本發(fā)明屬于低品位能源利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于有機朗肯循環(huán)和吸收式熱泵循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國經(jīng)濟發(fā)展迅速隨之帶來的是能源短缺及嚴重的環(huán)境污染，一方面在鋼鐵、建筑、交通等領(lǐng)域存在大量能源以熱量形式被排放，回收利用難度高；另一方面地熱能、太陽能等自然資源的利用等級較低，無法合理利用。因此現(xiàn)如今，如何對能源進行合理利用，成為緩解我國能源及環(huán)境問題的重要途徑。

在低品位能源的回收利用中，有機朗肯循環(huán)因其工質(zhì)具有高壓低沸特點被廣泛利用，但針對多數(shù)低品位能源的回收利用，其系統(tǒng)尾端仍處于可利用狀態(tài)，且存在能源回收率及系統(tǒng)性能均較低等現(xiàn)象，若對低品位能源進行常規(guī)單一方法的回收，效果較差。

因此，有必要設(shè)計一種高效綜合聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種提高能源回收利用率，增加電量輸出，且可對外制冷的基于有機朗肯循環(huán)和吸收式熱泵循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于有機朗肯循環(huán)和吸收式熱泵循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括第一有機朗肯循環(huán)模塊、吸收式熱泵模塊以及第二有機朗肯循環(huán)模塊；

所述第一有機朗肯循環(huán)模塊包括第一蒸發(fā)器，連接于所述第一蒸發(fā)器的第一發(fā)電機組，以及連接于所述第一發(fā)電機組的第一冷凝器，有機工質(zhì)于所述第一蒸發(fā)器內(nèi)與初始熱源換熱后進入所述第一發(fā)電機組發(fā)電，然后進入所述第一冷凝器冷凝后回到所述第一蒸發(fā)器；

所述吸收式熱泵模塊包括發(fā)生器，與所述發(fā)生器存在高度差的氣液分離器，設(shè)置于所述發(fā)生器一側(cè)的溶液熱交換器，以及連接于所述溶液熱交換器的吸收器，所述發(fā)生器通過虹吸管連接于所述氣液分離器，所述氣液分離器的上方通過第一管道連接于第三冷凝器，所述第三冷凝器連接于第三蒸發(fā)器，所述第三蒸發(fā)器連接于所述吸收器，所述氣液分離器的下方通過第二管道連接于所述吸收器，所述第二管道穿過所述溶液熱交換器與之換熱，所述吸收器通過第三管道連接于所述溶液熱交換器及所述發(fā)生器，經(jīng)所述第一有機朗肯循環(huán)模塊換熱后的低溫熱流體進入所述發(fā)生器內(nèi)與所述發(fā)生器內(nèi)的稀溶液換熱，稀溶液在所述發(fā)生器內(nèi)被加熱形成氣液兩相混合物由所述虹吸管吸入所述氣液分離器內(nèi)，分離后的水蒸氣由所述第一管道進入所述第三冷凝器內(nèi)冷卻形成冷凝液體，冷凝液體流入所述第三蒸發(fā)器內(nèi)對外制冷，吸熱蒸發(fā)形成制冷劑蒸汽流回所述吸收器內(nèi)，分離后的濃溶液流入所述第二管道與所述溶液熱交換器換熱后進入所述吸收器，所述吸收器內(nèi)混合形成的稀溶液經(jīng)所述第三管道回流經(jīng)過所述溶液熱交換器進入所述發(fā)生器內(nèi)；

所述第二有機朗肯循環(huán)模板包括第二蒸發(fā)器，連接于所述第二蒸發(fā)器的第二發(fā)電機組，以及連接于所述第二發(fā)電機組的第二冷凝器，經(jīng)所述吸收式熱泵模塊換熱后的余熱部分排出，另一部分通過第四管道通入所述第二蒸發(fā)器內(nèi)與有機工質(zhì)換熱，有機工質(zhì)被加熱后進入所述第二發(fā)電機組發(fā)電。

