一种低品位热源驱动非共沸混合工质热电联供系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低品位热源驱动非共沸混合工质热电联供系统及方法，低品位热源输入通道经过热器与蒸汽发生器连接，用于将热量传给工质侧，蒸汽发生器的一端经分离器分两路，一路依次经过热器、透平与供热器的一端连接，透平同轴连接有发电机，用于将饱和蒸汽经低温热源加热后形成过热蒸汽后进入透平膨胀做功驱动发电机为用户供电，另一路依次经蒸发器与供热器的一端连接，供热器与供热输出管道连接，用于将饱和溶液在与透平乏汽混合后为用户提供热量；供热器的另一端经过增压泵与蒸汽发生器的另一端连接形成工质侧循环通路。本发明专利技术实现了为用户同时供电和供热的目标，热电联供系统的循环热效率远高于只能用于供电的系统的循环热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种低品位热源驱动非共沸混合工质热电联供系统及方法
本专利技术属于低品位热源高效转换
，具体涉及一种低品位热源驱动非共沸混合工质热电联供系统及方法。
技术介绍
随着我国国民经济的快速发展，对能源的需求和消耗日渐增加，广泛的工业活动产生的低温余热以及太阳能、地热能等低品位热源由于回收难度大、回收成本高等原因没有被充分有效地利用，造成大量的能源浪费。采用先进技术将低品位热源高效转换为电能或者热能加以利用对降低能源消耗、推进社会可持续发展具有重要意义。回收低品位热源的热力系统目前主要分为三种：水蒸汽动力循环系统、有机朗肯循环系统和Kalina循环系统。采用水蒸汽动力循环系统回收低品位热源时，由于水蒸汽的临界温度较高，系统的热回收效率较低。有些系统如有机朗肯循环利用有机工质回收较低温度的低品位余热，但是由于有机工质具有价格昂贵、易泄露、含毒性的特点，系统的经济性能不高，并且危害人体健康及环境安全。少量系统采用非共沸混合工质进行低品位热源回收利用，这种工质的吸热温度曲线与热源的放热温度曲线匹配度好，减少了循环的不可逆损失，改善系统的热力性能。Kalina循环系统即采用氨水这种非共沸混合工质，工质价格低廉易得，经济成本较低，近年来受到广大学者的关注。现有的余热回收技术虽然可以实现低品位热源的回收利用，但是其循环热效率非常低。热电联供系统的循环热效率远高于发电系统的循环热效率，目前的热电联供系统的工作流体绝大多数为水蒸汽或者有机工质，这两种工质相比非共沸混合工质在低品位热源回收利用领域不具备优势。非共沸混合工质动力循环系统得到了一定程度的研究，但是并没有利用非共沸工质同时进行发电和供热的研究。因此本专利提出了一种低品位热源驱动非共沸混合工质热电联供系统及方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低品位热源驱动非共沸混合工质热电联供系统及方法，达到了同时为用户提供电能和热能，并显著提高热源能量转换效率的目的，进一步提出用喷射器替代原有热电联供系统中的压缩机，避免压缩机耗电提高循环热效率并且达到同时供电和供热的目的。本专利技术采用以下技术方案：一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统，包括蒸汽发生器、分离器、过热器、透平、蒸发器、供热器、增压泵、低品位热源输入通道和供热输出管道，低品位热源输入通道经过热器与蒸汽发生器连接，用于将热量传给工质侧，蒸汽发生器的一端经分离器分两路，一路依次经过热器、透平与供热器的一端连接，透平同轴连接有发电机，用于将饱和蒸汽经低温热源加热后形成过热蒸汽后进入透平膨胀做功驱动发电机为用户供电，另一路依次经蒸发器与供热器的一端连接，供热器与供热输出管道连接，用于将饱和溶液在与透平乏汽混合后为用户提供热量；供热器的另一端经过增压泵与蒸汽发生器的另一端连接形成工质侧循环通路。具体的，蒸发器与供热器之间设置有第一节流阀，第一节流阀和透平与供热器的一端并行连接。进一步的，供热器的另一端分两路，一路与增压泵连接，另一路依次经过第二节流阀和蒸发器与压缩机的一端连接，压缩机的另一端和第一节流阀以及透平与供热器的一端并行连接。