一种用于高温烟气余热回收的跨临界二氧化碳动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于高温烟气余热回收的CO2动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统，所述系统通过集成高、低温动力循环和吸收式热泵循环，实现热电联产。所述动力循环以CO2作为工质，吸热过程位于超临界压力，向冷源的放热过程位于亚临界压力，为跨临界循环形式。所述高温动力循环以高温烟气为热源，低温动力循环从高温动力循环的乏汽吸热；所述的吸收式热泵系统以低温动力循环高温乏汽为驱动热源，并以低温乏汽为低温热源，尽可能充分地利用余热资源，并提高了吸收式热泵循环的COP。本发明专利技术改善了循环与变温热源换热匹配性，同时有效利用了循环的乏汽热量，实现了对不同品味余热能的梯级利用，提高了系统整体的能源利用效率。

A Transcritical Carbon Dioxide Power Cycle and Absorption Heat Pump Combined Thermoelectricity System for High Temperature Flue Gas Waste Heat Recovery

The invention discloses a cogeneration system of CO2 power cycle and absorption heat pump for high temperature flue gas waste heat recovery. The system realizes cogeneration of heat and power by integrating high and low temperature power cycle and absorption heat pump cycle. The power cycle uses CO2 as working fluid, the endothermic process is at supercritical pressure, and the exothermic process to the cold source is at subcritical pressure, which is in the form of transcritical cycle. The high-temperature power cycle uses high-temperature flue gas as heat source, and the low-temperature power cycle absorbs heat from the exhaust steam of the high-temperature power cycle. The absorption heat pump system uses the exhaust steam of the low-temperature power cycle as the driving heat source and the low-temperature exhaust steam as the low-temperature heat source, so as to make full use of the waste heat resources and improve the absorption heat pump cycle. COP. The invention improves the matching of heat transfer between cycle and variable temperature heat source, effectively utilizes the exhaust steam heat of the cycle, realizes the cascade utilization of waste heat energy of different tastes, and improves the overall energy utilization efficiency of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温烟气余热回收的跨临界二氧化碳动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统
本专利技术涉及动力机械和热泵用于余热利用的节能
，具体涉及一种用于高温烟气余热回收的跨临界CO2动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统。
技术介绍
