專利名稱：使用中低焓能源作為熱源的熱電聯(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，如中低溫地熱能、太陽能、低溫余熱等，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；而且由于熱泵機組需要消耗二次能源，相對運行成本較高，降低了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性，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)濟性，是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)研制中一個意義重大、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)濟性。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(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)中的供水管與回水管各分為兩路其中回水管的一路依次串接發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器的水側(cè)以及中間換熱器的冷水側(cè)，最后接至供水管中的一路；回水管的另一路串接熱泵子系統(tǒng)冷凝器的水側(cè)后接至供水管中的另一路。外界供熱水管路依次串接發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器水側(cè)、中間換熱器的熱水側(cè)以及熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器的水側(cè)。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。發(fā)明中所述的發(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)有兩個水循環(huán)回路和一個做功工質(zhì)回路。水循環(huán)包括一個熱源水回路和一個供熱水回路，采用低沸點工質(zhì)推動汽輪機做功。熱源熱水進入發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)吸熱(進行做功循環(huán)發(fā)電)，熱源熱水溫度由tl降為t2 ;熱水進入中間換熱器與系統(tǒng)供熱回水進一步換熱后溫度降至t3進入熱泵子系統(tǒng)。熱源熱水在熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)再次放熱(低沸點工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，經(jīng)壓縮、冷凝，進行吸放熱循環(huán))溫度降低至t4排放或回灌到地下。系統(tǒng)供熱回水分為兩路，一路經(jīng)發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器和中間換熱器冷水側(cè)，另一路經(jīng)熱泵子系統(tǒng)冷凝器，由回水溫度t5加熱到溫度t6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。
具體實施例方式
以下通過具體實施例并參照附圖對本發(fā)明做進一步的說明。使用中低焓能源作為 熱源的熱電聯(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、壓縮機、工質(zhì)泵、水泵以及水流量調(diào)節(jié)閥等。供熱子系統(tǒng)l中的供水管4與回 水管5各分為兩路其中回水管5的一路依次串接發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器2-1的水側(cè)以及中間 換熱器6的冷水側(cè)接至供水管4中的一路；回水管5的另一路串接熱泵子系統(tǒng)冷凝器3-1 的水側(cè)后接至供水管4中的另一路。外界供熱水管路依次串接發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器2-2水 側(cè)、中間換熱器6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)中一路回水管5與發(fā) 電子系統(tǒng)冷凝器2-1之間串接有第一個水泵7-1和第一個供水流量調(diào)節(jié)閥8-1 ;系統(tǒng)回水 管5的另一路與熱泵子系統(tǒng)冷凝器3-1之間串接有第二個水泵7-2和第二個供水流量調(diào)節(jié) 閥8-2。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)有第三個水泵7-3和熱源水 流量調(diào)節(jié)閥9。 熱源熱水由第三個水泵7-3、熱源水流量調(diào)節(jié)閥9進入發(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)的低沸點工質(zhì)換熱。即工質(zhì)受熱蒸發(fā)為過熱蒸汽推動汽輪機10驅(qū)動 發(fā)電機發(fā)電，循環(huán)工質(zhì)經(jīng)發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器2-l、工質(zhì)泵11等再進人蒸發(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 ;進入中間換熱器6與系統(tǒng) 供熱回水換熱后降溫至t3進入熱泵子系統(tǒng)3。熱源熱水在熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器3-2與該系統(tǒng) 中的低沸點工質(zhì)換熱。工質(zhì)經(jīng)吸熱蒸發(fā)，壓縮機12壓縮、熱泵子系統(tǒng)冷凝器3-1放熱、節(jié)流 閥13節(jié)流再進入蒸發(fā)器構(gòu)成閉路循環(huán)。熱源熱水降至t4進行排放或回灌。
下述實施例針對供熱(水)溫度50°C 、供熱回水溫度35°C的應(yīng)用要求，分別針對 不同的熱源溫度水平做出。