进一步的，压缩机同轴连接有第二电动机，增压泵同轴连接有第一电动机。具体的，蒸发器与供热器之间设置有第一节流阀，透平与供热器之间设置有喷射器，第一节流阀和喷射器与供热器的一端并行连接。进一步的，供热器的另一端分两路，一路与增压泵连接，另一路依次经过第二节流阀和蒸发器与喷射器连接；增压泵同轴连接有第一电动机。一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统的工作方法，采用非共沸混合物作为循环工质，循环工质的基本溶液在蒸汽发生器中吸收低品位热源输入管道中低品位热源的热量，形成两相混合物，然后进入分离器将循环工质的基本溶液分离成饱和蒸汽和饱和溶液；饱和蒸汽经低温热源加热后形成高压过热蒸汽后进入透平膨胀做功驱动发电机为用户供电，饱和溶液在与透平乏汽混合后进入供热器为用户提供热量。具体的，饱和蒸汽进入过热器中继续吸收低品位热源输入管道的热量，形成高压过热蒸汽，进入透平中膨胀做功，驱动发电机输出电能；饱和溶液经过蒸发器和第一节流阀后，与透平乏汽混合，形成循环工质的基本溶液，循环工质的基本溶液与第二电动机驱动的压缩机升压升温后的混合工质基本溶液混合，然后进入供热器中被供热输出管道中的介质冷凝成液态，释放热量，给用户提供热能；从供热器出来的液态基本溶液分成两股，一股经第二节流阀降压后形成两相混合物，再进入到蒸发器中吸收饱和溶液的热量蒸发，形成饱和汽态基本溶液，然后进入到压缩机中进行升压升温；另一股液态基本溶液经过第一电动机驱动的增压泵提高压力后，进入蒸汽发生器中继续吸收低品位热源输入管道中低品位热源的热量，完成循环。具体的，饱和蒸汽进入过热器中继续吸收低品位热源输入管道的热量，形成高压过热蒸汽，进入到透平中膨胀做功，驱动发电机输出电能；透平乏汽进入喷射器中充当工作流体用于提高蒸发器冷端出口的循环工质基本溶液的压力；饱和溶液经过蒸发器和第一节流阀后与喷射器排汽混合，形成循环工质的基本溶液，基本溶液进入供热器中被供热输出管道中的介质冷凝成液态，释放热量，给用户提供热能；从供热器出来的液态基本溶液分成两股，一股经第二节流阀降压后形成两相混合物，再进入到蒸发器中吸收饱和溶液的热量蒸发，形成饱和汽态基本溶液，然后进入到喷射器中进行升压升温；另一股液态基本溶液经过第一电动机驱动的增压泵提高压力，进入蒸汽发生器中继续吸收低品位热源输入管道中低品位热源的热量，完成循环。进一步的，循环工质包括氨水混合工质，低品位热源输入管道中的低品位热源包括工业余热、地热和太阳能。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统，蒸汽发生器的一端经分离器分两路，一路依次经过热器、透平与供热器的一端连接，用于将饱和蒸汽经低温热源加热后形成过热富氨蒸汽后进入透平膨胀做功驱动发电机为用户供电，另一路依次经蒸发器与供热器的一端连接，供热器与供热输出管道连接，用于将饱和溶液在与透平乏汽混合后为用户提供热量；供热器的另一端经过增压泵与蒸汽发生器的另一端连接形成工质侧循环通路，低品位热源输入通道经过过热器与蒸汽发生器连接，用于将热量传给工质侧，利用低品位余热作为热源，实现非共沸混合工质热电联供系统，采用非共沸工质的吸热温度曲线与热源放热温度曲线匹配良好，减少了不可逆损失，提高了循环效率。进一步的，蒸发器与供热器之间设置有压缩机，利用压缩机为供热循环内工质流体加压升温。压缩机和第一节流阀以及透平与供热器并行连接，充分利用供电循环中透平排汽和蒸发器出口饱和溶液的热量进行供热，提高了热电联供循环的热效率。进一步的，蒸发器与供热器之间设置有第一节流阀，透平与供热器之间设置有喷射器，第一节流阀和喷射器与供热器的一端并行连接，利用喷射器代替压缩机为供热循环内工质流体加压，避免了供热循环压缩机电能消耗，循环热效率得到进一步提升。