一种用于低品位热源发电的复合热力循环系统技术方案

本实用新型专利技术是一种用于低品位热源发电的复合热力循环系统，尤其是用于温度低于100℃的变温热源。该复合热力循环系统包括吸收式热泵循环子系统和动力循环子系统。所述吸收式热泵循环子系统包括吸收器、发生器和冷凝器；所述动力循环子系统包括依次连接的所述冷凝器、冷凝工质管道、冷凝工质增压泵、第一冷凝工质预热器、所述吸收换热器、新蒸汽导入管道、蒸汽动力装置、排汽导出管道、排汽加热器、排汽导入管道和所述吸收器。本实用新型专利技术有机结合了吸收式热泵循环和水蒸汽动力循环，使水蒸汽动力循环中的蒸汽轮机或者螺杆膨胀机能够在正压下工作，提高了低温热源发电的效率、经济性、安全性、可靠性和易维修性。

A Composite Thermal Cycle System for Low-grade Heat Source Power Generation

The utility model relates to a composite thermodynamic cycle system for generating electricity from low-grade heat sources, in particular to a variable temperature heat source whose temperature is lower than 100 degrees Celsius. The composite thermodynamic cycle system includes absorption heat pump cycle subsystem and dynamic cycle subsystem. The absorption heat pump cycle subsystem comprises an absorber, a generator and a condenser; the power cycle subsystem comprises the condenser, a condensing working fluid pipeline, a condensing working fluid booster pump, a first condensing working fluid preheater, the absorption heat exchanger, a new steam inlet pipeline, a steam power device, an exhaust steam outlet pipeline, an exhaust steam heater, an exhaust steam inlet pipeline and a condenser connected in turn. The absorber. The utility model organically combines the absorption heat pump cycle and the steam power cycle, enables the steam turbine or screw expander in the steam power cycle to work under positive pressure, and improves the efficiency, economy, safety, reliability and maintainability of low-temperature heat source power generation.

【技术实现步骤摘要】
一种用于低品位热源发电的复合热力循环系统
本技术涉及热能工程
，特别涉及一种用于低品位热源发电的复合热力循环系统。
技术介绍
