專利名稱：帶有吸收增溫系統(tǒng)的中低溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于地?zé)豳Y源利用，具體涉及一種與卡林那(Kalina)循環(huán)耦合的中 低溫地?zé)崮馨l(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
地?zé)岚l(fā)電屬于新能源利用。目前利用中低溫地?zé)崮苓M(jìn)行發(fā)電主要是基于朗肯循 環(huán)，如有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)、水蒸氣擴(kuò)容循環(huán)等。Kalina循環(huán)是采用NH3-H2O溶液 為工質(zhì)，通過分餾改變工質(zhì)的濃度，吸收地?zé)崮軄磉M(jìn)行發(fā)電的技術(shù)，其循環(huán)效率比ORC 循環(huán)提高20%-40%。Kalina循環(huán)用于中低溫地?zé)岚l(fā)電，地?zé)崴礈囟纫笤?00_120°C 之間，而發(fā)電后排放的地?zé)崴疁囟葎t高于80°C，即排放溫度不能進(jìn)一步降低，其所含的 熱能也不能被利用。在地?zé)崴欧艤囟鹊陀?0°C的條件下采用Kalina循環(huán)，所帶來的 問題是較低的地?zé)崴欧艤囟葘?yīng)的氨水溶液蒸發(fā)壓力也較低，汽輪機(jī)進(jìn)口壓力隨著 降低，造成循環(huán)發(fā)電效率降低；另外地?zé)崴疁囟容^低時(shí)，系統(tǒng)中換熱設(shè)備的換熱溫差減 小，提高換熱面積將導(dǎo)致系統(tǒng)投資增大，造成發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性降低。所以如何利用較 低溫度的地?zé)崴芰?，成為新能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。基于此，本實(shí)用新型所提出的中 低溫地?zé)崮馨l(fā)電系統(tǒng)，可以有效改善上述缺陷，使地?zé)岚l(fā)電的效率提高，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性更 好。
發(fā)明內(nèi)容為了彌補(bǔ)Kalina循環(huán)用于中低溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)組之不足，本實(shí)用新型的目的是， 通過采用吸收增溫的方法使提高地?zé)崴睦脺匚?，而提供了一種與Kalina循環(huán)相耦合 的中低溫地?zé)崮馨l(fā)電裝置。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型原理和結(jié)構(gòu)裝置進(jìn)行說明。其原理是借鑒第二類吸 收式熱泵的循環(huán)理論，將部分汽輪機(jī)出口低壓的氨蒸氣引入吸收增溫系統(tǒng)，經(jīng)冷凝增壓 后，在蒸發(fā)器中吸收排放地?zé)崴臒崃浚⒃谖掌髦幸愿叩奈諟囟认虬l(fā)電系統(tǒng)工 質(zhì)放熱，實(shí)現(xiàn)排放地?zé)崴械責(zé)崮芟虬l(fā)電工質(zhì)能量的轉(zhuǎn)移，并最終由發(fā)電工質(zhì)在汽輪機(jī) 中做功，產(chǎn)生電能。對于本實(shí)用新型來說，基于Kalina地?zé)岚l(fā)電循環(huán)增加一套吸收增溫 系統(tǒng)，利用較低溫度的地?zé)崮芘cKalina循環(huán)進(jìn)行耦合，由此提高地?zé)岚l(fā)電的熱經(jīng)濟(jì)性。 在裝置結(jié)構(gòu)上如附圖1所示。高溫回?zé)崞?、發(fā)生器、分離器、汽輪機(jī)、低溫回?zé)崞鳌?第一冷凝器以及溶液加壓泵依次串接、第一節(jié)流閥并聯(lián)接于高、低溫回?zé)崞髦g，構(gòu)成 Kalina地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。由第二冷凝器、溶劑泵、蒸發(fā)器、第二節(jié)流閥以及吸收器依次串 接構(gòu)成吸收增溫系統(tǒng)(圖1中虛線框)；兩個(gè)系統(tǒng)的連接是通過第二節(jié)流閥接于分離 器、吸收器串接于發(fā)生器與高溫回?zé)崞髦g、以及汽輪機(jī)的乏汽管接入第二冷凝器的溶 劑側(cè)，使吸收增溫系統(tǒng)與吸收式地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)組合成為帶有吸收增溫系統(tǒng)的中低溫地?zé)?發(fā)電機(jī)組。純質(zhì)(工質(zhì))在不同壓力下，其冷凝/蒸發(fā)的溫度不同，應(yīng)用工質(zhì)(氨)的壓力越高，冷凝/蒸發(fā)溫度也越高。另外氨溶液在吸收氨蒸氣時(shí)為放熱反應(yīng)，將產(chǎn)生比氨 蒸發(fā)溫度高的吸收溫度，如稀氨水溶液吸收氨蒸氣時(shí)，將發(fā)出大量的熱。