[发明专利]基于超临界有机朗肯循环的冷电联产复合系统

说明书

技术领域

本发明的名称是基于超临界有机朗肯循环的冷电联产复合系统，属工业节能技术领域。

背景技术

随着能源形势的日益紧张，如何深度利用工业生产中蕴含的大量低品位余热能成为“十二五”节能减排的关键措施之一。工业锅炉广泛存在于化工、水泥、玻璃、钢铁等行业，具有数量多、耗能大、效率低等特点。能源利用率较低的主要原因是排烟温度过高，实际生产中的工业锅炉排烟温度通常比设计排烟温度高出50℃以上，大量余热被白白浪费。排烟热损失的大小直接受排烟温度的影响，通常来说排烟温度每升高15~20℃，排烟热损失就增加1％，即锅炉热效率降低1％。因此，工业锅炉排烟过高造成了能源浪费和环境热污染。同时，其他工业过程也普遍存在大量的烟气余热。以沸点较高的水作为循环工质的传统朗肯循环在利用该温度区间的余热时存在设备复杂、热效率低、操作维护复杂等缺点。以低沸点有机物作为循环工质的有机朗肯循环（ORC）可以较好地利用这些余热，且具有循环系统结构简单、运行方便和热效率高等优点。同时，由于很多生产工艺和厂区生活中均有冷量的需求，目前通常采用消耗用化石燃料发电、经过变压传输等环节将电力输送给用户进而驱动蒸汽压缩制冷循环，经过多次能量转化降低了能源利用率。随着转换环节的增加，能源转换链条的拉长，其能源损失将呈几何级增加，并大大增加整个系统的运作成本和不稳定性。因此采用低品位余热制冷成为关注的重点。而采用工业锅炉排烟余热驱动冷电联产则是一种理想的低品位余热利用手段。

基于以上现状和思想，提出把超临界有机朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环进行有效耦合的复合系统，即基于超临界有机朗肯循环的冷电联产复合系统。

发明内容

本发明旨在提出一种基于超临界有机朗肯循环的新型冷电联产复合系统。本复合系统包括回收低品位余热驱动膨胀机对外输出机械能或电能的超临界有机朗肯循环子系统和用膨胀机输出功生产冷量的蒸汽压缩制冷循环子系统。该复合系统一方面可以回收低温工业烟气余热，另一方面可以根据冷量需求对外实现冷电联产，减少了余热发电及耗电制冷之间能量转换造成的能量损失。

本发明通过以下技术方案实现：

主要由吸热器（B）、膨胀机（C）、发电机（D）、冷凝器（E）、储液罐（F）、工质泵（G）、节流阀（H）、蒸发器（I）、压缩机（J）、回热器（K）、电磁阀、连接管道以及监测设备等组成基于超临界有机朗肯循环冷电联产复合系统。其特征在于：所述复合系统以低沸点有机物作为循环工质，低温工业烟气（170~230℃）在有机朗肯循环子系统吸热器（B）内加热经工质泵（G）升压的有机工质。超临界状态有机工质推动膨胀机（C）作功，乏汽由冷凝器（E）冷却至饱和液态并回流至储液罐（F）进入下一个循环过程。压缩制冷循环子系统的压缩机（J）由膨胀机（C）驱动工作。节流后的低压循环工质在蒸发器（I）内吸收冷媒水热量，实现对外冷量输出。

在回热器（K）内，将膨胀后的有机工质乏汽余热用于加热过冷液态工质。压缩机（J）与膨胀机（C）和发电机（D）同轴连接，根据不同冷量需求可以灵活调节压缩机和发电机功耗，实现冷电联产。超临界有机朗肯循环子系统和蒸汽压缩制冷循环子系统共用一种有机工质和一个冷凝器（E），实现循环工质的同步冷却。储液罐（F）和分液电磁阀（f, g）用于缓冲工质流速和灵活分配工质流量。

超临界有机朗肯循环子系统内工质泵（G）加压饱和液态有机工质，使其在吸热器（B）内处于超临界压力，吸热升温过程与烟气放热降温曲线良好匹配。