一种低品位热驱动的冷电联供系统及其应用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低品位热驱动的冷电联供系统及其应用方法。系统包括发生塔、冷凝器、液氨储罐、三通阀、氨节流阀、蒸发器、吸收器、溶液泵、溶液节流阀、溶液换热器、阳极室、阴极室、精馏器，使用氨+硝酸锂+水三元工质，将吸收式供冷系统与电池发电系统有机耦合，液氨储罐出来的高压液氨通过三通阀分为两路，一路进入蒸发器提供冷量，另一路进入原电池的阳极室电解液，与不断溶解的铜离子形成络合物，推动电池装置发电。发电完成后阳极室电解液在精馏器中被加热释放出氨气，该股氨气与蒸发器出来的氨气一起进入吸收器，被硝酸锂水溶液吸收。所述系统既可实现单独供电或单独供冷，也可冷电联供，驱动能源可以利用工业废水、工艺废热、太阳能热水等低品位热源。

Low grade heat driven cold electricity combined supply system and application method thereof

The invention discloses a low grade heat driven cold electricity combined supply system and an application method thereof. The system includes tower, condenser, liquid ammonia, ammonia three-way valve, throttle valve, evaporator, absorber, a solution pump, a solution throttle valve, solution heat exchanger, an anode chamber, a cathode chamber, a rectifier, using ammonia lithium nitrate + water + three yuan refrigerant, will absorb type cooling system and electrical coupling pool power system, high pressure liquid ammonia tank it is divided into two parts through a three-way valve, the way into the evaporator cooling capacity, anolyte another way into the cell, forming a complex with copper ions dissolved, pushing the battery power device. After the completion of the completion of the anode chamber electrolyte is heated in the rectification of the release of ammonia, the ammonia gas and the ammonia out of the evaporator into the absorber, absorbed by lithium nitrate solution. The system can realize the independent power supply or the separate cooling, and can also be combined with cold electricity, and the driving energy can be used for low-grade heat sources such as industrial waste water, process waste heat, solar hot water, etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能源
，具体来说，涉及一种利用低品位热量同时实现供冷、供电的系统。
技术介绍
随着煤炭、石油、天然气等化石能源的持续消耗,能源与环境问题逐渐突出，如何保持能源与环境的可持续发展是人类面对的重大课题，人们在开辟新能源的同时也更加重视提高现有能源的利用率。我国是能源大国，能源利用率不高，大量余热以各种形式被排放到大气中，这不仅造成了环境的热污染，也造成了能源的浪费，因此如何提高能源的利用率以及回收余热、废热是我国亟待解决的问题。氨水吸收式制冷系统是一种可以利用低温余热资源或太阳能、地热能等低温可再生能源驱动的制冷技术，所采用的工质是自然界存在的物质氨和水，它们价格低廉，是理想的环境友好型工质对，其制冷温度范围可实现10～-60℃，且氨水吸收式制冷机组容易小型化，除氨溶液泵外无其他运转设备，因此可靠性强，噪声和震动小，广泛用于冷库、石油冶炼及其他化工过程中。传统的氨水吸收式制冷系统一般包括四个主要设备，分别为精馏塔、冷凝器、蒸发器、吸收器，通过低温余热驱动发生过程和精馏过程，将浓溶液分离成高纯度的氨气和低浓度的稀氨水溶液，氨气在冷凝器中冷凝为液氨，液氨经过过冷、节流降压后进入蒸发器蒸发制冷，蒸发后的氨气进入吸收器被来自精馏塔塔釜的稀溶液吸收，最终转变成浓溶液，预热后返回精馏塔，完成一个循环。传统的氨水吸收式制冷系统只能实现制冷，过往的研究也主要集中在提高系统性能上，但是如果只采用传统基本吸收式制冷循环，那么无论采用何种工质、部件结构如何优化，其始终面临不能利用低温热源以及高温热源驱动时效率低的问题，因此，本专利技术提出了一种低品位热驱动的冷电联供系统，利用低温余热驱动发生塔和铜氨电池发电装置中的精馏器，并使用氨、硝酸锂和水三元工质，实现供冷与供电的耦合，实现冷、电联供。