圖2為本實(shí)用 新型中吸收增溫系統(tǒng)的剖面簡圖，省略了系統(tǒng)外部的連接管道，包括各換熱管束的連接 管道，第二冷凝器與蒸發(fā)器間的兩條連接管道，以及吸收器下部與高溫回?zé)崞鏖g的一條 連接管道，系統(tǒng)循環(huán)過程為(1) 來自汽輪機(jī)出口的低溫低壓氨蒸氣(壓力<10bar)進(jìn)入第二冷凝器，管 內(nèi)流動低溫冷凝水，管外為氨蒸氣，氨蒸氣被冷凝為低溫低壓的氨液，匯集在冷凝器下 部，通過一條系統(tǒng)外部的連接管道被溶劑泵抽取加壓至高壓(蒸發(fā)壓力)，氨液變?yōu)楦?壓低溫的液體，進(jìn)入到蒸發(fā)器中。(2)氨液噴淋到蒸發(fā)器換熱管束外側(cè)，與換熱管內(nèi)側(cè)流動的排放地?zé)崴M(jìn)行換 熱，在給定蒸發(fā)壓力的條件下，氨液蒸發(fā)形成高溫高壓的氨蒸氣；尚未蒸發(fā)的氨液，匯 集到蒸發(fā)器下方，在壓差作用下經(jīng)另一條系統(tǒng)外部的連接管道回流至冷凝器，被溶劑泵 重新抽取至蒸發(fā)器進(jìn)行充分蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)氨液的充分蒸發(fā)。(3)氨蒸氣透過蒸發(fā)器與吸收器間的擋板，被噴淋在換熱管上稀氨溶液(來自 分離器)吸收，產(chǎn)生吸收反應(yīng)熱，使吸收氨蒸氣后形成的濃氨溶液溫度升高，達(dá)到較高 的吸收溫度(100°c左右)，對用于系統(tǒng)發(fā)電的氨水溶液(管內(nèi))加熱。放熱后的濃氨溶 液(管外)，進(jìn)入高溫回?zé)崞?、低溫回?zé)崞?，吸收其余的氨蒸氣，回收熱量。然后進(jìn)入 經(jīng)第一冷凝器以及溶液加壓泵、低溫回?zé)崞?、高溫回?zé)崞鳌⑽掌?、發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)氨水 溶液工質(zhì)的循環(huán)。通過上述循環(huán)實(shí)現(xiàn)了排放地?zé)崴c發(fā)電工質(zhì)(氨水溶液)熱量交換， 吸收更多的地?zé)崮苡糜诎l(fā)電。本具有的特點(diǎn)和有益效果在Kalina地?zé)岚l(fā)電機(jī)系統(tǒng)中加入增溫系統(tǒng)，可產(chǎn)生 100°C左右的吸收溫度，同時(shí)將地?zé)釓U水的排放溫度降至60°C左右，達(dá)到利用低品位的 地?zé)崮?80°C)來提高機(jī)組發(fā)電效率的目的。本實(shí)用新型不需要對原系統(tǒng)設(shè)備的各項(xiàng) 設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整，工質(zhì)種類及狀態(tài)參數(shù)也均與Kalina系統(tǒng)相吻合。本實(shí)用新型 結(jié)構(gòu)緊湊，連接管道少，便于安裝和保證密閉性要求。由于系統(tǒng)自身耗能低，除溶劑泵 少量耗電外，其余流體的流動可依靠系統(tǒng)剩余壓力和換熱器間氨蒸氣的密度差。耦合式 Kalina地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性可提高10%。

附圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意簡圖。圖中虛線框內(nèi)為發(fā)電機(jī)組的吸收 增溫系統(tǒng)。附圖2為吸收增溫系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對本實(shí)用新型原理和結(jié)構(gòu)裝置做進(jìn)一步的說明。帶 有吸收增溫系統(tǒng)的中低溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)組具有發(fā)生器、分離器、汽輪機(jī)、回?zé)崞鳌⒗淠?器、節(jié)流閥、溶劑泵以及吸收器等。其中由高溫回?zé)崞?、發(fā)生器2、分離器3、汽輪機(jī) 4低溫回?zé)崞?、第一冷凝器6-1以及溶液加壓泵7依次串接、第一節(jié)流閥8-1并聯(lián)接于 高、低溫回?zé)崞髦g，構(gòu)成Kalina地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。由第二冷凝器6-2、溶劑泵9、蒸發(fā)器10、第二節(jié)流閥8-2以及吸收器11依次串接構(gòu)成吸收增溫系統(tǒng)，通過第二節(jié)流閥8-2接 于分離器3、吸收器11串接于發(fā)生器2與高溫回?zé)崞?之間、以及汽輪機(jī)4的乏汽管接入 第二冷凝器6-2的溶劑側(cè)，使吸收增溫系統(tǒng)與吸收式地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)組合成為帶有吸收增 溫系統(tǒng)的中低溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)組(如圖1)。由于吸收增溫系統(tǒng)中的各設(shè)備間工質(zhì)溶液的流 動與狀態(tài)參數(shù)變化具有關(guān)聯(lián)性，所以將第二冷凝器6-2、蒸發(fā)器10、以及吸收器11集成 組裝同一筒體內(nèi)，在蒸發(fā)器10與吸收器11之間設(shè)置擋板13 (如圖2所示)，防止容器 間液體彼此濺入。