一種低品位余熱驅(qū)動(dòng)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，尤其是涉及一種低品位余熱驅(qū)動(dòng)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，我國(guó)能源消耗量不斷攀升，由此帶來的環(huán)境負(fù)擔(dān)也不斷加重。因此，加大節(jié)能降耗力度，進(jìn)一步提高能源利用效率，大力開發(fā)可再生能源，是我國(guó)建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式，以及破解能源資源環(huán)境制約、走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路的必然選擇。
[0003]低品位工業(yè)余熱、太陽能及地?zé)崮艿瓤稍偕茉匆蚱淇偭烤薮蠖饾u受到人們的關(guān)注。低溫余熱回收技術(shù)是我國(guó)正在蓬勃發(fā)展的又一項(xiàng)新型節(jié)能技術(shù)，特別是低溫余熱發(fā)電技術(shù)大多數(shù)采用有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)，在冶煉、工業(yè)爐窯的尾氣回收、化工行業(yè)的余熱回收、生物質(zhì)發(fā)電等領(lǐng)域已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用。
[0004]有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle，0RC)作為一種能高效、環(huán)保地實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高品位電能或動(dòng)力轉(zhuǎn)化的技術(shù)，現(xiàn)已成為低品位能源利用領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。熱栗是一項(xiàng)高效的供熱、制冷技術(shù)，其通過消耗一部分高品位能量，能實(shí)現(xiàn)數(shù)倍輸出能量的熱量或冷量，在空調(diào)領(lǐng)域已得到廣泛使用；目前蒸汽壓縮式熱栗一般采用電動(dòng)式壓縮機(jī)，通過電能驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)制冷或供熱。在合適的條件下，若將熱栗與有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)結(jié)合，不僅可以滿足生產(chǎn)生活的供熱、制冷及電能的需求，減少外界電能或化石能源的消耗，同時(shí)提高了能源利用率，避免溫室效應(yīng)和大氣污染，對(duì)節(jié)能減排具有重要意義。
[0005]中國(guó)專利ZL201520110622.X公開了一種低溫余熱驅(qū)動(dòng)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括有機(jī)朗肯循環(huán)子系統(tǒng)與熱栗循環(huán)子系統(tǒng)，有機(jī)朗肯循環(huán)子系統(tǒng)由發(fā)生器、膨脹機(jī)、回?zé)崞鳌⒌蜏乩淠骷肮べ|(zhì)栗順序連接形成循環(huán)回路，熱栗循環(huán)子系統(tǒng)由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、高溫冷凝器及節(jié)流閥順序連接形成循環(huán)回路，膨脹機(jī)與壓縮機(jī)之間通過傳動(dòng)裝置連接，膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)連接，機(jī)朗肯循環(huán)子系統(tǒng)與熱栗循環(huán)子系統(tǒng)分別外接余熱水進(jìn)行熱量交換，有機(jī)朗肯循環(huán)子系統(tǒng)的膨脹機(jī)利用余熱水熱量做功，所做的功一部分驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，提供熱栗循環(huán)子系統(tǒng)的動(dòng)力需求，剩余部分的功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱、電聯(lián)供。該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低品位余熱的回收利用，也較好的實(shí)現(xiàn)了熱、電聯(lián)供，但是該系統(tǒng)中的有機(jī)朗肯循環(huán)子系統(tǒng)與熱栗循環(huán)子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，不僅使得有機(jī)朗肯循環(huán)子系統(tǒng)的能量容易損失，還使得整個(gè)系統(tǒng)的部件增多，流程不夠簡(jiǎn)化，整個(gè)系統(tǒng)的成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種低品位余熱驅(qū)動(dòng)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]—種低品位余熱驅(qū)動(dòng)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括有機(jī)朗肯循環(huán)單元，該有機(jī)朗肯循環(huán)單元由依次連接并構(gòu)成循環(huán)的工質(zhì)栗、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、內(nèi)置熱栗循環(huán)單元組成，所述的內(nèi)置熱栗循環(huán)單元包括循環(huán)連接的壓縮機(jī)、第一換熱器、節(jié)流閥和第二換熱器，該熱栗循環(huán)管路中還設(shè)有分別與連接壓縮機(jī)、第一換熱器和第二換熱器連接的四通換向閥，所述的蒸發(fā)器連接余熱流，所述的膨脹機(jī)的輸出功端分別連接壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)；
