本發(fā)明屬于制冷復(fù)合循環(huán)領(lǐng)域，尤其涉及一種功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，化石能源的過(guò)度開(kāi)發(fā)引發(fā)了一系列生態(tài)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)低溫?zé)嵩吹暮侠怼⒏咝Ю?，?duì)減少常規(guī)化石燃料的消耗，降低有關(guān)污染物和溫室氣體的排放，調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，建立資源節(jié)約型社會(huì)具有重要意義。
低溫?zé)嵩?，包括太?yáng)能、地?zé)崮芤约肮I(yè)生產(chǎn)中的余熱、廢熱，這類(lèi)能源具有儲(chǔ)量大、分布廣、品位低的特點(diǎn)。然而，當(dāng)熱源溫度較低時(shí)，傳統(tǒng)的動(dòng)力循環(huán)很難將低品位熱能進(jìn)行有效地轉(zhuǎn)化和利用。對(duì)此，kalina、alefeld、goswami等人提出了以非共沸混合物氨水作為工質(zhì)的一系列循環(huán)。
kalina循環(huán)應(yīng)用吸收方式來(lái)解決氨水動(dòng)力循環(huán)中透平排氣背壓過(guò)高問(wèn)題，提高了氨水動(dòng)力循環(huán)的效率。和kalina循環(huán)相比，goswami循環(huán)最大特點(diǎn)在于不僅可以輸出功，還可以輸出冷量，這樣可以滿足多方面需求。goswami循環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可由太陽(yáng)能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱等低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)。然而，該循環(huán)是利用透平乏氣的顯熱來(lái)制冷，由于氣體的比熱容較小，故其單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量非常有限，其輸出冷功比僅為0.08，最低制冷溫度只有6.85℃。
因此，亟需一種功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)以確保提升系統(tǒng)制冷量的同時(shí)獲得更多高品質(zhì)的輸出功。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在確保提升系統(tǒng)制冷量的同時(shí)獲得更多高品質(zhì)的輸出功。
本發(fā)明的一種功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)，包括：
吸收器，所述吸收器依次連接有泵、換熱器和鍋爐；從吸收器出來(lái)的基礎(chǔ)工作液由泵加壓后先經(jīng)換熱器換熱，再進(jìn)入鍋爐進(jìn)行加熱；
鍋爐加熱后的蒸汽進(jìn)入透平膨脹做功，之后部分工質(zhì)進(jìn)入精餾塔內(nèi)進(jìn)行精餾，剩余工質(zhì)則繼續(xù)在透平內(nèi)膨脹做功；鍋爐底部的液體進(jìn)入吸收器來(lái)吸收透平乏氣以及蒸發(fā)器出口的部分工質(zhì)；
精餾塔塔底的液體進(jìn)入吸收器，塔頂所獲得的蒸汽進(jìn)入噴射器作為工作流體，引射從蒸發(fā)器出來(lái)的部分飽和蒸汽，兩股流體在噴射器內(nèi)混合；噴射器出口的混合工質(zhì)進(jìn)入冷凝器被冷凝成飽和溶液，然后進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)制冷；蒸發(fā)器出口的另一部分飽和蒸汽進(jìn)入吸收器，從而完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程。
進(jìn)一步的，鍋爐與透平之間串接有過(guò)熱器，鍋爐加熱所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過(guò)熱器過(guò)熱后進(jìn)入透平膨脹做功。
進(jìn)一步的，鍋爐與吸收器之間串接有第一節(jié)流閥。
進(jìn)一步的，精餾塔與吸收器之間串接有第二節(jié)流閥。
進(jìn)一步的，冷凝器與蒸發(fā)器之間串接有第三節(jié)流閥。
本發(fā)明還基于上述所述的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)，提供了其工作方法。
