一種低溫余熱驅(qū)動的熱電并供方法及實現(xiàn)該方法的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及余熱回收技術(shù)領(lǐng)域，涉及低溫余熱驅(qū)動的熱電并供方法及其實現(xiàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，能源消耗量巨大，同時也存在能源消費結(jié)構(gòu)不合理、能源利用率不高的問題；同時，由于傳統(tǒng)能源的大量消耗帶來的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重，如何高效利用能源、減輕環(huán)境污染已成為目前亟待解決的重要問題之一。
[0003]人類的生產(chǎn)、生活中存在大量需要加熱的過程，如化工、印染、紡織、造紙、纖維、皮革、陶瓷加工等生產(chǎn)過程，存在大量對熱能品位要求不高的加熱生產(chǎn)過程，同時其生產(chǎn)過程中排放大量60?100°C的熱水，沒有得到利用。這些生產(chǎn)過程一般是以消耗高品位能源為代價的化石燃料燃燒或電加熱等傳統(tǒng)方式供熱的，不僅降低了能源的利用品位，同時也造成了大量余熱資源的浪費，對環(huán)境造成了一定程度的熱污染。
[0004]有機朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle，ORC)作為一種能將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能或動力的技術(shù)，成為低品位能源利用技術(shù)的首選。熱泵技術(shù)作為一項高效的供熱技術(shù)，通過消耗一部分高品位能量，將低溫?zé)嵩粗袃Υ娴牡推肺粺崮苻D(zhuǎn)化為高品位熱能，實質(zhì)是一種能量品位提升技術(shù)。在合適的條件下，將熱泵與有機朗肯循環(huán)技術(shù)結(jié)合，不僅可以滿足生產(chǎn)熱能的需求，還可以減少外界電能或化石能源的消耗，提高能源利用率，避免溫室效應(yīng)和大氣污染，對節(jié)能減排和改善環(huán)境方面具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種低溫余熱驅(qū)動的熱電并供系統(tǒng)，本系統(tǒng)為有機朗肯循環(huán)與熱泵循環(huán)相結(jié)合的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以利用低溫余熱流，實現(xiàn)熱、電并供。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種低溫余熱驅(qū)動的熱電并供方法，將匯集的包含低品位余熱的熱流分為兩股分別注入兩個子系統(tǒng)；一股熱流進入發(fā)生器作為有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱源，另一股熱流進入蒸發(fā)器作為熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩?；將兩個子系統(tǒng)通過傳動裝置連接，使有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的膨脹機所做的功一部分驅(qū)動壓縮機，滿足熱泵循環(huán)的動力需求，剩余部分的功驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的熱、電并供。
[0008]進一步，調(diào)節(jié)進入所述兩個子系統(tǒng)的熱流流量，實現(xiàn)不同熱電比的輸出以滿足用戶不同需求。
[0009]當(dāng)系統(tǒng)輸出的高品位熱量多于生產(chǎn)、生活過程所需要的熱量時，通過調(diào)節(jié)進入熱泵循環(huán)的低品位熱流量，使得熱泵系統(tǒng)所輸出的高品位熱量滿足用戶的高溫?zé)嵝枨?，剩余的低品位熱流進入有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)生器，與有機工質(zhì)進行熱量交換，將其轉(zhuǎn)化為高溫高壓的氣態(tài)工質(zhì)，驅(qū)動膨脹機做功，膨脹機所做的功一部分驅(qū)動壓縮機轉(zhuǎn)動，剩余部分的功驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)熱、電聯(lián)產(chǎn)。
[0010]所述包含低品位余熱的熱流是指溫度不低于60°C的熱流，優(yōu)選60?110°C的熱流。余熱溫度可根據(jù)實際需求而適當(dāng)調(diào)整，溫度上限與目前高溫壓縮機的性能相關(guān)。若余熱溫度太低，會降低系統(tǒng)性能；若余熱溫度太高，對熱泵循環(huán)壓縮機的要求更高，故通常所述低品位余熱的溫度范圍在60?110°C范圍內(nèi)為宜。
[0011]所述包含低品位余熱的熱流不限于低品位熱水，只要是包含低品位余熱的熱流均可。
[0012]一種實現(xiàn)上述方法的低溫余熱驅(qū)動的熱電并供系統(tǒng)，包括有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)與熱泵循環(huán)子系統(tǒng)；
