一种低温热流体的分级串联冷却系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种低温热流体的分级串联冷却系统，系统包括串联布置的两级冷却单元，第一级冷却单元为发电冷却单元，第二级冷却单元为常规冷却单元；入口温度为Tin的热流体首先进入发电冷却单元，被冷却至一个合适的中间温度Tm；发电冷却单元冷却至中间温度为Tm的热流体再进入常规冷却单元，被最终冷却至目标出口温度Tout。本实用新型专利技术的优点：(1)提高了发电冷却单元的热流体出口温度，这将提高发电冷却单元的净发电效率，并降低发电冷却单元的初投资，有效提高了发电冷却的技术经济性；(2)发电冷却单元的净发电量通常大于常规冷却单元的耗电量，在对热流体的冷却过程中不消耗电能，产生发电收益，具有良好的节能环保效果。

【技术实现步骤摘要】
一种低温热流体的分级串联冷却系统
本技术涉及低温热流体冷却
，特别涉及一种低温热流体的分级串联冷却系统。
技术介绍
在煤化工、石化等行业，有许多生产工艺过程都需要对温度范围为60～300℃的低温工艺热流体进行冷却处理，冷却到工艺要求的目标温度。常用的工业级大容量冷却方式有空冷、水冷、蒸发式冷却以及这些方式的复合冷却,此类冷却方式都属于耗能型的常规冷却方式。水冷系统的初始投资较小，但运行时需要消耗大量的电能和水资源，能耗和环境压力巨大；空冷系统在缺水区域被广泛使用，初投资较水冷系统高，虽然不消耗水资源，但运行电耗较水冷系统更大，同时最低冷却温度受到环境温度的限制，可能出现不能满足较低的冷却目标温度要求的情况。蒸发式冷却及复合式冷却方式，耗电、耗水量介于空冷和水冷之间。常规冷却方式的高能耗和造成的环境污染，使其生命周期的费用消耗巨大。低温余热发电是一种利用热功转换原理将一部分低温流体的热量转换为电能的技术，在获得发电的同时，实现了工艺热流体的降温冷却。低温余热发电对工艺热流体进行降温冷却，减少了对环境的热污染，具有良好的节能环保效果。但是，对这种附带冷却效果的低温余热发电方式的技术经济性起决定作用的关键指标----净发电效率，却随着冷却目标温度的降低而迅速降低。例如80℃的热水，当冷却至60℃时净发电效率约为6％，当冷却至40℃时净发电效率约为2％，当冷却至30℃时所发电能甚至小于机组设备自耗电能。对工艺冷却目标温度的敏感性，限制了发电冷却方式这种产能型冷却方式的应用范围。
技术实现思路
本技术的目的是针对目前工业低温热流体耗能型常规冷却方式和附带冷却效果的低温余热发电方式存在的不足，提供一种低温热流体的分级串联冷却系统，以实现冷却系统节水、节能、环保和良好经济性的目标。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低温热流体的分级串联冷却系统，所述系统包括串联布置的两级冷却单元，其中第一级冷却单元为发电冷却单元，第二级冷却单元为常规冷却单元；入口温度为Tin的热流体首先进入发电冷却单元，被冷却至一个合适的中间温度Tm；发电冷却单元冷却至中间温度为Tm的热流体再进入常规冷却单元，被最终冷却至目标出口温度Tout。作为优选方式，本技术还包括控制单元，控制单元分别与发电冷却单元和常规冷却单元相连，控制单元用于控制各冷却单元所承担的冷却量。作为优选方式，所述的发电冷却单元包括直接膨胀发电装置或有机朗肯循环发电装置或直接膨胀、有机朗肯循环串联发电装置。作为优选方式，本技术还包括电网，发电冷却单元与电网相连，发电冷却单元产生的电能可以为常规冷却单元提供电能，也可以输送至电网。作为优选方式，所述的常规冷却单元包括动力装置和常规冷却装置，动力装置分别与电网、发电装置(或发电冷却单元)和常规冷却装置相连。作为优选方式，所述的常规冷却装置包括风冷装置、水冷装置、蒸发冷装置，以及至少两种上述冷却方式的复合冷却装置。作为优选方式，本技术还包括中间换热器，中间换热器位于串联布置的两级冷却单元上游，工艺热流体与换热介质在中间换热器中换热，实现工艺热流体的间接冷却。本技术的有益效果是结合了发电冷却方式和常规冷却方式的优点：(1)与发电冷却方式相比：提高了发电冷却单元的热流体出口温度，将其从目标温度tout提高至中间温度tm，这将提高发电冷却单元的净发电效率，并降低发电冷却单元的初投资，有效提高了发电冷却的技术经济性，大大拓展了发电冷却的应用范围；(2)与常规冷却方式相比：所述分级串联冷却系统发电冷却单元的净发电量通常大于常规冷却单元的耗电量，因此在对热流体的冷却过程中不消耗电能，反而产生发电收益，具有良好的节能环保效果。