進一步，所述第一有機朗肯循環(huán)模塊還包括設(shè)置于所述第一冷凝器與所述第一蒸發(fā)器之間的管路上的第一流量控制閥及第一工質(zhì)泵。

進一步，所述第二有機朗肯循環(huán)模塊還包括設(shè)置于所述第二冷凝器與所述第二蒸發(fā)器之間的管路上的第二流量控制閥及第二工質(zhì)泵。

進一步，初始熱源由低品位尾端熱源經(jīng)過濾器過濾后供入所述第一蒸發(fā)器內(nèi)。

進一步，所述發(fā)生器、所述溶液熱交換器及所述吸收器內(nèi)的溶液為溴化鋰溶液。

進一步，所述發(fā)生器、所述吸收器及所述第一管道上連接有安全閥及排氣閥。

進一步，所述氣液分離器內(nèi)液面與所述發(fā)生器之間的高度差大于所述溶液熱交換器與所述發(fā)生器之間的高度差。

進一步，所述第一蒸發(fā)器與所述發(fā)生器之間、所述第三冷凝器與所述第三蒸發(fā)器之間均設(shè)有止回閥。

進一步，所述第四管道部分進入所述吸收器內(nèi)，余熱與所述吸收器的溶液進行熱交換，吸收濃溶液稀釋時釋放的熱量，提升品位。

進一步，所述第四管道上設(shè)有第三流量控制閥、第三工質(zhì)泵及流量顯示器。

本發(fā)明的有益效果：

初始熱源在第一有機朗肯循環(huán)模塊內(nèi)完成循環(huán)發(fā)電后，成為仍具有一定溫度的低溫熱流體，該低溫熱流體進入吸收式熱泵模塊中品位被提升，成為高溫二次熱源的同時可實現(xiàn)一定程度的向外制冷，吸收式熱泵模塊采用虹吸管作為運輸制冷劑溶液的主要工具，利用高度差實現(xiàn)溶液流動，減小了工質(zhì)泵的投入，經(jīng)過兩次換熱后的余熱再進入第二有機朗肯循環(huán)模塊發(fā)電，實現(xiàn)對余熱的充分利用，解決常規(guī)低品位熱源回收系統(tǒng)尾端仍處于可利用狀態(tài)能源的去向問題，提高能源回收利用率，增加了電量輸出。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于有機朗肯循環(huán)和吸收式熱泵循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1—第一蒸發(fā)器、2—第一發(fā)電機組、3—第一冷凝器、4—第一流量控制閥、5—第一工質(zhì)泵、6—第二蒸發(fā)器、7—第二發(fā)電機組、8—第二冷凝器、9—第二流量控制閥、10—第二工質(zhì)泵、11—過濾器、12—流量顯示器、13—虹吸管、14—氣液分離器、15—發(fā)生器、16—溶液熱交換器、17—第三流量控制閥、18—吸收器、19—第三蒸發(fā)器、20—第三冷凝器、21—止回閥、22—排氣閥、23—安全閥、24—第三工質(zhì)泵、25—第一管道、26—第二管道、27—第三管道、28—第四管道。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

另外，在本發(fā)明中涉及“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。

如圖1，本發(fā)明提供一種基于有機朗肯循環(huán)和吸收式熱泵循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括第一有機朗肯循環(huán)模塊、吸收式熱泵模塊以及第二有機朗肯循環(huán)模塊。

第一有機朗肯循環(huán)模塊包括第一蒸發(fā)器1，連接于第一蒸發(fā)器1的第一發(fā)電機組2，以及連接于第一發(fā)電機組2的第一冷凝器3，第一冷凝器3與第一蒸發(fā)器1之間的管路上設(shè)有第一流量控制閥4及第一工質(zhì)泵5，第一流量控制閥4用于控制有機朗肯循環(huán)回路上的工質(zhì)流量，第一工質(zhì)泵5用于加壓工質(zhì)。第一發(fā)電機組2包括膨脹機及設(shè)置于膨脹機末端的發(fā)電機。

初始熱源由低品位尾端熱源經(jīng)過濾器11過濾后供入第一蒸發(fā)器1內(nèi)，初始熱源與第一蒸發(fā)器1是管殼式換熱，液態(tài)有機工質(zhì)于第一蒸發(fā)器1內(nèi)與初始熱源換熱后被加熱到飽和蒸汽狀態(tài)，然后進入第一發(fā)電機組2膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，從膨脹機出口排出的乏汽進入第一冷凝器3與冷卻水換熱冷卻后變?yōu)橐后w，液態(tài)有機工質(zhì)經(jīng)過第一工質(zhì)泵5加壓后再次泵入第一蒸發(fā)器1進行換熱，從而完成一個封閉的有機朗肯發(fā)電循環(huán)。初始熱源進入第一蒸發(fā)器1與有機工質(zhì)換熱后從第一蒸發(fā)器1中排出，排出的低溫熱流體則送入吸收式熱泵模塊中進行再次應(yīng)用。冷卻水在第一冷凝器3中將從第一發(fā)電機組2排出的有機工質(zhì)冷凝為液態(tài)，由第一冷凝器3出口端排出的冷卻水散熱后再次進入第一冷凝器3進行冷凝。