[0009]工作時(shí)，液態(tài)有機(jī)工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)栗輸送至蒸發(fā)器，與余熱流換熱后變成氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)做功后，進(jìn)入內(nèi)置熱栗循環(huán)單元，通過第一換熱器或第二換熱器與外接換熱流換熱將做功后的氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)冷卻，并返回工質(zhì)栗循環(huán)使用，膨脹機(jī)所做的功一部分驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，另一部分作為內(nèi)置熱栗循環(huán)單元工作的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)工作，此時(shí)，通過四通換向閥將內(nèi)置熱栗循環(huán)單元切換成制冷模式或制熱模式，分別實(shí)現(xiàn)第二換熱器的冷能或熱能的輸出，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冷電聯(lián)產(chǎn)工況或熱電聯(lián)產(chǎn)工況。
[0010]所述的四通換向閥包括端口 a、端口 b、端口 c和端口 d，所述的端口 a和端口 c分別連接第一換熱器和第二換熱器，所述的端口 b和端口 d分別連接壓縮機(jī)的入口端和出口端，所述的膨脹機(jī)的出口端處設(shè)有第一三通換向閥，該第一三通換向閥的入口端e連接膨脹機(jī)的出口，出口端f和出口端g分別連接第一換熱器與端口 d，所述的工質(zhì)栗的入口端處設(shè)有第二三通換向閥，該第二三通換向閥的出口端j連接工質(zhì)栗的入口，入口端h與入口端i分別連接第一換熱器和第二換熱器，通過切換第一三通換向閥、第二三通換向閥和四通換向閥將內(nèi)置熱栗循環(huán)單元切換成制冷模式或制熱模式，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冷電聯(lián)產(chǎn)和熱電聯(lián)產(chǎn)兩種工況；
[0011]當(dāng)系統(tǒng)為冷電聯(lián)產(chǎn)工況時(shí)，四通換向閥切換至端口 d、a接通，端口 c、b接通，所述的壓縮機(jī)的出口端通過管路依次連接四通換向閥的da通道、第一換熱器、節(jié)流閥、第二換熱器和四通換向閥的cb通道，并返回壓縮機(jī)入口端，第一三通換向閥切換至入口端e與出口端f接通，第二三通換向閥切換至入口端h與出口端j接通，此時(shí)，第一換熱器內(nèi)有機(jī)工質(zhì)與外接冷卻流體換熱，第二換熱器內(nèi)有機(jī)工質(zhì)與外接待制冷流體換熱，由膨脹機(jī)流出的有機(jī)工質(zhì)與壓縮機(jī)流出的工質(zhì)混合，進(jìn)入第一換熱器冷凝換熱后，混合工質(zhì)一部分通過第二三通換向閥進(jìn)入工質(zhì)栗，另一部分通過節(jié)流閥后，繼續(xù)進(jìn)入第二換熱器蒸發(fā)吸熱，對(duì)待制冷流體制冷，然后經(jīng)四通換向閥的cb通道返回壓縮機(jī)循環(huán)使用；
[0012]當(dāng)系統(tǒng)為熱電聯(lián)產(chǎn)工況時(shí)，四通換向閥切換至端口 a、b接通，端口 d、c接通，所述的壓縮機(jī)的出口端通過管路依次連接四通換向閥的dc通道、第二換熱器、節(jié)流閥、第一換熱器和四通換向閥的ab通道，并返回壓縮機(jī)入口端，第一三通換向閥切換至入口端e與出口端g接通，第二三通換向閥切換至入口端i與出口端j接通，此時(shí)，第一換熱器外接熱源，第二換熱器外接待加熱流體，由膨脹機(jī)流出的有機(jī)工質(zhì)與壓縮機(jī)流出的工質(zhì)混合，進(jìn)入第二換熱器冷凝放熱，加熱待加熱流體，混合工質(zhì)一部分通過第二三通換向閥進(jìn)入工質(zhì)栗，另一部分通過節(jié)流閥后，繼續(xù)進(jìn)入第一換熱器與外接熱源換熱后，經(jīng)四通換向閥的ab通道返回壓縮機(jī)循環(huán)使用。
[0013]系統(tǒng)還可以切換成全電運(yùn)行工況，此時(shí)，四通換向閥全部端口切斷，壓縮機(jī)和第二換熱器不運(yùn)行，第一三通換向閥切換至入口端e與出口端f接通，第二三通換向閥切換至入口端h與出口端j接通，第一換熱器外接冷源，由膨脹機(jī)流出的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入第一換熱器冷凝后，再通過第二三通換向閥進(jìn)入工質(zhì)栗，繼續(xù)參與循環(huán)，此時(shí)，膨脹機(jī)所做的功全部用來提供給發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0014]所述的第二三通換向閥與第一換熱器、第二換熱器的連接管路上還分別設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥。
[0015]所述的有機(jī)工質(zhì)為五氟丙烷、R-制冷劑或制冷劑Rea。
[0016]所述的膨脹機(jī)通過傳動(dòng)裝置連接壓縮機(jī)，傳動(dòng)裝置的一端連接膨脹機(jī)的輸出功軸，另一端連接壓縮機(jī)的輸入功軸。
[0017]所述的傳動(dòng)裝置為聯(lián)軸器。
[0018]本發(fā)明中，所述的低品位余熱驅(qū)動(dòng)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)季節(jié)的不同，可切換至不同的運(yùn)行模式，夏季時(shí)系統(tǒng)可為冷電聯(lián)產(chǎn)模式，冬季時(shí)系統(tǒng)可為熱電聯(lián)產(chǎn)模式，過渡季節(jié)無冷熱負(fù)荷需求時(shí)，系統(tǒng)可切換至全電運(yùn)行模式。內(nèi)置熱栗循環(huán)單元作為有機(jī)朗肯循環(huán)的內(nèi)置循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)朗肯循環(huán)的冷凝過程，同時(shí)完成了熱栗循環(huán)的產(chǎn)熱或產(chǎn)冷過程；系統(tǒng)的兩個(gè)循環(huán)單元使用同一種有機(jī)工質(zhì)并采用傳動(dòng)裝置將膨脹機(jī)與壓縮機(jī)傳動(dòng)連接，使得膨脹機(jī)所做的功優(yōu)先驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，用以滿足熱栗循環(huán)的動(dòng)力需求，而剩余部分的功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冷電或熱電聯(lián)產(chǎn)。