[发明专利]一种热能梯级利用的冷热电联产系统

说明书

技术领域

本发明属于能源技术领域，涉及热电系统，特别是一种高效热能梯级利用的冷热电联产系统。

背景技术

随着社会的发展、经济的繁荣以及人口的增长，能源的需求量持续增长。无论是自然界、还是人类的生产生活中，都存在很多能源利用不充分的现象。若只有一部分作为热利用，大部分热能排放、闲置，不但浪费热能，还对环境造成热污染。因而在开辟新能源的同时，也更加重视提高现有能源的利用率。寻找一种高效、环保并且切实可行的技术，具有重要的现实意义。

传统的朗肯循环采用水蒸气，当热源温度低于370℃时，采用蒸汽朗肯循环是不经济的。而采用低沸点的有机物工质流体代替水蒸气，实现有机朗肯循环，可以工作在更为适宜的压力下，对系统的密封性要求降低，减小投资成本。将有机朗肯循环与蒸汽朗肯循环通过中间换热器耦合，可以实现能量的梯级利用，增加发电量和供热量。有机朗肯循环能广泛地与各种低温热源匹配，组成动力系统，适用性强。

吸收式制冷对热源的要求低，耗电少，如今得到越来越广泛的应用。将蒸汽朗肯循环中的乏汽或抽汽作为吸收式制冷机发生器的热源，可以驱动制冷，在冷凝器侧产生的热量可以为辐射式空调末端提供热水等用途，在蒸发器侧可以生产冷冻水用于供冷。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效热能梯级利用的冷热电联供系统。

发明内容

本发明提供一种高效的热能梯级利用的冷热电联供系统，基于高压侧蒸汽朗肯循环-低压侧有机朗肯循环和吸收式制冷循环的复合装置，通过阀门切换合理分配能量，并通过回热设计减小工质在中间换热器的传热温差，减少不可逆损失。冷热电三联供，系统结构紧凑，运行可靠。

通过有机朗肯循环和吸收式制冷循环并联运行，二次利用蒸汽朗肯循环膨胀机的乏汽或抽汽，从而使原本只能被抛弃的中低品位热能再次得到利用，对于节能减排，减少温室气体排放和大气污染物排放具有重要意义，是解决能源和环境问题的一个重要途径。

本发明是通过以下技术方案实现的：提供了一种高效热能梯级利用的冷热电联供系统包括蒸汽朗肯循环发电子系统、有机朗肯循环热电联产子系统和吸收式制冷循环供冷供热子系统三部分。连接方式为：蒸汽朗肯循环发电子系统位于整个复合系统的高压侧，从第一膨胀机(2)出来的乏汽或抽汽分为两路，分别作为有机朗肯循环子系统蒸发器(3)侧和吸收式制冷循环子系统发生器(15)侧的热源，然后回到锅炉(1)中。有机朗肯循环热电联供子系统和吸收式制冷循环冷热联供子系统并联在蒸汽朗肯循环发电子系统的低压侧。

所述的蒸汽朗肯循环利用高温热能，第一膨胀机(2)与第一发电机(12)通过联轴器进行连接。有机朗肯循环利用蒸汽朗肯循环膨胀机出口的乏汽或抽汽的热能，第二膨胀机(6)与第二发电机(13)通过联轴器进行连接，并通过第一热用户(7)实现供热。吸收式制冷循环利用蒸汽朗肯循环膨胀机出口的乏汽或抽汽的热能作为发生器(15)的热源，制冷工质在第二热用户(16)内放热可用于冬季供给辐射末端空调用水或在夏季提取用作生活热水等，在蒸发器(18)内制取冷冻水用于空调或用作其他需冷场合。系统还可根据用户需要通过阀门控制实现热电联产或冷热电三联供，灵活实用、运行可靠、功能全面、节能环保。

根据本发明的另一个方面提供了一种冷热电联产系统，包括至少两套发电设备：一套在蒸汽朗肯循环回路子系统中，由前述锅炉(1)加热产生的过热蒸汽送入前述第一膨胀机(2)，带动前述第一发电机(12)发电；另一套在有机朗肯循环回路子系统中；其中，有机朗肯循环回路子系统进一步包括第二膨胀机(6)及第二发电机(13)；第二膨胀机(6)带动第二发电机(13)发电，经由前述中间换热器(3)将蒸汽朗肯循环产生的余热转化为电能。

根据本发明的又一个方面提供了一种冷热电联产系统，包括至少两套发电设备：一套在蒸汽朗肯循环回路子系统中，由前述锅炉(1)加热产生的过热蒸汽送入前述第一膨胀机(2)，带动前述第一发电机(12)发电；另一套在有机朗肯循环回路子系统中；其中，有机朗肯循环回路子系统进一步包括第二膨胀机(6)及第二发电机(13)；第二膨胀机(6)带动第二发电机(13)发电，经由前述中间换热器(3)将蒸汽朗肯循环产生的余热转化为电能。所述的第一膨胀机是涡旋式、螺杆式、或涡轮式蒸汽膨胀机，或者是汽轮机；所述的第二膨胀机是有机工质膨胀机。