技术实现思路
为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供了一种低品位热驱动的冷电联供系统及其应用方法，改变传统的氨水吸收式制冷系统，使用氨、硝酸锂、水三元工质，有机耦合铜氨电池发电装置，利用分流三通阀、合流三通阀切换通道，使得系统能不断供电，系统中的精馏器和发生塔可以充分利用工业废水、工艺废热、太阳能热水等低品位热源，既可以单独供冷或单独供电，也可以冷、电联供，切实做到节能减排。一种低品位热驱动的冷电联供系统，该系统包括：发生塔、冷凝器、液氨储罐、第一分流三通阀、第一氨节流阀、蒸发器、吸收器、溶液泵、溶液节流阀、溶液换热器、第二氨节流阀、第二分流三通阀、阳极室、阴极室、合流三通阀、工质泵、精馏器、第三分流三通阀，其中，吸收器的出口与溶液泵相连接，溶液泵与溶液换热器相连接，溶液换热器分别与发生塔入口和底部出口相连接，溶液换热器与溶液节流阀相连接，溶液节流阀与吸收器的入口相连接；发生塔的顶部出口依次与冷凝器、液氨储罐、第一分流三通阀相连接，第一分流三通阀分两路，一路依次与第一氨节流阀、蒸发器相连接，蒸发器的出口与吸收器的进口相连接，另一路与第二氨节流阀、第二分流三通阀、阳极室、阴极室、合流三通阀、工质泵、精馏器连接，精馏器的顶部出口与吸收器的入口相连接，精馏器的底部出口与第三分流三通阀相连接、第三分流三通阀与阳极室、阴极室连接。所述的第一分流三通阀用于分流液氨储罐流出的液氨，第二分流三通阀用于分流第二氨节流阀节流降压的液氨，第三分流三通阀用于分流精馏器精馏后的溶液。所述的阳极室、阴极室是铜氨化学电池阳极、阴极的反应室。所述的铜氨化学电池指的是铜氨原电池，电池阳极与阴极都是铜电极，其中阳极发生的是铜与氨水反应生成铜氨络合物，阴极发生的反应是铜离子还原为铜。所述的精馏器利用低品位热源驱动，精馏分离阳极室或阴极室反应完成后溶液，其顶部与吸收器相连接，返回精馏得到的氨气，底部通过第三分流三通阀将精馏后的溶液返回至阳极室或阴极室。所述的系统使用的工质是氨、硝酸锂、水三元工质，三元工质将吸收式供冷系统与电池发电系统有机耦合，实现冷、电联供。一种应用所述冷电联供系统的方法，吸收器出口含有氨、硝酸锂的浓溶液经过溶液泵、溶液换热器进入发生塔，发生塔在低品位热源驱动下产生氨气和含硝酸锂的稀溶液，稀溶液经过溶液换热器、溶液节流阀返回至吸收器，完成溶液回路循环；而产生的氨气经过冷凝器冷凝成液氨，与液氨储罐、第一分流三通阀相连接，第一分流三通阀将液氨分成两路，其中一路通过第一氨节流阀节流降压，进入蒸发器蒸发制冷，返回至吸收器被硝酸锂水稀溶液吸收；另一路经过第二氨节流阀进入铜氨电池发电装置发电，而后返回至吸收器被硝酸锂水稀溶液吸收。所述的铜氨电池发电装置供电的运行周期分为两个阶段，第一阶段：由第一分流三通阀分流的液氨经过第二氨节流阀节流降压，由第二分流三通阀流向阳极室，发生阳极反应生成铜氨络合物，阴极室发生阴极反应生成铜，阴阳极反应构成原电池，产生电能，反应完成后，阳极室的溶液经过合流三通阀、工质泵进入精馏器，精馏器在低品位热源驱动下精馏产生氨气和含铜离子的阳极液，阳极液通过第三分流三通阀返回至阳极室，而产生的氨气返回至吸收器，铜氨电池发电运行的第一阶段完成，进入第二阶段；第二阶段：由第一分流三通阀分流的液氨经过第二氨节流阀节流降压，由第二分流三通阀将降压后的液氨流向阴极室，与第一阶段在阴极室还原的铜反应生成铜氨络合物，阳极室发生还原第一阶段由精馏器精馏返回的铜离子生成铜的反应，构成新的原电池，产生电能，反应完成后的阴极室溶液经过合流三通阀，由工质泵送至精馏器，精馏产生氨气和含铜离子的阴极液，阴极液经过第三分流三通阀返回至阴极室，产生的氨气返回至吸收器，铜氨电池发电运行的第二阶段完成。第二阶段运行完成表示发电运行的一个周期完成，准备进入下一周期的第一阶段。因此，通过铜氨电池发电装置中第二分流三通阀、合流三通阀、第三分流三通阀切换通道，使电池在第一阶段与第二阶段轮流运行，发电运行一个周期电池的阳极与阴极的铜电极不会被消耗，成为可再生的原电池，从而不断向外输出电能。从上述技术方案看，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术提供的一种低品位热驱动的冷电联供系统，可以充分利用工业废水、工艺废热、太阳能热水等低品位的热源，达到节能减排的目的。2.