低溫海水為冷源使氣態(tài)工質(zhì)液化，實現(xiàn)循環(huán)，不斷發(fā)電。
[0005]海水溫差的大小是決定海洋能轉(zhuǎn)化率的根本因素。通常冷熱水溫差20°C以上才可實現(xiàn)溫差發(fā)電，只能在太陽輻射充足的低緯度地區(qū)得到開發(fā)利用，如我國南海和臺灣以東海域。南沙群島位于北回歸線以南，太陽輻射強烈，表層水溫在25°C以上，500?800m的深層水溫在5°C以下，表層、深層水溫差約20°C?24°C，具備溫差發(fā)電的潛力。我國東部沿海地區(qū)表層海水與深層海水的溫差不大，閉式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)效率較低，限制了其推廣使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有的燃氣三聯(lián)供系統(tǒng)一次能源利用率不高和沿海地區(qū)表層海水與深層海水因溫差不大而導致閉式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)效率較低的缺點，本發(fā)明提供一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明采用的技術方案是:
[0008]一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，包括余熱回收式分布式能源子系統(tǒng)、吸收式熱泵子系統(tǒng)和海洋溫差發(fā)電子系統(tǒng)；
[0009]余熱回收式分布式能源子系統(tǒng)包括燃氣機、發(fā)電機、余熱鍋爐、冷凝換熱器、發(fā)生器、氣-水換熱器，燃氣機通過輸氣管道與發(fā)電機連接，驅(qū)動發(fā)電機運行發(fā)電；所述燃氣機、余熱鍋爐和冷凝換熱器通過煙氣管道依次連接，所述冷凝換熱器的煙氣輸出端與排氣管道相連，換熱管串通冷凝換熱器和發(fā)生器構(gòu)成煙氣冷凝熱與發(fā)生器內(nèi)媒介換熱的環(huán)路，余熱鍋爐的高溫蒸汽出口與蒸氣管道連接，所述蒸氣管道依次經(jīng)過發(fā)生器、氣-水換熱器后與熱水管道連通構(gòu)成高溫蒸汽加熱發(fā)生器內(nèi)媒介的單向通道；
[0010]吸收式熱泵子系統(tǒng)包括發(fā)生器、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器，所述吸收器、所述溶液泵、所述溶液熱交換器和所述發(fā)生器通過媒介管道依次首尾連接組成媒介流通環(huán)路；所述發(fā)生器、所述冷凝器、所述節(jié)流閥、所述蒸發(fā)器和所述吸收器通過制冷劑管道依次連接構(gòu)成制冷劑循環(huán)通道；
[0011]海洋溫差發(fā)電子系統(tǒng)包括溫海水泵、冷海水泵、吸收器、蒸發(fā)器、冷凝器、氣-水換熱器、蒸汽發(fā)生器、汽輪機、凝氣器和工質(zhì)泵，所述溫海水泵、所述吸收器、所述冷凝器、所述氣-水換熱器和所述蒸汽發(fā)生器通過溫海水管道依次連接，構(gòu)成溫海水的加熱通道，所述蒸汽發(fā)生器的溫海水出口與溫海水排出管連接；所述冷海水泵、所述蒸發(fā)器和所述凝汽器通過冷海水管道依次連接，構(gòu)成冷海水的降溫通道，所述凝汽器的冷海水出口與冷海水排水管連接，所述凝汽器、所述工質(zhì)泵、所述蒸汽發(fā)生器和所述汽輪機通過工質(zhì)管道首尾連接構(gòu)成工質(zhì)蒸汽驅(qū)動汽輪機做功通道，所述汽輪機與發(fā)電機相連，以驅(qū)動發(fā)電機工作。
[0012]優(yōu)選的，所述蒸發(fā)器和吸收器采用噴淋式換熱器。
[0013]優(yōu)選的，所述溶液泵采用具有較高的允許吸入真空高度的屏蔽型密閉泵。
[0014]優(yōu)選的，管路上設置的閥門采用真空隔膜閥或雙極密封角閥。
[0015]優(yōu)選的，所述熱泵子系統(tǒng)的媒介是氨水溶液、溴化鋰水溶液或氟利昂溶液。
[0016]優(yōu)選的，所述海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)中工質(zhì)是液氨、丙烷或正丁烷。
[0017]優(yōu)選的，所述換熱管中的換熱介質(zhì)為水。
[0018]在余熱回收式分布式能源子系統(tǒng)中，燃氣機燃燒天然氣驅(qū)動發(fā)電機運行發(fā)電，燃燒產(chǎn)生的煙氣進入到余熱鍋爐中，吸收式熱泵的發(fā)生器和冷凝換熱器分別吸收余熱鍋爐排出的高溫蒸汽和煙氣。高溫蒸汽在發(fā)生器內(nèi)冷凝后，經(jīng)氣-水換熱器進入熱水管道；冷凝換熱器釋放的煙氣冷凝熱同樣輸入發(fā)生器中，放熱后的煙氣經(jīng)處理后排入大氣。