吸收式熱泵模塊包括發(fā)生器15，與發(fā)生器15存在高度差的氣液分離器14，設(shè)置于發(fā)生器15一側(cè)的溶液熱交換器16，以及連接于溶液熱交換器16的吸收器18。發(fā)生器15通過虹吸管13連接于氣液分離器14，氣液分離器14內(nèi)液面與發(fā)生器15之間存在高度差h2。氣液分離器14的上方通過第一管道25連接于第三冷凝器20，第三冷凝器20連接于第三蒸發(fā)器19，第三蒸發(fā)器19連接于吸收器18。氣液分離器14的下方通過第二管道26連接于吸收器18，第二管道26穿過溶液熱交換器16與之換熱，溶液熱交換器16與發(fā)生器15之間存在高度差h1，h2大于h1。由于氣體與液體的密度不同，液體在與氣體一起流動時，液體會受到重力的作用，產(chǎn)生一個向下的速度，而氣體仍然朝著原來的方向流動，也就是說液體與氣體在重力場中有分離的傾向，而氣體在上升過程中攜帶的液滴，附著在氣液分離器14的壁面上匯聚在一起通過第二管道26排向溶液熱交換器16，提高了氣液分離效果。吸收器18的底部通過第三管道27連接于溶液熱交換器16及發(fā)生器15。在本發(fā)明中，發(fā)生器15、溶液熱交換器16及吸收器18內(nèi)的溶液為溴化鋰溶液。

采用虹吸管13作為運輸制冷劑容溶液的主要工具，利用大氣壓和聯(lián)通原理的特殊應(yīng)用，兩個容器液面高低不同，用管子將兩者液體聯(lián)通，不論管子什么形狀，在液體自身重力作用和大氣壓作用下，總有保持液面相平的運動趨勢，即將流動的液體所受的合力指向下方，因此液體從高處流向低處。利用液面自身高度差作為溶液流動的驅(qū)動力，減少了部分工質(zhì)泵及附加設(shè)備的投入，在一定程度上做到了節(jié)能。

經(jīng)第一有機朗肯循環(huán)模塊換熱后的低溫熱流體進入發(fā)生器15內(nèi)與發(fā)生器15內(nèi)的溴化鋰稀溶液換熱，稀溶液在發(fā)生器15內(nèi)被加熱至沸騰，形成的氣液兩相混合物由虹吸管13吸入氣液分離器14內(nèi)，分離后的高壓飽和蒸氣由頂部的第一管道25進入第三冷凝器20內(nèi)，與外部冷卻水換熱后被冷卻形成冷凝液體，冷凝液體流入第三蒸發(fā)器19內(nèi)吸收循環(huán)水的熱量再次蒸發(fā)形成制冷劑蒸汽，同時對外制冷，制冷劑蒸汽流回到吸收器18內(nèi)。分離后的濃溶液存積到氣液分離器14的底部，依靠氣液分離器14與溶液熱交換器16之間的高度差流入第二管道26，與溶液熱交換器16換熱后進入吸收器18，制冷劑蒸汽、濃溶液在吸收器18內(nèi)混合吸收，形成稀溶液再經(jīng)過第三管道27回流到發(fā)生器15內(nèi)，其中第三管道27的中部連接到溶液熱交換器16，在流經(jīng)溶液熱交換器16的過程中，第三管道27內(nèi)的稀溶液與第二管道26內(nèi)的濃溶液在溶液熱交換器16中換熱，換熱方式也是管殼式換熱。