[0013]所述有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)由發(fā)生器、發(fā)電機、膨脹機、回?zé)崞鳌⒌蜏乩淠?、工質(zhì)泵、流量調(diào)節(jié)閥和流量計組成，由發(fā)生器出來的管路依次將所述膨脹機、回?zé)崞?、低溫冷凝器、回?zé)崞骷肮べ|(zhì)泵順次連接，最后回到發(fā)生器，構(gòu)成有機朗肯循環(huán)回路；其中發(fā)電機與膨脹機傳動連接，流量調(diào)節(jié)閥和流量計通過管路與發(fā)生器相連，熱流進入發(fā)生器的管路上設(shè)有第一流量調(diào)節(jié)閥與第一流量計，實現(xiàn)有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)的余熱流量調(diào)節(jié)；
[0014]低溫冷凝器外接循環(huán)冷卻水；
[0015]在所述有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)及各管路中設(shè)有有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)工質(zhì)，實現(xiàn)該循環(huán)的能量轉(zhuǎn)移與傳遞；
[0016]所述熱泵循環(huán)子系統(tǒng)由蒸發(fā)器、壓縮機、高溫冷凝器、節(jié)流閥、流量調(diào)節(jié)閥和流量計組成，由所述蒸發(fā)器一側(cè)出口出來的管路將壓縮機、高溫冷凝器及節(jié)流閥順次連接，最后回到蒸發(fā)器，構(gòu)成熱泵循環(huán)回路；熱流進入蒸發(fā)器的管路上設(shè)有第二流量調(diào)節(jié)閥與第二流量計，實現(xiàn)余熱流向熱泵子系統(tǒng)熱量的調(diào)節(jié)；
[0017]在所述熱泵循環(huán)子系統(tǒng)及各管路中設(shè)有熱泵循環(huán)子系統(tǒng)工質(zhì)，實現(xiàn)該循環(huán)的能量轉(zhuǎn)移與傳遞；
[0018]所述有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)與熱泵循環(huán)子系統(tǒng)通過傳動裝置連接。
[0019]所述傳動裝置為聯(lián)軸器或鍵，該傳動裝置一端與膨脹機的軸連接，另一端與壓縮機的軸連接，使膨脹機與壓縮機實現(xiàn)同軸運轉(zhuǎn)。
[0020]所述膨脹機采用徑向軸流式透平膨脹機，壓縮機采用離心式壓縮機，膨脹機的軸通過傳動裝置將透平所做的功傳送至壓縮機的軸，驅(qū)動壓縮機壓縮。
[0021]所述的有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)中的有機工質(zhì)為R134a或R245fa ;熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的制冷劑工質(zhì)為R245fa、R143或R600。
[0022]一種使用上述熱電并供系統(tǒng)進行低溫余熱驅(qū)動的熱電并供方法，回收的低品位熱流分為兩股熱流分別進入有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)和熱泵循環(huán)子系統(tǒng)；一股熱流通過第一流量調(diào)節(jié)閥進入發(fā)生器，與有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)內(nèi)的有機工質(zhì)進行熱量交換；另一股熱流通過第二流量調(diào)節(jié)閥進入蒸發(fā)器，與熱泵循環(huán)子系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)進行熱量交換；有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)內(nèi)的有機工質(zhì)充分吸收熱流的熱量后變成高溫高壓的氣態(tài)工質(zhì)，驅(qū)動膨脹機對外做功，膨脹機所做的功一部分通過傳動裝置驅(qū)動與其同軸連接的熱泵循環(huán)壓縮機，另一部分功驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，做功后的有機工質(zhì)在回?zé)崞髦信c工質(zhì)泵出口的液態(tài)有機工質(zhì)進行熱量交換，換熱后的低壓有機工質(zhì)經(jīng)過低溫冷凝器冷凝放熱，經(jīng)工質(zhì)泵增壓進入回?zé)崞鳎缓筮M入發(fā)生器，從而構(gòu)成有機朗肯循環(huán)；另一股熱流作為熱泵循環(huán)的低溫?zé)嵩矗瑹岜醚h(huán)子系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收熱流的熱量后被壓縮機提升壓力和溫度，壓縮機的動力來源于膨脹機的輸入功，高溫高壓工質(zhì)進入高溫冷凝器與待加熱介質(zhì)充分換熱，換熱后的工質(zhì)經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流后進入蒸發(fā)器，從而構(gòu)成熱泵循環(huán)。