采用恰当的技术有效回收、利用工业生产中产生的高温（>500oC）烟气余热可实现良好的经济效益和社会效益。根据能量梯级利用原则，对于中、高品味的烟气余热可依次进行动力回收和热利用。目前的余热动力回收技术主要有传统的水朗肯循环、有机工质循环和卡琳娜循环等。有机工质循环和卡琳娜循环适用于中低温的余热回收。在高温工况下，有机工质存在热分解的风险，分解产物将影响系统运行效率和安全；卡琳娜循环主要依靠氨-水二元非共沸工质的温度滑移来改善循环与变温热源的换热匹配，相对于高温烟气热源放热过程的大温降，其温度滑移已远远不足。水朗肯循环是一种成熟的高温余热回收技术，但是从热力学方面来讲，循环的定温吸热与烟气热源的变温放热的换热过程存在较高的不可逆损失，窄点突出的问题限制了对变温热源的利用效率；从技术条件来说，水朗肯循环系统体积大，占地面积大，汽轮机结构复杂，系统造价高，应用于工业过程的余热回收中存在诸多不利条件。CO2作为自然工质，具有优良的环境友好性，无毒、无污染，廉价易得。此外，CO2不可燃，具有极高的化学惰性和热稳定性，提高了其高温循环过程的安全性。CO2的临界温度较低，容易实现跨临界或超临界的循环形式，工质在吸热过程中不存在定温相变，改善了与变温热源的换热匹配，增加循环的热力学完善度。但是，由于CO2临界温度低，在高温工况下，膨胀机出口的CO2乏汽具有很高的过热度，需要对这部分显热进一步利用。本专利技术针对上述问题，结合热力学基本原理，提出了一种双级CO2跨临界循环与吸收式热泵复合的热电联产系统，在不影响变温热源利用率的前提下，可实现对乏汽携带显热的有效利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种跨临界CO2动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统，解决变温热源下常规CO2动力循环存在的热源利用不充分、系统综合效率低等问题，改善循环与变温热源的换热匹配，有效利用动力循环放热过程显热，进一步系统整体的热能利用效率。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案。该系统以二氧化碳作为工质，以高温烟气作为余热源，通过工质在超临界压力下的吸热过程改善与变温烟气热源的换热匹配，通过引入复叠循环和对用户供热实现对高温乏汽的热利用。系统在充分回收利用烟气携带热量的前提下，尽可能多地输出净功，同时对更低品味的乏汽余热进行热利用。所述的热电联产系统包括动力循环子系统与吸收式热泵子系统，所述动力循环子系统主要部件包括：压缩机1、超临界加热器2、第一透平膨胀机3、回热器4、冷凝器5、第二透平膨胀机6、高温气体冷却器7、第一发电机8、第二发电机9和低温气体冷却器10；所述吸收式热泵子系统主要部件包括：节流阀11、吸收器12、溶液泵13、溶液热交换器14、减压阀15、冷凝器16，所述动力循环的高温气体冷却器7为吸收式热泵的发生器，所述低温气体冷却器为吸收式热泵的蒸发器10。所述动力循环吸热过程处于超临界压力，吸热过程工质不发生相变，为变温吸热过程，所述压缩机1出口分别与超临界加热器2入口和回热器4低温侧入口相连；所述超临界加热器2出口与第一透平膨胀机3入口相连；所述第一透平膨胀机3出口与回热器4高温侧入口相连；所述回热器4高温侧出口与冷凝器5入口相连；所述冷凝器5出口与压缩机1入口相连；回热器4低温侧出口与第二透平膨胀机6入口相连；所述第二透平膨胀机6出口与高温气体冷却器7入口相连；所述高温气体冷却器7出口与低温气体冷却器10入口相连；所述低温气体冷却器10出口与冷凝器5入口相连。所述吸收式热泵子系统中，所述发生器7气相出口与冷凝器16入口相连；所述冷凝器16出口与节流阀11入口相连；所述节流阀11出口与蒸发器10入口相连；所述蒸发器10出口与吸收器12气相入口相连；所述吸收器12出口与溶液泵13入口相连；所述溶液泵13出口与溶液热交换器14低温侧入口相连；所述溶液热交换器14低温侧出口与发生器7入口相连；所述发生器7液相出口与溶液热交换器14高温侧入口相连；所述溶液热交换器14高温侧出口与减压阀15入口相连；所述减压阀15出口与吸收器12液相入口相连。本专利技术提供了一种双级CO2跨临界动力循环和吸收式热泵循环复叠的热电联产的方法，具体包括：1）高温动力循环：从压缩机流出的超临界CO2经分流后，一部分进入超临界加热器从高温烟气吸热，然后进入第一透平膨胀机膨胀做功，之后进入回热器向低温循环放热，然后与低温循环气体冷却器出口的工质混合，进入冷凝器冷却，最后经压缩机升压完成循环过程。工质依次流过1-2-3-4-5-1。2）低温动力循环：从压缩机流出的超临界CO2经分流后，一部分进入回热器从高温循环吸热，然后进入第二透平膨胀机膨胀做功，之后流入气体冷却器冷却降温，然后与高温循环从回热器出来的工质混合，进入冷凝器冷却，最后经压缩机升压完成循环过程。工质依次流过1-4-6-7-5-1。3）吸收式热泵循环：从吸收器流出的稀溶液经过溶液泵加压后流入溶液热交换器，被发生器流出的浓溶液加热，随后稀溶液流入发生器从动力循环高温乏汽吸热，被高温热源加热至汽液平衡状态，其中，浓溶液流经溶液热交换器向稀溶液放热，随后经过减压阀降压流入吸收器，气相制冷剂被分离出来进入冷凝器冷凝降温，这部分冷却热被供暖回路循环水带走，作为一个供热热源，冷凝后的制冷剂经过节流后流入蒸发器从动力循环低温乏汽吸热，随后制冷剂流入吸收器被浓溶液吸收，混合溶液变为稀溶液，吸收过程向供暖循环回路循环水放热，作为另一个供热热源。所述的高温动力循环以高温烟气为热源；所述的低温动力循环以高温动力循环的乏汽为热源；所述的吸收式热泵循环以低温动力循环的高温乏汽为驱动热源，所述的吸收式热泵循环以动力循环的低温乏汽为低温热源。本专利技术采用超临界CO2作为动力循环工质，可降低余热利用系统的体积和占地面积，同时提高了循环与烟气热源的换热匹配；采用两级循环方法，有效利用了高温循环放热过程的热量，将其部分转换为低温循环的输出功；引入吸收式热泵循环，将动力循环的较高温度乏汽作为热泵的驱动热源，低温乏汽作为热泵的低温热源，有效利用了动力循环放热过程的热量，提高了系统整体的能源利用效率。附图说明图1为本专利技术实施例的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。