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为发电冷却单元为直接膨胀发电装置时的结构示意图；图3为发电冷却单元为有机朗肯循环发电装置时的结构示意图；图4为发电冷却单元为直接膨胀、有机朗肯循环串联发电装置时的结构示意图；图5为本技术设置中间换热器后的结构示意图；图中，1、发电冷却单元，2、常规冷却单元，3、入口温度为Tin的热流体，4、中间温度为Tm的热流体，5、目标出口温度为Tout的热流体，6、发电装置，6.1、第一发电装置，6.2、第二发电装置，7、动力装置，8、冷却介质，9、电网，10、膨胀机，11、冷凝器，12、有机工质泵，13、蒸发器，14、有机工质，15、控制单元，16、热流体入口温度信号Tin，17、热流体目标出口温度信号Tout，18、气象参数信号Tenv，19、热流体中间温度优化设定值信号Topt，20、常规冷却装置，21、中间换热器，22、工艺热流体，23、换热介质，23.1、入口温度为Tin的换热介质，23.2、中间温度为Tm的换热介质，23.3、目标出口温度为Tout的换热介质。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本技术的技术方案，但本技术的保护范围不局限于以下所述。实施例一：如图1～图5所示，一种低温热流体的分级串联冷却系统，所述系统包括串联布置的两级冷却单元，其中第一级冷却单元为发电冷却单元1，第二级冷却单元为常规冷却单元2；入口温度为Tin的热流体3首先进入发电冷却单元1，被冷却至一个合适的中间温度Tm；发电冷却单元1冷却至中间温度为Tm的热流体4再进入常规冷却单元2，被最终冷却至目标出口温度Tout，即目标出口温度为Tout的热流体5。优选地，所述的常规冷却单元2包括动力装置7(泵、风机等)和常规冷却装置20：风冷装置、水冷装置、蒸发冷装置，以及至少两种上述冷却方式的复合冷却装置，本技术用到的冷却介质8包括水、空气等。优选地，所述的发电冷却单元1包括直接膨胀发电装置或有机朗肯循环发电装置或直接膨胀、有机朗肯循环串联发电装置。如图2所示，发电冷却单元1由直接膨胀发电装置发电时，发电冷却单元1包括发电装置6和膨胀机10，膨胀机10与发电装置6连接，发电装置6分别与电网9、动力装置7连接；动力装置7连接常规冷却装置20；如图3所示，发电冷却单元1由有机朗肯循环发电装置发电时，发电冷却单元1包括蒸发器13、有机工质泵12、膨胀机10、冷凝器11和发电装置6，膨胀机10分别连接发电装置6、冷凝器11和蒸发器13，冷凝器11与蒸发器13之间设置有机工质泵12(流过有机工质泵12的为有机工质14)，发电装置6分别与电网9、动力装置7连接；动力装置7连接常规冷却装置20；如图4所示，发电冷却单元1由直接膨胀、有机朗肯循环串联发电装置发电时，发电冷却单元1包括第一膨胀机10.1、第二膨胀机10.2、第一发电装置6.1、第二发电装置6.2、蒸发器13、有机工质泵12和冷凝器11，第一膨胀机10.1分别连接第一发电装置6.1和蒸发器13，第二膨胀机10.2分别连接第二发电装置6.2、蒸发器13和冷凝器11，冷凝器11通过有机工质泵12(流过有机工质泵12的为有机工质14)连接蒸发器13，第一发电装置6.1分别与电网9、动力装置7连接；第二发电装置6.2分别与电网9、动力装置7连接；动力装置7连接常规冷却装置20；优选地，发电冷却单元1产生的电能可以为常规冷却单元2提供电能，也可以输送至电网9。实施例二：在实施例一的基础上，本技术还包括控制单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温热流体的分级串联冷却系统，其特征在于：所述系统包括串联布置的两级冷却单元，其中第一级冷却单元为发电冷却单元，第二级冷却单元为常规冷却单元；所述的发电冷却单元包括直接膨胀发电装置或有机朗肯循环发电装置或直接膨胀、有机朗肯循环串联发电装置；所述的常规冷却单元包括动力装置和常规冷却装置；所述的常规冷却装置包括风冷装置、水冷装置、蒸发冷装置，以及至少两种上述冷却方式的复合冷却装置；它还包括控制单元，控制单元分别与发电冷却单元和常规冷却单元相连，控制单元用于控制各冷却单元所承担的冷却量。

【技术特征摘要】
1.一种低温热流体的分级串联冷却系统，其特征在于：所述系统包括串联布置的两级冷却单元，其中第一级冷却单元为发电冷却单元，第二级冷却单元为常规冷却单元；所述的发电冷却单元包括直接膨胀发电装置或有机朗肯循环发电装置或直接膨胀、有机朗肯循环串联发电装置；所述的常规冷却单元包括动力装置和常规冷却装置；所述的常规冷却装置包括风冷装置、水冷装置、蒸发冷装置，以及至少两种上述冷却方式的复合冷却装置；它还包括控制单...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷悦，徐峰，
申请(专利权)人：四川开山新玛能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51