由于吸收式熱泵系統(tǒng)中第三冷凝器20使用外界冷卻水進行冷卻會散失部分熱量，因此由第三冷凝器20進入第三蒸發(fā)器19內(nèi)的制冷劑冷凝液體攜帶能量減少，雖然制冷劑冷凝液體在第三蒸發(fā)器19中吸熱蒸發(fā)再次成為制冷劑蒸汽，同時對外實現(xiàn)制冷，但是由于在第三冷凝器20內(nèi)部分熱量的散失，此時吸收式熱泵系統(tǒng)中制冷劑自身總能量較第三冷凝器20前降低，為保證系統(tǒng)能量守恒，需要對經(jīng)吸收式熱泵模塊換熱后的余熱進行分流，分流后的一部分余熱排出至地下再利用，另一部分送入吸收器18內(nèi)，吸收濃溶液稀釋時釋放出的熱量，從而提升自身品位成為二次熱源，進入第二有機朗肯循環(huán)模塊中完成二級發(fā)電循環(huán)。

第二有機朗肯循環(huán)模板包括第二蒸發(fā)器6，連接于第二蒸發(fā)器6的第二發(fā)電機組7，以及連接于第二發(fā)電機組7的第二冷凝器8，第二冷凝器8與第二蒸發(fā)器6之間的管路設(shè)有第二流量控制閥9和第二工質(zhì)泵10，第二流量控制閥9用于控制有機朗肯循環(huán)回路上的工質(zhì)流量，第二工質(zhì)泵10用于加壓工質(zhì)。第二發(fā)電機組7也包括膨脹機及設(shè)置于膨脹機末端的發(fā)電機。

第二蒸發(fā)器6通過第四管道28連接于發(fā)生器15，經(jīng)吸收式熱泵模塊換熱后的部分余熱分流，一部分排出到地下再利用，另一部分通過第四管道28通入第二蒸發(fā)器6內(nèi)，第四管道28部分進入吸收器18內(nèi)，余熱與吸收器18內(nèi)的溶液進行熱交換，吸收濃溶液稀釋時釋放的熱量，從而提升自身品位成為二次熱源，進入第二蒸發(fā)器6中與有機工質(zhì)換熱，有機工質(zhì)被加熱后進入第二發(fā)電機組7發(fā)電，可以充分利用余熱。第四管道28上設(shè)有第三流量控制閥17及第三工質(zhì)泵24，第三流量控制閥17的設(shè)置，可人工調(diào)配用于生成二次熱源的熱流流量。

優(yōu)選的，發(fā)生器15、吸收器18及第一管道25上均連接有安全閥23和排氣閥22，安全閥23用于檢測三處氣體壓力，若安全閥23測得的氣體壓力過高，則啟動排氣閥22，使得循環(huán)管路內(nèi)壓力在正常運行范圍內(nèi)。第一蒸發(fā)器1與發(fā)生器15之間、第三冷凝器20與第三蒸發(fā)器19之間均設(shè)有止回閥21，用于防止液體或氣體回流。過濾器11與第一蒸發(fā)器1之間、第一蒸發(fā)器1與發(fā)生器15之間以及第四管道28上均設(shè)有流量顯示器12，用于實時讀取流量數(shù)據(jù)。

本發(fā)明基于有機朗肯循環(huán)和吸收式熱泵循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)適用于可提供大流量、持續(xù)低溫熱源的地區(qū)。初始熱源在完成一級有機朗肯發(fā)電循環(huán)后，成為仍具有一定溫度的低溫熱流體，而分流后的部分該熱流進入吸收式熱泵模塊中品位被再次提升，成為高溫二次熱源的同時可實現(xiàn)一定程度的向外制冷，實現(xiàn)二級有機朗肯發(fā)電循環(huán)。吸收式熱泵模塊中采用虹吸管13作為運輸制冷劑溶液的主要工具，打破了傳統(tǒng)第二類熱泵組件設(shè)備排列模式，利用高度差實現(xiàn)溶液流動，減小了工質(zhì)泵的投入。該系統(tǒng)以“溫度對口、梯級利用”為基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)新穎簡單，在提高能源回收利用率方面具有重要意義。

本發(fā)明可針對地熱能這類可用能源進行合理的應(yīng)用，緩解我國能源及環(huán)境問題；可解決常規(guī)低品位熱源回收系統(tǒng)尾端仍處于可利用狀態(tài)能源的去向問題，提高能源回收利用率，且兩級有機朗肯循環(huán)發(fā)電，增加了電量的輸出，且聯(lián)合采用吸收式熱泵系統(tǒng)，可實現(xiàn)一定程度的對外制冷。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。