目的在于盡量減少管道連接，這樣既可保證系統(tǒng)密閉性要求，又可節(jié) 省設(shè)備安裝空間，如省略了蒸發(fā)器10與吸收器11之間連接管道，在系統(tǒng)外部的連接管道 長度也大大縮短。同時(shí)其中要求在蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)置壓力儀表，監(jiān)測設(shè)備啟動、運(yùn)行過程中 的蒸發(fā)壓力。溶劑泵8為屏蔽式增壓泵，并變頻調(diào)節(jié)，用于調(diào)節(jié)工質(zhì)流量和調(diào)整蒸發(fā)器 壓力。水泵12從冷凝水池為第一冷凝器6-1供水。本實(shí)施例進(jìn)入吸收增溫系統(tǒng)(蒸發(fā) 器)的地?zé)崴疁囟葹?0°C，排水溫度為60°C。 第二冷凝器為鋼管水平降膜式換熱器；管內(nèi)流體為循環(huán)冷凝水，管外流體為氨 蒸氣，作用是將氨蒸氣冷凝為液體。溶劑泵為屏蔽式增壓泵，屏蔽隔絕泵兩側(cè)的流體， 對氨液加壓，提高蒸發(fā)器內(nèi)的壓力。蒸發(fā)器管內(nèi)流體為地?zé)崴?，管外流體為氨液，蒸發(fā) 器吸收地?zé)崮軐⒏邏喊币赫舭l(fā)。節(jié)流閥將分離器出口的高壓稀氨水溶液壓力降低至蒸發(fā) 器內(nèi)的壓力。吸收器管內(nèi)為濃氨水溶液，管外稀氨水溶液，管外稀氨水溶液吸收來自蒸 發(fā)器產(chǎn)生的氨蒸氣，向管內(nèi)濃氨水溶液傳遞熱量?？紤]氨具有毒性和爆炸性，上述所有 設(shè)備都需具有較好的密封性。
權(quán)利要求1.帶有吸收增溫系統(tǒng)的中低溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)組，具有發(fā)生器、分離器、汽輪機(jī)、回?zé)?器、冷凝器、節(jié)流閥、溶劑泵以及吸收器，其中由高溫回?zé)崞?1)、發(fā)生器(2)、 分離器(3)、汽輪機(jī)(4)低溫回?zé)崞?5)、第一冷凝器(6-1)以及溶液加壓泵(7)依次串接；第一節(jié)流閥(8-1)并聯(lián)接于高、低溫回?zé)崞髦g，構(gòu)成Kalina地?zé)?發(fā)電系統(tǒng)，其特征是由第二冷凝器(6-2)、溶劑泵(9)、蒸發(fā)器(10)、第二節(jié)流閥 (8-2)以及吸收器(11)依次串接構(gòu)成吸收增溫系統(tǒng)，通過第二節(jié)流閥(8-2)接于 分離器(3)、吸收器(11)串接于發(fā)生器(2)與高溫回?zé)崞?1)之間、以及汽輪機(jī) (4)的乏汽管接入第二冷凝器(6-2)的溶劑側(cè)，使吸收增溫系統(tǒng)與吸收式地?zé)岚l(fā)電系 統(tǒng)組合成為帶有吸收增溫系統(tǒng)的中低溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)組。
2.按照權(quán)利要求1所述的帶有吸收增溫系統(tǒng)的中低溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)組，其特征是將所述 第二冷凝器(6-2)、蒸發(fā)器(10)以及吸收器(11)集成組裝同一筒體內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的帶有吸收增溫系統(tǒng)的中低溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)組，其特征是將 所述溶劑泵(9)為屏蔽式增壓泵，并變頻調(diào)節(jié)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種與Kalina循環(huán)耦合的中低溫地?zé)崮馨l(fā)電裝置。在裝置結(jié)構(gòu)上由高溫回?zé)崞?、發(fā)生器、分離器、汽輪機(jī)低溫回?zé)崞饕约袄淠饕来未?、第一?jié)流閥并聯(lián)接于高、低溫回?zé)崞髦g，構(gòu)成Kalina地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)；由第二冷凝器、溶劑泵、蒸發(fā)器、節(jié)流閥以及吸收器依次串接構(gòu)成吸收增溫系統(tǒng)；通過節(jié)流閥接于分離器、吸收器于高溫回?zé)崞?，使吸收增溫系統(tǒng)與吸收式地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)組合成為本實(shí)用新型。本裝置可產(chǎn)生100℃左右的吸收溫度，同時(shí)將地?zé)釓U水的排放溫度降至60℃左右，達(dá)到用低品位的地?zé)崮芴岣邫C(jī)組發(fā)電效率的目的。本實(shí)用新型不需要對原系統(tǒng)設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整，工質(zhì)種類及狀態(tài)參數(shù)也均與Kalina系統(tǒng)相吻合。
文檔編號F01K11/02GK201794730SQ201020502699
公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者付文成, 張偉, 朱家玲, 李太祿, 胡濤 申請人:天津大學(xué)