[0023]一種使用上述熱電并供系統(tǒng)進行低溫余熱驅(qū)動的熱電并供方法:當(dāng)使用上述低品位余熱驅(qū)動的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)輸出的高品位熱量多于生產(chǎn)、生活過程所需要的熱量，通過第二流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進入熱泵循環(huán)的低品位熱流量，使得熱泵系統(tǒng)所輸出的高品位熱量滿足用戶的高溫?zé)嵝枨螅Ｓ嗟牡推肺粺崃鬟M入有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)生器，與有機工質(zhì)進行熱量交換，將其轉(zhuǎn)化為高溫高壓的氣態(tài)工質(zhì)，驅(qū)動膨脹機做功，膨脹機所做的功一部分驅(qū)動壓縮機轉(zhuǎn)動，剩余部分的功驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電實現(xiàn)熱、電聯(lián)產(chǎn)。
[0024]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0025](I)可為生產(chǎn)工藝提供高溫?zé)嵩?，實現(xiàn)了低品位熱流的回收利用，減少了電能或化石燃料的消耗，滿足了生產(chǎn)中的熱能需求，實現(xiàn)了熱、電聯(lián)供；
[0026](2)可以調(diào)節(jié)進入兩個子系統(tǒng)的熱流流量，實現(xiàn)不同熱電比的輸出，滿足用戶的不同需求；
[0027](3)免除了低品位熱水排放造成的熱污染及化石燃料燃燒造成的溫室效應(yīng)和大氣污染，實現(xiàn)了節(jié)能減排。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]附圖標(biāo)記:1、第一熱流；2、發(fā)生器；3、第一流量計；4、發(fā)電機；5、第一流量調(diào)節(jié)閥；
6、余熱流；7、傳動裝置；8、第二流量調(diào)節(jié)閥；9、第二流量計；10、蒸發(fā)器；11、第二熱流；12、節(jié)流閥；13、待加熱工質(zhì)；14、高溫冷凝器；15、加熱后工質(zhì)；16、熱泵循環(huán)工質(zhì)；17、壓縮機；
18、膨脹機；19、回?zé)崞鳎?0、有機工質(zhì)；21、冷卻水；22、低溫冷凝器；23工質(zhì)泵。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0031]實施例
[0032]一種低溫余熱驅(qū)動的熱電并供系統(tǒng)，如圖1所示，包括有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)(ORC系統(tǒng))與熱泵循環(huán)子系統(tǒng)(HP系統(tǒng))。
[0033]有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)由發(fā)生器2、發(fā)電機4、膨脹機18、回?zé)崞?9、低溫冷凝器22、工質(zhì)泵23、流量調(diào)節(jié)閥5和流量計3組成，由發(fā)生器2出來的管路依次將膨脹機18、回?zé)崞?br>19、低溫冷凝器22、回?zé)崞?9及工質(zhì)泵23順次連接，最后回到發(fā)生器2，構(gòu)成有機朗肯循環(huán)回路。其中發(fā)電機4與膨脹機18傳動連接，所述的第一熱流I進入發(fā)生器2的管路上設(shè)有第一流量調(diào)節(jié)閥5與第一流量計3。實現(xiàn)有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)的余熱流量的調(diào)節(jié)。
[0034]低溫冷凝器22外接循環(huán)冷卻水21。
[0035]有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)工質(zhì)存在于該子系統(tǒng)各管路中，實現(xiàn)該循環(huán)的能量轉(zhuǎn)移與傳遞，熱泵循環(huán)子系統(tǒng)工質(zhì)存在于其對應(yīng)的子系統(tǒng)管路中。
[0036]熱泵循環(huán)子系統(tǒng)由蒸發(fā)器10、壓縮機17、高溫冷凝器14節(jié)流閥12流量調(diào)節(jié)閥8和流量計9組成；
[0037]由蒸發(fā)器10 —側(cè)出口出來的管路將壓縮機17、高溫冷凝器14及節(jié)流閥12順次連接，最后回到蒸發(fā)器10，構(gòu)成熱泵循環(huán)回路。第二熱流11進入蒸發(fā)器10的管路上設(shè)有第二流量調(diào)節(jié)閥8與第二流量計9，實現(xiàn)余熱流向熱泵子系統(tǒng)熱量的調(diào)節(jié)。
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