[0019]在吸收式熱泵子系統(tǒng)中，濃溶液在吸收器中吸收來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽后變成稀溶液，由溶液泵增壓經(jīng)溶液熱交換器送入發(fā)生器中。稀溶液在發(fā)生器中被高溫蒸汽和煙氣冷凝熱加熱蒸發(fā)成蒸汽后變成濃溶液，通過溶液熱交換器后進入吸收器，完成溶液循環(huán)。發(fā)生器中產(chǎn)生的制冷劑蒸汽進入冷凝器冷凝放熱，加熱海水。液態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流閥降壓進入蒸發(fā)器，吸收冷海水的熱量后變成制冷劑蒸汽，產(chǎn)生的制冷劑蒸汽進入吸收器中被濃溶液吸收，完成制冷劑循環(huán)。
[0020]在海洋溫差發(fā)電子系統(tǒng)中，來自海洋表層的溫海水經(jīng)連續(xù)加熱升溫后，進入蒸汽發(fā)生器加熱低沸點工質(zhì)。工質(zhì)受熱沸騰蒸發(fā)，在汽輪機內(nèi)絕熱膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機工作。隨后，用預冷過的海洋深層的冷海水將汽輪機排出的工質(zhì)乏汽冷凝為液態(tài)，再用工質(zhì)泵打入蒸汽發(fā)生器中，利用溫海水加熱工質(zhì)，沸騰蒸發(fā)后送入汽輪機內(nèi)做功，推動發(fā)電機工作，如此循環(huán)，持續(xù)發(fā)電。
[0021]本發(fā)明包括四個熱交換步驟:第一熱交換步驟，燃氣機燃燒天然氣帶動發(fā)電機工作，輸出部分電力，同時燃氣機的排氣進入余熱鍋爐，進行煙氣和水的熱交換，水吸熱后變?yōu)楦邷厮羝?，高溫煙氣放熱后變?yōu)榈蜏責煔猓坏诙峤粨Q步驟，余熱鍋爐排出的高溫水蒸汽和低溫煙氣作為驅(qū)動熱源，加熱吸收式熱泵的發(fā)生器，進行蒸汽、煙氣在發(fā)生器內(nèi)與稀溶液的熱交換，稀溶液受熱產(chǎn)生制冷劑蒸汽，高溫水蒸汽冷凝為高溫水，煙氣尾氣排入大氣；第三熱交換步驟，吸收式熱泵運行時，將海洋表層的溫海水依次送入吸收式熱泵的吸收器、冷凝器以及氣-水換熱器進行預熱，溫海水與吸收式熱泵工質(zhì)、高溫水的熱交換，溫海水溫度進一步增加，用于提高低沸點工質(zhì)的體積膨脹系數(shù)；同時海洋底層的冷海水送入吸收式熱泵的蒸發(fā)器進行預冷，冷海水與液態(tài)制冷劑的熱交換，冷海水溫度進一步降低，增強對工質(zhì)乏汽的冷凝效果；第四熱交換步驟，將預熱過的溫海水送入蒸汽發(fā)生器內(nèi)，進行高溫海水與低沸點工質(zhì)的熱交換，低沸點工質(zhì)受熱沸騰蒸發(fā)，進入汽輪機膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機工作，提供另一部分電力；同時將預冷過的冷海水送入凝汽器，進行冷海水與汽輪機排出的工質(zhì)乏汽的熱交換，工質(zhì)乏汽冷凝換熱成為液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)工質(zhì)泵循環(huán)送入蒸汽發(fā)生器，重新循環(huán)。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:本系統(tǒng)實現(xiàn)了對分布式能源系統(tǒng)余熱的充分利用，采用燃氣機余熱驅(qū)動吸收式熱泵運行，提升了一次能源利用效率，同時增大了海水溫差，提高了海洋溫差發(fā)電效率，擴大應用溫差能資源的海域范圍，實現(xiàn)了分布式能源與海洋溫差能的聯(lián)合發(fā)電，保證了發(fā)電穩(wěn)定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖【具體實施方式】
[0024]參照附圖1，一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，包括余熱回收式分布式能源子系統(tǒng)、吸收式熱泵子系統(tǒng)和海洋溫差發(fā)電子系統(tǒng)；
[0025]余熱回收式分布式能源子系統(tǒng)包括燃氣機1、發(fā)電機2、余熱鍋爐3、冷凝換熱器4、發(fā)生器6、氣-水換熱器7,燃氣機I通過輸氣管道23與發(fā)電機2連接,驅(qū)動發(fā)電機2運行發(fā)電；所述燃氣機1、余熱鍋爐3和冷凝換熱器4通過煙氣管道24依次連接，所述冷凝換熱器4的煙氣輸出端與排氣管道5相連，換熱管25串通冷凝換熱器4和發(fā)生器6構(gòu)成煙氣冷凝熱與發(fā)生器6內(nèi)媒介換熱的環(huán)路，余熱鍋爐3的高溫蒸汽出口與蒸氣管道26連接，所述蒸氣管道26依次經(jīng)過發(fā)生器6、氣-水換熱器7后與熱水管道8連通構(gòu)成高溫蒸汽加熱發(fā)生器6內(nèi)媒介的單向通道；