實施例一 熱源溫度80°C ，熱源水流量(nis。^e)為1. 0kg/s，熱源水排放溫度25°C ;供熱水溫 度50°C ，供熱回水溫度35°C 。發(fā)電子系統(tǒng)中汽輪_發(fā)電機組的機械效率70% ，發(fā)電機效率 96% ;工質(zhì)泵耗功占汽輪機膨脹功的比例為10%。與附圖中的各溫度點相對應(yīng)，S卩，tl = 80°C，t2 = 55°C，t3 = 50. 1。C，t4 = 25°C，t5 = 35°C，t51 = 47. 5°C，t6 = 50°C，msource = 1. 0kg/s。 在上述工況下，計算可得發(fā)電子系統(tǒng)的熱效率(除去工質(zhì)泵功后)為1. 94% ，發(fā)電 凈功率為1. 29kW ;熱泵子系統(tǒng)的制熱C0P(性能系數(shù))為8. 58，壓縮機耗功13. 91kW，耗功 比9. 3%?？商峁┙o熱用戶的供熱量為242. 9kW。
實施例二 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25°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)電機組的機械效率70%，發(fā)電機效率 96% ;工質(zhì)泵耗功占汽輪機膨脹功的比例為10%。與附圖中的各溫度點相對應(yīng)，S卩，tl = 90°C，t2 = 55°C，t3 = 48. 2°C，t4 = 25°C，t5 = 35°C，t51 = 47. 5°C，t6 = 50°C，ms。urce = 1. 0kg/s。 在上述工況下，計算可得發(fā)電子系統(tǒng)的熱效率(除去工質(zhì)泵功后)為2. 50 % ，發(fā)電 凈功率為2. 32kW ;熱泵子系統(tǒng)的制熱C0P(性能系數(shù))為8. 06，壓縮機耗功13. 79kW，耗功比(發(fā)電凈功率與壓縮機耗功之比)16. 9%。可提供給熱用戶的供熱量為283. lkW。
實施實例三 熱源溫度100°C ，熱源水流量(ms。UMe)為1. 0kg/s，熱源水排放溫度25°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)電機組的機械效率70%，發(fā)電機效率 96% ;工質(zhì)泵耗功占汽輪機膨脹功的比例為10%。與附圖中的各溫度點相對應(yīng)，S卩，tl = 100°C， t2 = 60°C， t3 = 52. 3°C， t4 = 25°C， t5 = 35°C， t51 = 47. 5°C， t6 = 50°C， msource
=1. 0kg/s。 在上述工況下，計算可得發(fā)電子系統(tǒng)的熱效率(除去工質(zhì)泵功后)為3. 30 % ，發(fā)電 凈功率為3. 51kW ;熱泵子系統(tǒng)的制熱C0P(性能系數(shù))為9. 24，壓縮機耗功13. 88kW，耗功 比25. 3% ?？商峁┙o熱用戶的供熱量為323. 3kW。 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)明利用三個子系統(tǒng)間的溫度耦合實現(xiàn)高效的熱、電聯(lián)產(chǎn)。在單位熱源水流量、熱 源80-10(TC時，發(fā)電子系統(tǒng)能夠為熱泵子系統(tǒng)提供9-25%的二次能源消耗，為熱用戶提供 242-323kW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
使用中低焓能源作為熱源的熱電聯(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、壓縮機、工質(zhì)泵、水泵以及水流量調(diào)節(jié)閥，其特征是供熱子系統(tǒng)(1)中的供水管(4)與回水管(5)各分為兩路其中回水管(5)的一路依次串接發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器(2-1)的水側(cè)以及中間換熱器(6)的冷水側(cè)接至供水管(4)中的一路；回水管(5)的另一路串接熱泵子系統(tǒng)冷凝器(3-1)的水側(cè)后接至供水管(4)中的另一路，外界供熱水管路依次串接發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器(2-2)水側(cè)、中間換熱器(6)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所述的使用中低焓能源作為熱源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是所述一 路回水管(5)與發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器(2-1)之間串接有第一個水泵(7-1)和第一個供水流量 調(diào)節(jié)閥(8-1);所述回水管(5)的另一路與熱泵子系統(tǒng)冷凝器(3-1)之間串接有第二個水 泵(7-2)和第二個供水流量調(diào)節(jié)閥(8-2)。
3. 按照權(quán)利要求1所述的使用中低焓能源作為熱源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是所述外 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)有第三個水泵(7-3)和熱源水流 量調(diào)節(jié)閥(9)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用中低焓能源作為熱源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。將供熱、發(fā)電、熱泵三個子系統(tǒng)通過一個中間換熱器組合起來。供熱子系統(tǒng)的供水管與回水管各分為兩路回水管的一路依次串接發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器的水側(cè)以及中間換熱器的冷水側(cè)接至供水管中的一路；回水管的另一路串接熱泵子系統(tǒng)冷凝器的水側(cè)后接至供水管中的另一路。外界供熱水管路依次串接發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器水側(cè)、中間換熱器的熱水側(cè)以及熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器的水側(cè)。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，實現(xiàn)高效的熱電聯(lián)產(chǎn)。熱源為80-100℃時，發(fā)電子系統(tǒng)能為熱泵系統(tǒng)提供9-25％的二次能源消耗，為熱用戶提供242-323kW的熱量，熱源與供熱之間的溫差越大，熱利用的優(yōu)勢越明顯。
文檔編號F24D12/00GK101701537SQ20091022871
公開日2010年5月5日 申請日期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 申請人:天津大學