一種基于雙壓有機朗肯循環的冷熱電聯供系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種冷熱電聯供系統，特別涉及一種利用低溫熱源或工業余熱來同時生產冷熱電的系統，屬于低溫回收與動力技術領域。
【背景技術】
[0002]低品位熱能一般是指溫度低于230°C的低溫熱源，這些熱能種類繁多，包括太陽能、地熱能等新能源及各種余(廢)熱等。低品位熱能的數量極其龐大，在鋼鐵、水泥、石油化工等行業生產過程中產生大量的低溫余熱，包括熱水、低品位煙氣和蒸汽等，這些低溫余熱約占工業余熱總量的50%。。然而低品位熱能由于溫度較低，基本不能被生產過程再利用。回收和利用這部分能源，既可減少能源的消耗，又可減少對環境的熱污染，達到節能減排的效果。
[0003]有機朗肯循環可將低品位熱能轉化為電能，然而由于低品位熱能的溫度較低，導致有機朗肯循環的熱功轉化效率偏低，這限制了有機朗肯循環發電技術在低溫熱源中的推廣應用。因此，國內外對該技術進行了大量的研究，主要體現在:工質的選擇；膨脹機的優化設計與循環熱力參數的優化；循環方式的改進，如采用雙壓循環代替單壓循環，以提高系統的輸出功率。對于低品位熱能的回收利用，如何提高有機朗肯循環的整體性能是該技術能否推廣應用的關鍵所在。
[0004]蒸汽壓縮制冷是一種最常用的制冷方式，具有高效節能、結構簡單、可靠性高等優點。然而該系統需要消耗高品位的電能，且在冷凝過程中向環境排放大量的冷凝廢熱，不僅造成能源浪費，還會給周邊地區造成嚴重的熱島效應。
[0005]為此，將雙壓有機朗肯循環發電系統與蒸汽壓縮制冷系統相結合，利用低品位熱能驅動雙壓有機朗肯循環中的兩個膨脹機。其中，高壓膨脹機帶動制冷系統的壓縮機，而低壓膨脹機帶動發電機。同時，利用低溫回熱器回收制冷系統中的冷凝熱，用于預熱發電系統中的工質。此外，高溫回熱器進一步回收低溫熱源中的能量，提高低品位熱能的整體利用效率。
【發明內容】
[0006]本發明提出了一種基于雙壓有機朗肯循環的冷熱電聯供系統，系統采用雙壓有機朗肯循環與蒸汽壓縮制冷循環耦合的方式，實現了低品位熱能的高效利用，并能調節系統冷熱電的輸出比例。
[0007]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現:
一種基于雙壓有機朗肯循環的冷熱電聯供系統，該系統包括低壓工質栗，低溫回熱器，高壓工質栗，高溫蒸發器，高壓膨脹機，低壓膨脹機，第一冷凝器，低溫蒸發器，高溫回熱器，發電機，壓縮機，第二冷凝器，節流閥，制冷蒸發器，傳動裝置。
[0008]本系統包括雙壓有機朗肯循環與蒸汽壓縮制冷循環。雙壓有機朗肯循環中，所述低壓工質栗出口與所述低溫回熱器冷流體入口相連，所述低溫回熱器冷流體出口分別與所述高壓工質栗入口、所述低溫蒸發器入口相連，所述高壓工質栗出口依次連接所述高溫蒸發器、所述高壓膨脹機，所述高壓膨脹機出口與所述低溫蒸發器出口相連，所述低溫蒸發器出口與所述低壓膨脹機入口相連，所述低壓膨脹機出口與所述第一冷凝器入口相連，所述第一冷凝器出口與所述低壓工質栗入口連接。
[0009]蒸汽壓縮制冷循環中，所述壓縮機出口與所述低溫回熱器熱流體入口相連，所述低溫回熱器熱流體出口與所述第二冷凝器入口相連，所述第二冷凝器出口與依次連接所述節流閥、所述制冷蒸發器，所述制冷蒸發器出口與所述壓縮機入口連接。
[0010]所述高壓膨脹機通過所述傳動裝置與所述壓縮機連接；所述低壓膨脹機與所述發電機同軸連接；低品位熱能依次流經所述高溫蒸發器、所述低溫蒸發器、所述高溫回熱器，最后直接排向環境；冷卻水依次流經所述第一冷凝器、所述高溫回熱器，最終供給用戶。