本發(fā)明的基于功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)的工作方法，包括：
從吸收器出來(lái)的基礎(chǔ)工作液由泵加壓后先經(jīng)換熱器換熱，再進(jìn)入鍋爐進(jìn)行加熱；
鍋爐加熱后的蒸汽進(jìn)入透平膨脹做功，之后部分工質(zhì)進(jìn)入精餾塔內(nèi)進(jìn)行精餾，剩余工質(zhì)則繼續(xù)在透平內(nèi)膨脹做功；鍋爐底部的液體進(jìn)入吸收器來(lái)吸收透平乏氣以及蒸發(fā)器出口的部分工質(zhì)；
精餾塔塔底的液體進(jìn)入吸收器，塔頂所獲得的蒸汽進(jìn)入噴射器作為工作流體，引射從蒸發(fā)器出來(lái)的部分飽和蒸汽，兩股流體在噴射器內(nèi)混合；噴射器出口的混合工質(zhì)進(jìn)入冷凝器被冷凝成飽和溶液，然后進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)制冷；蒸發(fā)器出口的另一部分飽和蒸汽進(jìn)入吸收器，從而完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程。
進(jìn)一步的，鍋爐加熱所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過(guò)熱器過(guò)熱后進(jìn)入透平膨脹做功，當(dāng)工質(zhì)膨脹到2.00mpa時(shí)，抽出部分工質(zhì)進(jìn)入精餾塔內(nèi)精餾，剩余工質(zhì)則繼續(xù)在透平內(nèi)膨脹做功。
進(jìn)一步的，鍋爐底部的稀飽和液經(jīng)第一節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入吸收器，吸收透平乏氣以及蒸發(fā)器出口的部分工質(zhì)。
進(jìn)一步的，精餾塔塔底的飽和液經(jīng)第二節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入吸收器
進(jìn)一步的，噴射器出口的混合工質(zhì)進(jìn)入冷凝器被冷凝成飽和溶液，然后經(jīng)第三節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)制冷。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)耦合氨吸收/噴射式制冷，提高聯(lián)供系統(tǒng)的制冷量；
(2)制冷工質(zhì)來(lái)源于透平中尚未完全膨脹的氨蒸汽，進(jìn)入精留器之前此部分工質(zhì)已經(jīng)歷膨脹做功，使得系統(tǒng)能夠獲得更多高品質(zhì)輸出功；
(3)通過(guò)引入噴射器，以消耗一定的熱能為代價(jià)，卻不需要消耗透平的輸出功，因而在增加系統(tǒng)輸出冷量條件下，提高聯(lián)供系統(tǒng)的熱力性能。
(4)通過(guò)調(diào)整抽氣量可以使得聯(lián)供系統(tǒng)輸出冷功比可調(diào)。
附圖說(shuō)明
構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。
圖1是本發(fā)明的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，a—吸收器；p—泵；v-1—第一節(jié)流閥1；v-2—第二節(jié)流閥2；v-3—第三節(jié)流閥；r—回?zé)崞?；b—鍋爐；rec—精餾器；s—過(guò)熱器；t—透平；ej—噴射器；c—冷凝器；e—蒸發(fā)器。
具體實(shí)施方式
應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
圖1是本發(fā)明的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)，包括：吸收器、泵、回?zé)崞?、鍋爐、精餾器、透平、噴射器、冷凝器和蒸發(fā)器。
具體地，本發(fā)明的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)的工作過(guò)程為：
從吸收器出來(lái)的基礎(chǔ)工作液(1)由泵(p)加壓后先經(jīng)換熱器(r)換熱，再進(jìn)入鍋爐(b)進(jìn)行加熱。
鍋爐(b)加熱所產(chǎn)生的飽和蒸汽(5)進(jìn)入透平膨脹做功，部分工質(zhì)(7)進(jìn)入精餾塔(rec)內(nèi)精餾，剩余工質(zhì)則繼續(xù)在透平(t)內(nèi)膨脹做功；鍋爐底部的稀飽和液進(jìn)入吸收器(a)，吸收透平乏氣(8)以及蒸發(fā)器(ev)出口的部分工質(zhì)(15)。