目前，在可再生能源与工业领域存在大量的低品位热能，包括低温地热、地热尾水、低温烟气、蒸汽冷凝水以及温度低于100℃的热水等，由于其利用技术难度大而尚未到有效利用。朗肯循环是一种常用的将热能转化为机械能或者电能的热力循环。其工作过程是，高温高压的新蒸汽导入汽轮机膨胀做功，膨胀做功后形成的低温低压的排汽从汽轮机的末级排出后进入凝汽器向冷却水释放冷凝热而形成冷凝工质，冷凝工质由冷凝工质增压泵送入锅炉等加热装置以吸收发电热源的热量而形成新蒸汽，从而完成一个热力循环。由于水具有热力性能好、廉价、不燃、无害无毒以及环境友好等突出优点，郎肯循环通常采用水作为工质。对于中、高品位的热源，水蒸汽郎肯循环的汽轮机包括中压缸和低压缸或者高压缸、中压缸和低压缸。而对于低品位热源，尤其是温度低于100℃的低品位变温热源，汽轮机只包括低压缸。此时，由于新蒸汽的压力低于大气压，使得汽轮机整体处于负压状态，从而无法避免空气透过蒸汽轮机的轴封渗入系统，导致腐蚀、传热热阻增大等问题的发生。再者，新蒸汽的比体积流量因为蒸汽压力低而变得巨大，使得汽轮机大型化且内效率降低，从而损害基于水蒸汽郎肯循环的低品位热源发电的经济性。为了解决上述水蒸汽郎肯循环存在的问题，人们提出了采用有机制冷剂作为工质的有机郎肯循环(ORC)，其已在低品位热源发电领域得到了广泛的工程应用。对于低品位热源，通过选用沸点匹配的有机工质，ORC的汽轮机实现了在正压下工作的目标。可是，由于汽轮机在正压下工作，有机工质经轴封泄漏的问题是不可避免的。此外，有机工质的热力性质远不如水，还往往具有易燃易爆炸、有毒有害、温室效应潜能(GWP)大、价格高等缺点，而ORC系统则存在安全性和维护性差以及难以小型化等问题。Kalina循环是另一个针对低品位热源的热力循环，其采用NH3的水溶液作为工质。对于低品位热源，Kalina循环的汽轮机也可在正压下工作。由于NH3的水溶液是可变浓度的，所以工质的蒸发温度与低品位变温热源的温度之间具有较好的匹配性，因而可降低循环的不可逆损失(即㶲损失)，从而提高发电效率。可是，由于汽轮机在正压下工作，作为有毒有害的大气污染气体NH3经轴封泄漏是不可避免的。此外，由于Kalina循环需要设置NH3的分馏塔，所以系统复杂、造价高且可靠性和安全性差，因而迄今还未有工程化应用。
技术实现思路
本技术的主要目的在于，提供一种用于低品位热源发电的复合热力循环系统，所要解决的技术问题是使其克服有机朗肯循环(ORC)、Kalina循环以及用于低品位热源发电的水蒸汽朗肯循环的缺点，提高了低温热源发电的效率、经济性、安全性、可靠性和易维修性。本技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本技术提出的一种用于低品位热源发电的复合热力循环系统，包括吸收式热泵循环子系统和动力循环子系统，其中所述吸收式热泵循环子系统包括吸收器、发生器和冷凝器，所述吸收器包括吸收喷淋装置和吸收换热器，所述发生器包括发生喷淋装置和发生换热器，所述冷凝器包括冷凝换热器，所述冷凝器和发生器通过工质蒸汽通道连通，所述发生器和吸收器之间通过第一溶液循环管道和第二溶液循环管道连通，所述第一溶液循环管道将吸收溶液由发生器输送至吸收器，所述第二溶液循环管道将吸收溶液由吸收器经节流阀输送至发生器，所述第一溶液循环管道和第二溶液循环管道上设有溶液换热器；所述动力循环子系统包括依次连接的所述冷凝器、冷凝工质管道、冷凝工质增压泵、所述吸收换热器、新蒸汽导入管道、蒸汽动力装置、排汽导出管道、排汽加热器、排汽导入管道以及所述吸收器；所述冷凝工质管道与所述吸收换热器的下部接口连接，所述新蒸汽导入管道与所述吸收换热器的上部接口连接以形成吸收溶液与冷凝工质的逆流换热，低品位热源流体导入管道与所述发生换热器的下部接口连接，低品位热源流体导出管道与所述发生换热器的上部接口连接以形成低温热源流体与吸收溶液的逆流换热，冷却水管道与所述凝换热器连接；所述蒸汽动力装置输出压力高于大气压、干度小于1.0的排汽，并导入所述排汽加热器加热，排汽的干度提高至1.0之后作为工质蒸汽导入所述吸收器由吸收溶液吸收，并释放出温度提升了的吸收热；冷凝工质经所述增压泵增压后导入所述吸收换热器逆流吸收所述吸收器释放的吸收热而蒸发并过热，过热蒸汽作为新蒸汽经所述新蒸汽导入管道输入所述蒸汽动力装置膨胀做功；所述发生器中的浓吸收溶液经溶液循环泵和所述溶液换热器，通过所述吸收喷淋装置在所述吸收换热器的上方喷淋，吸收所述排汽而被稀释形成稀吸收溶液并释放出所述吸收热，稀吸收溶液经所述排汽加热器、溶液换热器以及节流阀，通过所述发生喷淋装置在所述发生换热器的上方喷淋，所述低品位热源流体通过所述发生换热器逆流加热所述稀吸收溶液而产生工质蒸汽和浓吸收溶液，工质蒸汽进入所述冷凝器被冷却水冷凝成冷凝工质。