[0026]吸收式熱泵子系統(tǒng)包括發(fā)生器6、冷凝器9、節(jié)流閥10、蒸發(fā)器11、吸收器12、溶液熱交換器14，所述吸收器12、所述溶液泵13、所述溶液熱交換器14和所述發(fā)生器6通過媒介管道27依次首尾連接組成媒介流通環(huán)路；所述發(fā)生器6、所述冷凝器9、所述節(jié)流閥10、所述蒸發(fā)器11和所述吸收器12通過制冷劑管道28依次連接構(gòu)成制冷劑循環(huán)通道；
[0027]海洋溫差發(fā)電子系統(tǒng)包括溫海水泵15、冷海水泵18、吸收器12、蒸發(fā)器11、冷凝器
9、氣-水換熱器7、蒸汽發(fā)生器16、汽輪機21、凝氣器19和工質(zhì)泵22，所述溫海水泵15、所述吸收器12、所述冷凝器9、所述氣-水換熱器7和所述蒸汽發(fā)生器16通過溫海水管道29依次連接，構(gòu)成溫海水的加熱通道，所述蒸汽發(fā)生器16的溫海水出口與溫海水排出管17連接；所述冷海水泵18、所述蒸發(fā)器11和所述凝汽器19通過冷海水管道30依次連接，構(gòu)成冷海水的降溫通道，所述凝汽器19的冷海水出口與冷海水排水管20連接，所述凝汽器19、所述工質(zhì)泵22、所述蒸汽發(fā)生器16和所述汽輪機21通過工質(zhì)管道31首尾連接構(gòu)成工質(zhì)蒸汽驅(qū)動汽輪機做工通道，所述汽輪機21與發(fā)電機2相連，以驅(qū)動發(fā)電機2工作。[0028]優(yōu)選的，所述蒸發(fā)器11和吸收器12采用噴淋式換熱器。
[0029]優(yōu)選的，所述溶液泵13采用具有較高的允許吸入真空高度的屏蔽型密閉泵。
[0030]優(yōu)選的，管路上設置的閥門采用真空隔膜閥或雙極密封角閥。
[0031]優(yōu)選的，所述熱泵子系統(tǒng)的媒介是氨水溶液、溴化鋰水溶液或氟利昂溶液。
[0032]優(yōu)選的，所述海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)中工質(zhì)是液氨、丙烷或正丁烷。
[0033]優(yōu)選的，所述換熱管中的換熱介質(zhì)為水。
[0034]本發(fā)明的利用分布式能源和海洋溫差能耦合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，是在傳統(tǒng)的閉式海洋溫差循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的基礎上，利用燃氣機發(fā)電的余熱驅(qū)動吸收式熱泵運行，提高海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)的低沸點工質(zhì)進口溫度，降低冷海水溫度，以提高海洋溫差發(fā)電效率，同時實現(xiàn)天然氣和電力的負荷峰谷互補，保證系統(tǒng)高效、安全、穩(wěn)定運行。
[0035]在余熱回收子系統(tǒng)中，燃氣機I燃燒天然氣驅(qū)動發(fā)電機2發(fā)電，燃燒產(chǎn)生的煙氣進入余熱鍋爐3中，余熱鍋爐3產(chǎn)生的500?600°C的高溫水蒸汽作為熱源，高溫水蒸氣加熱發(fā)生器6后溫度降低為210°C左右，再經(jīng)氣-水換熱器7釋放熱量變成70°C的熱水，進入熱水管道8。同時，從余熱鍋爐3出來的130°C左右的煙氣尾氣經(jīng)過冷凝換熱器4后降到30°C，經(jīng)排氣管道5處理后排出。
[0036]在吸收式熱泵子系統(tǒng)中，發(fā)生器6內(nèi)的稀溶液被高溫水蒸氣以及冷凝換熱器4加熱，產(chǎn)生制冷劑蒸汽，該制冷劑蒸汽在冷凝器9中釋放熱量成為液態(tài)制冷劑，同時發(fā)生器6中溶液濃度提高成為濃溶液，該濃溶液經(jīng)溶液熱交換器14放熱后流入到吸收器12。從冷凝器9中流出的液態(tài)制冷劑經(jīng)過節(jié)流閥10降壓后，進入蒸發(fā)器11制冷，在蒸發(fā)器11中液態(tài)制冷劑吸熱蒸發(fā)形成制冷劑蒸汽進入吸收器12中，被吸收器12中的濃溶液噴淋吸收，成為稀溶液，稀溶液由溶液泵13從吸收器12中升壓經(jīng)溶液熱交換器14預熱后，送入發(fā)生器6中，完成吸收式制冷循環(huán)。
