本發(fā)明屬于中低溫余熱利用技術領域，特別涉及一種梯級利用中低溫余熱的熱電聯(lián)供方法與裝置。

背景技術：

天然氣的供熱形式多種多樣，具體有燃氣鍋爐、燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠、分布式能源系統(tǒng)等等。研究發(fā)現(xiàn)，目前這些燃氣供熱方式的最大能耗損失是煙氣余熱排放，其中燃氣鍋爐通過煙氣排放掉的熱量占燃氣總熱能的20％以上，燃氣熱電廠30％左右。因而在煙氣余熱回收方面存在巨大的節(jié)能潛力。而且天然氣燃燒后的煙氣中含有大量的水蒸氣，煙氣中水蒸氣的汽化潛熱占天然氣高位發(fā)熱量的比例達到10％～11％，目前基本上都沒有利用而直接排放到環(huán)境。另外，天然氣煙氣中的水蒸氣排入大氣后冷凝，造成了冒“白煙”現(xiàn)象，形成景觀污染，并促使pm2.5排放指數(shù)增加。因此深度回收利用包括水蒸氣凝結(jié)潛熱在內(nèi)的煙氣余熱對節(jié)省能源和減少污染物排放都有重要意義。

此外，我國地熱資源以低溫熱水型地熱田為主，其中溫度在90℃左右的地熱資源約占這類資源總量的90％，目前主要作建筑采暖、供應生活熱水、保健療養(yǎng)和種植養(yǎng)殖等直接利用。但由于大量的資源所處位置附近缺乏更多的熱需求，又缺乏具有良好經(jīng)濟性的發(fā)電利用技術，而不能得到開發(fā)利用。設想若能經(jīng)濟地對低溫地熱能資源作發(fā)電利用，無疑將極大地促進數(shù)量龐大的資源的開發(fā)利用，大幅減小發(fā)電用化石燃料消耗及相應的溫室氣體、大氣污染物的排放，為可持續(xù)發(fā)展提供重要能源支持，帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟效益。

有機朗肯循環(huán)(orc)是回收中低溫余熱的一種重要途徑，它采用低沸點的有機工質(zhì)作為朗肯循環(huán)的循環(huán)介質(zhì)。主要由余熱鍋爐(或換熱器)、透平、冷凝器和工質(zhì)泵四大部套組成。有機工質(zhì)在換熱器中從余熱流中吸收熱量，生成具一定壓力和溫度的蒸汽，蒸汽進入透平機械膨脹做功，從而帶動發(fā)電機或拖動其它動力機械。從透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷卻水放熱，凝結(jié)成液態(tài)，最后借助工質(zhì)泵重新回到換熱器，如此不斷地循環(huán)下去。

電熱泵是一種將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置，該裝置以制冷劑為工質(zhì)，從熱源提取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，然后再向人們提供可被利用的高品位熱能。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種梯級利用中低溫余熱的熱電聯(lián)供方法與裝置，可實現(xiàn)中低溫余熱的回收利用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種梯級利用中低溫余熱的熱電聯(lián)供裝置，包括：

一級蒸發(fā)器1；

膨脹機2，其有機工質(zhì)入口與一級蒸發(fā)器1的有機工質(zhì)出口相連；

凝汽器3，其有機工質(zhì)入口與膨脹機2的有機工質(zhì)出口相連；

儲罐一4，其有機工質(zhì)入口與凝汽器3的有機工質(zhì)出口相連；

工質(zhì)泵5，其有機工質(zhì)入口與儲罐一4的有機工質(zhì)出口相連，有機工質(zhì)出口與一級蒸發(fā)器1的有機工質(zhì)入口相連；

散熱器6，其中低溫余熱介質(zhì)入口與一級蒸發(fā)器1的中低溫余熱介質(zhì)出口相連；

二級蒸發(fā)器7，其中低溫余熱介質(zhì)入口與散熱器6的中低溫余熱介質(zhì)出口相連；

壓縮機8，其制冷劑入口與二級蒸發(fā)器7的制冷劑出口相連；

換熱器9，其制冷劑入口與壓縮機8的制冷劑出口相連；

儲罐二10，其制冷劑入口與換熱器9的制冷劑出口相連，制冷劑出口與二級蒸發(fā)器7的制冷劑入口相連且在連接管路上設置有節(jié)流閥11。

本發(fā)明還提供了一種基于所述梯級利用中低溫余熱的熱電聯(lián)供裝置的方法，也即其工作原理，中低溫余熱分為三級進行梯級利用：

第一級為有機朗肯循環(huán)，中低溫余熱介質(zhì)作為熱源在一級蒸發(fā)器1中將有機工質(zhì)從液態(tài)加熱為過熱蒸汽狀態(tài)，過熱蒸汽狀態(tài)的有機工質(zhì)在膨脹機2內(nèi)膨脹做功，然后進入凝汽器3被冷凝為液態(tài)，冷凝后的有機工質(zhì)進入儲罐一4內(nèi)儲存，儲罐一4出口有機工質(zhì)經(jīng)過工質(zhì)泵5升壓后，進入一級蒸發(fā)器1被中低溫余熱加熱，完成一個有機工質(zhì)循環(huán)；