本技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的复合热力循环系统，其中所述的动力循环子系统还包括第一冷凝工质预热器，其冷流体侧入口连接所述冷凝工质增压泵的出口，冷流体侧出口连接所述吸收换热器的入口，其热流体侧入口连接所述溶液换热器的稀溶液出口，其热流体侧出口连接所述节流阀入口。优选的，前述的复合热力循环系统，其中所述的动力循环子系统还包括第二冷凝工质预热器，其冷流体侧入口连接所述冷凝工质增压泵的出口，冷流体侧出口连接所述第一冷凝工质预热器的冷流体侧入口，其热流体侧入口连接所述发生换热器的热源流体出口，热流体侧出口连接热源流体回水管道。优选的，前述的复合热力循环系统，其中所述的吸收器中设置有垂直排列的两个或两个以上的吸收换热器，一端与一个吸收换热器入口连接的每一个冷凝工质管道上设有一个流量调节阀，一端与一个吸收换热器出口连接的每一个新蒸汽导入管道的另一端连接有一个蒸汽动力装置；通过所述流量调节阀调节导入每一个吸收换热器的冷凝工质流量，使每一个吸收换热器输出过热的新蒸汽，位于上方的吸收换热器输出的新蒸汽的压力和温度高于位于下方的吸收换热器输出的新蒸汽。优选的，前述的复合热力循环系统，其中所述的发生换热器为逆流换热器，所述逆流换热器包括分水器、集水器以及换热段，所述集水器安装在分水器的上方。优选的，前述的复合热力循环系统，其中所述的冷凝器与发生器横向设置，冷凝器包括管壳式换热器，所述管壳式换热器的壳程经工质蒸汽通道与所述发生器连通，管壳式换热器的换热管上端板的上方设有冷却水喷淋装置，管壳式换热器的换热管下端板的下方设有冷却水承接室，冷却水承接室通过冷却水外部管道与所述冷却水喷淋装置连接，所述冷却水连接管道上设有冷却水循环泵，冷却水沿所述换热管的内壁向下流动；所述冷却水喷淋装置上方还设有引风机，空气从所述管壳式换热器和冷却水承接室之间的开口处进入所述换热管，在换热管中与冷却水进行热质交换，形成的湿空气从管壳式换热器的换热管上端板的上方排出；来自所述发生器的工质蒸汽通过换热管与冷却水换热，工质蒸汽在换热管外壁冷凝为冷凝工质，形成的冷凝工质汇集于所述管壳式换热器壳程的换热管下端板上方。优选的，前述的复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于低品位热源发电的复合热力循环系统，其特征在于，包括吸收式热泵循环子系统和动力循环子系统，其中所述吸收式热泵循环子系统包括吸收器、发生器和冷凝器，所述吸收器包括吸收喷淋装置和吸收换热器，所述发生器包括发生喷淋装置和发生换热器，所述冷凝器包括冷凝换热器，所述冷凝器和发生器通过工质蒸汽通道连通，所述发生器和吸收器之间通过第一溶液循环管道和第二溶液循环管道连通，所述第一溶液循环管道将吸收溶液由发生器输送至吸收器，所述第二溶液循环管道将吸收溶液由吸收器经节流阀输送至发生器，所述第一溶液循环管道和第二溶液循环管道上设有溶液换热器；所述动力循环子系统包括依次连接的所述冷凝器、冷凝工质管道、冷凝工质增压泵、所述吸收换热器、新蒸汽导入管道、蒸汽动力装置、排汽导出管道、排汽加热器、排汽导入管道以及所述吸收器；所述冷凝工质管道与所述吸收换热器的下部接口连接，所述新蒸汽导入管道与所述吸收换热器的上部接口连接以形成吸收溶液与冷凝工质的逆流换热，低品位热源流体导入管道与所述发生换热器的下部接口连接，低品位热源流体导出管道与所述发生换热器的上部接口连接以形成低温热源流体与吸收溶液的逆流换热，冷却水管道与所述冷凝换热器连接；所述蒸汽动力装置输出压力高于大气压的排汽，并导入所述排汽加热器加热之后作为工质蒸汽导入所述吸收器由吸收溶液吸收，并释放出温度提升了的吸收热；冷凝工质经所述增压泵增压后导入所述吸收换热器逆流吸收所述吸收器释放的吸收热而蒸发，蒸汽作为新蒸汽经所述新蒸汽导入管道输入所述蒸汽动力装置膨胀做功；所述发生器中的浓吸收溶液经溶液循环泵和所述溶液换热器，通过所述吸收喷淋装置在所述吸收换热器的上方喷淋，吸收所述排汽而被稀释形成稀吸收溶液并释放出所述吸收热，稀吸收溶液经所述排汽加热器、溶液换热器以及节流阀，通过所述发生喷淋装置在所述发生换热器的上方喷淋，所述低品位热源流体通过所述发生换热器逆流加热所述稀吸收溶液而产生工质蒸汽和浓吸收溶液，工质蒸汽进入所述冷凝器被冷却水冷凝成冷凝工质。...