本专利技术提供的一种低品位热驱动的冷电联供系统，使用氨、硝酸锂、水三元工质，将供冷系统与供电系统实现有机耦合，实现冷电联供。3.本专利技术提供的一种低品位热驱动的冷电联供系统，不仅可以单独用于制冷或单独用于供电，也可以同时用于冷电联供。附图说明图1是本专利技术一种低品位热驱动的冷电联供系统的结构示意图；图2是本专利技术一种低品位热驱动的冷电联供系统供电运行周期的第一阶段示意图；图3是本专利技术一种低品位热驱动的冷电联供系统供电运行周期的第二阶段示意图；图中：1.发生塔，2.冷凝器，3.液氨储罐，4.第一分流三通阀，5.第一氨节流阀，6.蒸发器，7.吸收器，8.溶液泵，9.溶液节流阀，10.溶液换热器，11.第二氨节流阀，12.第二分流三通阀，13.阳极室，14.阴极室，15.合流三通阀，16.工质泵，17.精馏器，18.第三分流三通阀。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，一种低品位热驱动的冷电联供系统，该系统包括：发生塔1、冷凝器2、液氨储罐3、第一分流三通阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低品位热驱动的冷电联供系统，其特征在于，该系统包括：发生塔（1）、冷凝器（2）、液氨储罐（3）、第一分流三通阀（4）、第一氨节流阀（5）、蒸发器（6）、吸收器（7）、溶液泵（8）、溶液节流阀（9）、溶液换热器（10）、第二氨节流阀（11）、第二分流三通阀（12）、阳极室（13）、阴极室（14）、合流三通阀（15）、工质泵（16）、精馏器（17）、第三分流三通阀（18），其中，吸收器（7）的出口与溶液泵（8）相连接，溶液泵（8）与溶液换热器（10）相连接，溶液换热器（10）分别与发生塔（1）入口和底部出口相连接，溶液换热器（10）与溶液节流阀（9）相连接，溶液节流阀（9）与吸收器（7）的入口相连接；发生塔（1）的顶部出口依次与冷凝器（2）、液氨储罐（3）、第一分流三通阀（4）相连接，第一分流三通阀（4）分两路，一路依次与第一氨节流阀（5）、蒸发器（6）相连接，蒸发器（6）的出口与吸收器（7）的进口相连接，另一路与第二氨节流阀（11）、第二分流三通阀（12）、阳极室（13）、阴极室（14）、合流三通阀（15）、工质泵（16）、精馏器（17）连接，精馏器（17）的顶部出口与吸收器（7）的入口相连接，精馏器（17）的底部出口与第三分流三通阀（18）相连接、第三分流三通阀（18）与阳极室（13）、阴极室（14）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种低品位热驱动的冷电联供系统，其特征在于，该系统包括：发生塔（1）、冷凝器（2）、液氨储罐（3）、第一分流三通阀（4）、第一氨节流阀（5）、蒸发器（6）、吸收器（7）、溶液泵（8）、溶液节流阀（9）、溶液换热器（10）、第二氨节流阀（11）、第二分流三通阀（12）、阳极室（13）、阴极室（14）、合流三通阀（15）、工质泵（16）、精馏器（17）、第三分流三通阀（18），其中，吸收器（7）的出口与溶液泵（8）相连接，溶液泵（8）与溶液换热器（10）相连接，溶液换热器（10）分别与发生塔（1）入口和底部出口相连接，溶液换热器（10）与溶液节流阀（9）相连接，溶液节流阀（9）与吸收器（7）的入口相连接；发生塔（1）的顶部出口依次与冷凝器（2）、液氨储罐（3）、第一分流三通阀（4）相连接，第一分流三通阀（4）分两路，一路依次与第一氨节流阀（5）、蒸发器（6）相连接，蒸发器（6）的出口与吸收器（7）的进口相连接，另一路与第二氨节流阀（11）、第二分流三通阀（12）、阳极室（13）、阴极室（14）、合流三通阀（15）、工质泵（16）、精馏器（17）连接，精馏器（17）的顶部出口与吸收器（7）的入口相连接，精馏器（17）的底部出口与第三分流三通阀（18）相连接、第三分流三通阀（18）与阳极室（13）、阴极室（14）连接。2.根据权利要求1所述的冷电联供系统，其特征在于，所述的第一分流三通阀（4）用于分流液氨储罐（3）流出的液氨，第二分流三通阀（12）用于分流第二氨节流阀（11）节流降压的液氨，第三分流三通阀（18）用于分流精馏器（17）精馏后的溶液。3.根据权利要求1所述的冷电联供系统，其特征在于，所述的阳极室（13）、阴极室（14）是铜氨化学电池阳极、阴极的反应室。4.根据权利要求1所述的冷电联供系统，其特征在于，所述的铜氨化学电池指的是铜氨原电池，电池阳极与阴极都是铜电极，其中阳极发生的是铜与氨水反应生成铜氨络合物，阴极发生的反应是铜离子还原为铜。5.根据权利要求1所述的冷电联供系统，其特征在于，所述的精馏器（17）利用低品位热源驱动，精馏分离阳极室（13）或阴极室（14）反应完成后溶液，其顶部与吸收器（7）相连接，返回精馏得到的氨气，底部通过第三分流三通阀（18）将精馏后的溶液返回至阳极室（13）或阴极室（14）。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张绍志，王福添，李杨，陈光明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33