[0011]本系統采用兩個余熱回收器，所述高溫回熱器用于低品位熱能的進一步回收，以降低余熱的排放溫度，并為用戶提供生活熱水；所述低溫回熱器利用所述壓縮機出口處工質的熱量，預熱有機朗肯循環中的工質，提高系統的整體效率。
[0012]本系統采用兩個膨脹機，它們在不同壓力下工作。所述高壓膨脹機用于直接驅動所述的壓縮機，使制冷工質在所述制冷蒸發器中蒸發吸熱，獲得冷能；所述低壓膨脹機用于將回收的能量以電能形式輸出。通過改變所述高壓膨脹機與所述低壓膨脹機的工作壓力與工質流量，可調整系統冷熱電的輸出比例。
[0013]雙壓有機朗肯循環采用非共沸混合工質，進一步增加循環的發電量，同時降低傳熱過程中的不可逆損失；蒸汽制冷循環采用低沸點的純工質，且工質具有良好的環保特性；該系統兩個循環的運行壓力都低于工質的臨界壓力，為亞臨界循環。
[0014]本發明將雙壓有機朗肯循環與蒸汽壓縮制冷循環有機結合，可實現低品位熱能驅動制冷、發電以及供熱的功能。同時，系統通過安裝低溫回熱器與高溫回熱器，回收了制冷循環中的部分冷凝熱以及低溫余熱中的有效熱量，減少了能源的浪費。系統具有結構簡單、熱回收效率高的優點。
[0015]本發明的有益效果是:
本發明中，雙壓有機朗肯循環中的高壓膨脹機驅動制冷循環中的壓縮機，提供了冷能；低壓膨脹機帶動發電機，輸出了電能。系統以低溫熱能為動力，將低品位熱能轉換為冷能與尚品位電能。
[0016]本發明中，利用高溫回熱器進一步回收低溫熱能中熱量，向外界提供了生活熱水。同時，通過低溫回熱器回收了制冷過程中的部分冷凝熱，預熱有機朗肯循環中的工質，使低品位熱能得到最大限度的利用。
[0017]本發明中，采用非共沸混合工質作為雙壓有機朗肯循環的工作流體。由于非共沸工質在蒸發與冷凝過程中存在溫度滑移現象，降低了工質換熱過程中的不可逆損失，使得工質與熱源間的匹配性更好，從而提高了系統效率。
[0018]
【附圖說明】
[0019]附圖是本發明提供的聯合循環冷熱電聯供系統的結構示意圖。
[0020]圖中:1_低壓工質栗；2_低溫回熱器；3_高壓工質栗；4_高溫蒸發器；5_高壓膨脹機；6_低壓膨脹機；7_第一冷凝器；8_低溫蒸發器；9_高溫回熱器；10_發電機；11_壓縮機；12_第二冷凝器；13_節流閥；14_制冷蒸發器；15_傳動裝置。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]如附圖所示，本發明展示了一種基于雙壓有機朗肯循環的冷熱電聯供系統，該系統主要由雙壓有機朗肯循環與蒸汽壓縮制冷循環組成聯合循環，由低品位熱能推動高壓膨脹機，高壓膨脹機通過傳動裝置驅動制冷循環的壓縮機，向外界提供冷能；低壓膨脹機驅動發電機，向外界輸出電能；低品位熱能在高溫回熱器中釋放熱量后，將水加熱成生活用水，供給用戶。該系統包括的主要部件有:低壓工質栗1、低溫回熱器2、高壓工質栗3、高溫蒸發器4、高壓膨脹機5、低壓膨脹機6、第一冷凝器7、低溫蒸發器8、高溫回熱器9、發電機10、壓縮機11、第二冷凝器12、節流閥13、制冷蒸發器14、傳動裝置15。
[0023]雙壓有機朗肯循環中，所述低壓工質栗I出口與所述低溫回熱器2冷流體入口相連，所述低溫回熱器2冷流體出口分別與所述高壓工質栗3入口、所述低溫蒸發器8入口相連，所述高壓工質栗3出口依次連接所述高溫蒸發器4、所述高壓膨脹機5，所述高壓膨脹機5出口與所述低溫蒸發器8出口相連，所述低溫蒸發器8出口與所述低壓膨脹機6入口相連，所述低壓膨脹機6出口與所述第一冷凝器7入口相連，所述第一冷