【技术特征摘要】
1.一种用于低品位热源发电的复合热力循环系统，其特征在于，包括吸收式热泵循环子系统和动力循环子系统，其中所述吸收式热泵循环子系统包括吸收器、发生器和冷凝器，所述吸收器包括吸收喷淋装置和吸收换热器，所述发生器包括发生喷淋装置和发生换热器，所述冷凝器包括冷凝换热器，所述冷凝器和发生器通过工质蒸汽通道连通，所述发生器和吸收器之间通过第一溶液循环管道和第二溶液循环管道连通，所述第一溶液循环管道将吸收溶液由发生器输送至吸收器，所述第二溶液循环管道将吸收溶液由吸收器经节流阀输送至发生器，所述第一溶液循环管道和第二溶液循环管道上设有溶液换热器；所述动力循环子系统包括依次连接的所述冷凝器、冷凝工质管道、冷凝工质增压泵、所述吸收换热器、新蒸汽导入管道、蒸汽动力装置、排汽导出管道、排汽加热器、排汽导入管道以及所述吸收器；所述冷凝工质管道与所述吸收换热器的下部接口连接，所述新蒸汽导入管道与所述吸收换热器的上部接口连接以形成吸收溶液与冷凝工质的逆流换热，低品位热源流体导入管道与所述发生换热器的下部接口连接，低品位热源流体导出管道与所述发生换热器的上部接口连接以形成低温热源流体与吸收溶液的逆流换热，冷却水管道与所述冷凝换热器连接；所述蒸汽动力装置输出压力高于大气压的排汽，并导入所述排汽加热器加热之后作为工质蒸汽导入所述吸收器由吸收溶液吸收，并释放出温度提升了的吸收热；冷凝工质经所述增压泵增压后导入所述吸收换热器逆流吸收所述吸收器释放的吸收热而蒸发，蒸汽作为新蒸汽经所述新蒸汽导入管道输入所述蒸汽动力装置膨胀做功；所述发生器中的浓吸收溶液经溶液循环泵和所述溶液换热器，通过所述吸收喷淋装置在所述吸收换热器的上方喷淋，吸收所述排汽而被稀释形成稀吸收溶液并释放出所述吸收热，稀吸收溶液经所述排汽加热器、溶液换热器以及节流阀，通过所述发生喷淋装置在所述发生换热器的上方喷淋，所述低品位热源流体通过所述发生换热器逆流加热所述稀吸收溶液而产生工质蒸汽和浓吸收溶液，工质蒸汽进入所述冷凝器被冷却水冷凝成冷凝工质。2.根据权利要求1所述的复合热力循环系统，其特征在于，所述动力循环子系统还包括第一冷凝工质预热器，其冷流体侧入口连接所述冷凝工质增压泵的出口，冷流体侧出口连接所述吸收换热器的入口，其热流体侧入口连接所述溶液换热器的稀溶液出口，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏庆泉，张培昆，
申请(专利权)人：北京科技大学，北京联力源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11