本专利技术还公开了一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统的工作方法，其特征在于，采用非共沸混合物作为循环工质，循环工质的基本溶液在蒸汽发生器中吸收低品位热源输入管道中低品位热源的热量，形成两相混合物，然后进入分离器将循环工质的基本溶液分离成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统，其特征在于，包括蒸汽发生器(1)、分离器(2)、过热器(3)、透平(4)、蒸发器(6)、供热器(10)、增压泵(12)、低品位热源输入通道(14)和供热输出管道(15)，低品位热源输入通道(14)经过热器(3)与蒸汽发生器(1)连接，用于将热量传给工质侧，蒸汽发生器(1)的一端经分离器(2)分两路，一路依次经过热器(3)、透平(4)与供热器(10)的一端连接，透平(4)同轴连接有发电机(5)，用于将饱和蒸汽经低温热源加热后形成过热蒸汽后进入透平膨胀做功驱动发电机为用户供电，另一路依次经蒸发器(6)与供热器(10)的一端连接，供热器(10)与供热输出管道(15)连接，用于将饱和溶液在与透平乏汽混合后为用户提供热量；供热器(10)的另一端经过增压泵(12)与蒸汽发生器(1)的另一端连接形成工质侧循环通路。

【技术特征摘要】
1.一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统，其特征在于，包括蒸汽发生器(1)、分离器(2)、过热器(3)、透平(4)、蒸发器(6)、供热器(10)、增压泵(12)、低品位热源输入通道(14)和供热输出管道(15)，低品位热源输入通道(14)经过热器(3)与蒸汽发生器(1)连接，用于将热量传给工质侧，蒸汽发生器(1)的一端经分离器(2)分两路，一路依次经过热器(3)、透平(4)与供热器(10)的一端连接，透平(4)同轴连接有发电机(5)，用于将饱和蒸汽经低温热源加热后形成过热蒸汽后进入透平膨胀做功驱动发电机为用户供电，另一路依次经蒸发器(6)与供热器(10)的一端连接，供热器(10)与供热输出管道(15)连接，用于将饱和溶液在与透平乏汽混合后为用户提供热量；供热器(10)的另一端经过增压泵(12)与蒸汽发生器(1)的另一端连接形成工质侧循环通路。2.根据权利要求1所述的一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统，其特征在于，蒸发器(6)与供热器(10)之间设置有第一节流阀(7)，第一节流阀(7)和透平(4)与供热器(10)的一端并行连接。3.根据权利要求2所述的一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统，其特征在于，供热器(10)的另一端分两路，一路与增压泵(12)连接，另一路依次经过第二节流阀(11)和蒸发器(6)与压缩机(8)的一端连接，压缩机(8)的另一端和第一节流阀(7)以及透平(4)与供热器(10)的一端并行连接。4.根据权利要求3所述的一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统，其特征在于，压缩机(8)同轴连接有第二电动机(9)，增压泵(12)同轴连接有第一电动机(13)。5.根据权利要求1所述的一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统，其特征在于，蒸发器(6)与供热器(10)之间设置有第一节流阀(7)，透平(4)与供热器(10)之间设置有喷射器(16)，第一节流阀(7)和喷射器(16)与供热器(10)的一端并行连接。6.根据权利要求5所述的一种低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统，其特征在于，供热器(10)的另一端分两路，一路与增压泵(12)连接，另一路依次经过第二节流阀(11)和蒸发器(6)与喷射器(16)连接；增压泵(12)同轴连接有第一电动机(13)。7.一种利用权利要求1至6中任一项所述低品位热源驱动的非共沸混合工质热电联供系统的工作方法，其特征在于，采用非共沸混合物作为循环工质，循环工质的基本溶液在蒸汽发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江峰，王亚雄，王建永，赵攀，戴义平，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61