显然，所述实施方法仅为本专利技术的较佳实施方法之一，本专利技术不限于所公开的具体实施方法，凡是依据本专利技术的技术实质对以下实施例所作出的简单修改、变化，均属于本专利技术保护的范围。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的用于高温烟气余热回收的CO2循环热电联产系统的结构示意图。如图1所示，所述系统主要包括：压缩机1、超临界加热器2、第一透平膨胀机3、回热器4、冷凝器5、第二透平膨胀机6、高温气体冷却器7、第一发电机8、第二发电机9和低温气体冷却器10、节流阀11、吸收器12、溶液泵13、溶液热交换器14、减压阀15、冷凝器16，其中，所述动力循环的高温气体冷却器7为吸收式热泵的发生器，所述低温气体冷却器为吸收式热泵的蒸发器10。所述动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高温烟气余热回收的跨临界CO2动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统，其特征在于，系统包括动力循环子系统与吸收式热泵子系统，所述动力循环子系统主要部件包括：压缩机1、超临界加热器2、第一透平膨胀机3、回热器4、冷凝器5、第二透平膨胀机6、高温气体冷却器7、第一发电机8、第二发电机9和低温气体冷却器10；所述吸收式热泵子系统主要部件包括：节流阀11、吸收器12、溶液泵13、溶液热交换器14、减压阀15、冷凝器16，所述动力循环的高温气体冷却器7为吸收式热泵的发生器，所述低温气体冷却器为吸收式热泵的蒸发器10；所述动力循环子系统中，所述压缩机1出口分别与超临界加热器2入口和回热器4低温侧入口相连；所述超临界加热器2出口与第一透平膨胀机3入口相连；所述第一透平膨胀机3出口与回热器4高温侧入口相连；所述回热器4高温侧出口与冷凝器5入口相连；所述冷凝器5出口与压缩机1入口相连；回热器4低温侧出口与第二透平膨胀机6入口相连；所述第二透平膨胀机6出口与高温气体冷却器7入口相连；所述高温气体冷却器7出口与低温气体冷却器10入口相连；所述低温气体冷却器10出口与冷凝器5入口相连；所述吸收式热泵子系统中，所述发生器7气相出口与冷凝器16入口相连；所述冷凝器16出口与节流阀11入口相连；所述节流阀11出口与蒸发器10入口相连；所述蒸发器10出口与吸收器12气相入口相连；所述吸收器12出口与溶液泵13入口相连；所述溶液泵13出口与溶液热交换器14低温侧入口相连；所述溶液热交换器14低温侧出口与发生器7入口相连；所述发生器7液相出口与溶液热交换器14高温侧入口相连；所述溶液热交换器14高温侧出口与减压阀15入口相连；所述减压阀15出口与吸收器12液相入口相连。...

【技术特征摘要】
1.一种用于高温烟气余热回收的跨临界CO2动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统，其特征在于，系统包括动力循环子系统与吸收式热泵子系统，所述动力循环子系统主要部件包括：压缩机1、超临界加热器2、第一透平膨胀机3、回热器4、冷凝器5、第二透平膨胀机6、高温气体冷却器7、第一发电机8、第二发电机9和低温气体冷却器10；所述吸收式热泵子系统主要部件包括：节流阀11、吸收器12、溶液泵13、溶液热交换器14、减压阀15、冷凝器16，所述动力循环的高温气体冷却器7为吸收式热泵的发生器，所述低温气体冷却器为吸收式热泵的蒸发器10；所述动力循环子系统中，所述压缩机1出口分别与超临界加热器2入口和回热器4低温侧入口相连；所述超临界加热器2出口与第一透平膨胀机3入口相连；所述第一透平膨胀机3出口与回热器4高温侧入口相连；所述回热器4高温侧出口与冷凝器5入口相连；所述冷凝器5出口与压缩机1入口相连；回热器4低温侧出口与第二透平膨胀机6入口相连；所述第二透平膨胀机6出口与高温气体冷却器7入口相连；所述高温气体冷却器7出口与低温气体冷却器10入口相连；所述低温气体冷却器10出口与冷凝器5入口相连；所述吸收式热泵子系统中，所述发生器7气相出口与冷凝器16入口相连；所述冷凝器16出口与节流阀11入口相连；所述节流阀11出口与蒸发器10入口相连；所述蒸发器10出口与吸收器12气相入口相连；所述吸收器12出口与溶液泵13入口相连；所述溶液泵13出口与溶液热交换器14低温侧入口相连；所述溶液热交换器14低温侧出口与发生器7入口相连；所述发生器7液相出口与溶液热交换器14高温侧入口相连；所述溶液热交换器14高温侧出口与减压阀15入口相连；所述减压阀15出口与吸收器12液相入口相连。2.根据权利要求1所述的一种用于高温烟气余热回收的跨临界CO2动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统，其特征在于，所述动力循环采用CO2为工质的跨临界循环，所述循环的吸热过程处于超临界压力，吸热过程工质不发生相变，为变温吸热过程；循环的放热过程为亚临界压力，存在定温的相变冷凝过程；所述吸收式热泵系统采用二元混合工质对，进一步的，所述二元工质对可采用溴化锂-水。3.一种双级CO2跨临界动力循环和吸收式热泵循环复叠的热电联产的方法，其特征在于，所述循环包括高温动力循环、低温动力循环和吸收式热泵循环：1）高温动力循环：从...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成宇，刘永启，郑斌，高振强，杨彬彬，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37