[0037]在海洋溫差發(fā)電子系統(tǒng)中，海洋表層20?25°C的溫海水由溫海水泵15抽取進入吸收器12中預熱后進入冷凝器9中繼續(xù)吸收冷凝熱，再經(jīng)氣-水換熱器7被加熱到60°C左右，送入蒸汽發(fā)生器16中，使得低沸點工質(zhì)流體沸騰為蒸汽，蒸汽進入汽輪機21內(nèi)膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機2工作。海洋底層的10?15°C的冷海水由冷海水泵18抽取送入蒸發(fā)器11中預冷到5°C左右，再進入凝汽器19將工質(zhì)乏汽冷凝后，進入冷海水排水管20。工質(zhì)泵22將冷凝后的液態(tài)工質(zhì)重新壓入蒸汽發(fā)生器16，以供循環(huán)使用。
[0038]本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術手段。
【權(quán)利要求】
1.一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括余熱回收式分布式能源子系統(tǒng)、吸收式熱泵子系統(tǒng)和海洋溫差發(fā)電子系統(tǒng)； 余熱回收式分布式能源子系統(tǒng)包括燃氣機、發(fā)電機、余熱鍋爐、冷凝換熱器、發(fā)生器、氣-水換熱器，燃氣機通過輸氣管道與發(fā)電機連接，驅(qū)動發(fā)電機運行發(fā)電；所述燃氣機、余熱鍋爐和冷凝換熱器通過煙氣管道依次連接，所述冷凝換熱器的煙氣輸出端與排氣管道相連，換熱管串通冷凝換熱器和發(fā)生器構(gòu)成煙氣冷凝熱與發(fā)生器內(nèi)媒介換熱的環(huán)路，余熱鍋爐的高溫蒸汽出口與蒸氣管道連接，所述蒸氣管道依次經(jīng)過發(fā)生器、氣-水換熱器后與熱水管道連通構(gòu)成高溫蒸汽加熱發(fā)生器內(nèi)媒介的單向通道； 吸收式熱泵子系統(tǒng)包括發(fā)生器、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器，所述吸收器、所述溶液泵、所述溶液熱交換器和所述發(fā)生器通過媒介管道依次首尾連接組成媒介流通環(huán)路；所述發(fā)生器、所述冷凝器、所述節(jié)流閥、所述蒸發(fā)器和所述吸收器通過制冷劑管道依次連接構(gòu)成制冷劑循環(huán)通道； 海洋溫差發(fā)電子系統(tǒng)包括溫海水泵、冷海水泵、吸收器、蒸發(fā)器、冷凝器、氣-水換熱器、蒸汽發(fā)生器、汽輪機、凝氣器和工質(zhì)泵，所述溫海水泵、所述吸收器、所述冷凝器、所述氣-水換熱器和所述蒸汽發(fā)生器通過溫海水管道依次連接，構(gòu)成溫海水的加熱通道，所述蒸汽發(fā)生器的溫海水出口與溫海水排出管連接；所述冷海水泵、所述蒸發(fā)器和所述凝汽器通過冷海水管道依次連接，構(gòu)成冷海水的降溫通道，所述凝汽器的冷海水出口與冷海水排水管連接，所述凝汽器、所述工質(zhì)泵、所述蒸汽發(fā)生器和所述汽輪機通過工質(zhì)管道首尾連接構(gòu)成工質(zhì)蒸汽驅(qū)動汽輪機做功通道，所述汽輪機與發(fā)電機相連，以驅(qū)動發(fā)電機工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述蒸發(fā)器和吸收器采用噴淋式換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述溶液泵采用具有較高的允許吸入真空高度的屏蔽型密閉泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:管路上設置的閥門采用真空隔膜閥或雙極密封角閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述熱泵子系統(tǒng)的媒介是氨水溶液、溴化鋰水溶液或氟利昂溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)中工質(zhì)是液氨、丙烷或正丁烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種余熱回收式分布式能源與海洋溫差能耦合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述換熱管中的換熱介質(zhì)為水。
【文檔編號】F01D15/10GK103742291SQ201310731051
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】蔡偉, 谷偉, 王賽賽, 吳宏偉, 董士林, 黃明星 申請人:寧波工程學院