第二級為暖氣片或地暖，利用中低溫余熱在散熱器6中散熱直接對室內(nèi)進行供熱；

第三級為電熱泵循環(huán)供暖，中低溫余熱介質(zhì)作為熱源在二級蒸發(fā)器7中將制冷劑從液態(tài)加熱為低壓蒸汽狀態(tài)，然后制冷劑在壓縮機8內(nèi)被壓縮成高溫高壓的蒸汽，該高溫高壓蒸汽在換熱器9內(nèi)被供熱介質(zhì)冷卻凝結(jié)成高壓液體，升溫后的供熱介質(zhì)對外進行供熱，高壓液態(tài)制冷劑再經(jīng)節(jié)流閥11節(jié)流成低溫低壓液態(tài)制冷劑，完成一個循環(huán)。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提供的梯級利用中低溫余熱的熱電聯(lián)供方法與裝置，可回收中低溫余熱同時進行發(fā)電和供熱，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。

2、本發(fā)明提供的梯級利用中低溫余熱的熱電聯(lián)供方法與裝置，分三級對中低溫余熱進行利用，將中低溫余熱降低到15度左右，擴大中低溫余熱的利用溫區(qū)，大幅提升中低溫余熱的利用效率。

3、工業(yè)用電價格高，通過有機朗肯循環(huán)給電熱泵供電，不需要從電網(wǎng)購電，降低供熱成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明梯級利用中低溫余熱的熱電聯(lián)供裝置示意圖。

圖2是本發(fā)明梯級利用中低溫地熱的熱電聯(lián)供裝置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。

如圖1所示，本發(fā)明一種梯級利用中低溫余熱的熱電聯(lián)供裝置，包括：

一級蒸發(fā)器1；

膨脹機2，其有機工質(zhì)入口與一級蒸發(fā)器1的有機工質(zhì)出口相連；

凝汽器3，其有機工質(zhì)入口與膨脹機2的有機工質(zhì)出口相連；

儲罐一4，其有機工質(zhì)入口與凝汽器3的有機工質(zhì)出口相連；

工質(zhì)泵5，其有機工質(zhì)入口與儲罐一4的有機工質(zhì)出口相連，有機工質(zhì)出口與一級蒸發(fā)器1的有機工質(zhì)入口相連；

散熱器6，其中低溫余熱介質(zhì)入口與一級蒸發(fā)器1的中低溫余熱介質(zhì)出口相連；

二級蒸發(fā)器7，其中低溫余熱介質(zhì)入口與散熱器6的中低溫余熱介質(zhì)出口相連；

壓縮機8，其制冷劑入口與二級蒸發(fā)器7的制冷劑出口相連；

換熱器9，其制冷劑入口與壓縮機8的制冷劑出口相連；

儲罐二10，其制冷劑入口與換熱器9的制冷劑出口相連，制冷劑出口與二級蒸發(fā)器7的制冷劑入口相連且在連接管路上設置有節(jié)流閥11。

以中低溫地熱能為熱源，以有機工質(zhì)r245fa和制冷劑r134a為例進行進一步說明。圖2是梯級利用中低溫地熱的熱電聯(lián)供裝置示意圖。有機工質(zhì)為r245fa和，制冷劑為r134a。

一級蒸發(fā)器1的r245fa出口連接膨脹機2的r245fa入口，膨脹機2的r245fa出口連接凝汽器3的r245fa入口，凝汽器3的r245fa出口連接儲罐一4的r245fa入口，儲罐一4的r245fa出口連接工質(zhì)泵5的r245fa入口，工質(zhì)泵5的r245fa出口連接一級蒸發(fā)器1的r245fa入口。

一級蒸發(fā)器1的中低溫地熱介質(zhì)出口連接散熱器6的中低溫地熱介質(zhì)入口，散熱器6中低溫地熱介質(zhì)出口連接二級蒸發(fā)器7的中低溫地熱介質(zhì)入口。

二級蒸發(fā)器7的r245fa出口連接壓縮機8的r245fa入口，壓縮機8的r245fa出口連接換熱器9的r245fa入口，換熱器9的r245fa出口連接儲罐二10的r245fa入口，儲罐二10的r245fa出口連接節(jié)流閥11的r245fa入口，節(jié)流閥11的r245fa出口連接二級蒸發(fā)器7的r245fa入口。

圖2所示實例中，通過中低溫地熱水實現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)；同時實現(xiàn)了地熱能的綜合梯級利用，將地熱水降低到15度，大幅提升地熱能利用效率。由于大工業(yè)用電價格高，通過orc機組給電熱泵供電，不需要從電網(wǎng)購電，降低供熱成本。