精餾塔塔底的飽和液(10)進(jìn)入吸收器，塔頂所獲得的氨蒸汽進(jìn)入噴射器(ej)，作為工作流體，引射從蒸發(fā)器(ev)出來(lái)的部分飽和蒸汽(16)，兩股流體在噴射器(ej)內(nèi)混合。噴射器出口的混合工質(zhì)(12)進(jìn)入冷凝器(c)被冷凝成飽和溶液(13)，然后進(jìn)入蒸發(fā)器(e)內(nèi)蒸發(fā)制冷；蒸發(fā)器(ev)出口的另一部分飽和蒸汽進(jìn)入吸收器(a)被稀溶液(18、11)吸收，從而完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程。
具體地，鍋爐(b)加熱所產(chǎn)生的飽和蒸汽(5)經(jīng)過(guò)熱器(s)過(guò)熱后進(jìn)入透平膨脹做功，當(dāng)工質(zhì)膨脹到2.00mpa時(shí)，抽出部分氨蒸汽(7)進(jìn)入精餾塔(rec)內(nèi)精餾，剩余工質(zhì)則繼續(xù)在透平(t)內(nèi)膨脹做功。
具體地，鍋爐底部的稀飽和液經(jīng)第一節(jié)流閥(v-1)節(jié)流后進(jìn)入吸收器(a)，吸收透平乏氣(8)以及蒸發(fā)器(ev)出口的部分工質(zhì)(15)。
具體地，精餾塔塔底的飽和液(10)經(jīng)第二節(jié)流閥(v-2)節(jié)流后進(jìn)入吸收器。
具體地，噴射器出口的混合工質(zhì)(12)進(jìn)入冷凝器(c)被冷凝成飽和溶液(13)，然后經(jīng)第三節(jié)流閥(v-3)節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器(e)內(nèi)蒸發(fā)制冷。
本發(fā)明運(yùn)用ees軟件建立了本發(fā)明的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)的熱力學(xué)模型。
為了方便分析與討論，本發(fā)明選定吸收器出口1點(diǎn)氨溶液的質(zhì)量流量為1kg·s-1，壓力為0.21mpa；透平進(jìn)口壓力為2.60mpa；熱源溫度為142℃；抽氣量0.15kg·s-1，壓力2.00mpa；噴射器出口壓力設(shè)定為0.80mpa。其他輸入?yún)?shù)值如表1所示。
表1系統(tǒng)輸入?yún)?shù)
根據(jù)建立的熱力學(xué)模型和工質(zhì)的物性參數(shù)，計(jì)算得出系統(tǒng)各狀態(tài)點(diǎn)的熱力學(xué)參數(shù)值，如表2所示。
本發(fā)明的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)的性能計(jì)算結(jié)果如表3所示，計(jì)算結(jié)果表明，在設(shè)計(jì)工況下，本發(fā)明的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)供熱效率為13.73％，，聯(lián)供
表2循環(huán)中各點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果
表3聯(lián)供性計(jì)算能結(jié)果
本發(fā)明所提出的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)，從鍋爐出來(lái)的氨蒸汽全部進(jìn)入透平膨脹做功，然后再?gòu)耐钙降倪m當(dāng)部位抽出尚未完全膨脹的少量氨蒸汽，進(jìn)入吸收/噴射式制冷子循環(huán)。這樣可以在確保提升系統(tǒng)制冷量的同時(shí)獲得更多高品質(zhì)的輸出功。
本發(fā)明的功冷聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)可為低溫余熱的高效轉(zhuǎn)化與充分利用提供新的解決途徑。
本發(fā)明所提出的新型功冷聯(lián)供系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：
耦合氨吸收/噴射式制冷，提高聯(lián)供系統(tǒng)的制冷量；
制冷工質(zhì)來(lái)源于透平中尚未完全膨脹的氨蒸汽，進(jìn)入精留器之前此部分工質(zhì)已經(jīng)歷膨脹做功，使得系統(tǒng)能夠獲得更多高品質(zhì)輸出功；
通過(guò)引入噴射器，以消耗一定的熱能為代價(jià)，卻不需要消耗透平的輸出功，因而在增加系統(tǒng)輸出冷量條件下，提高聯(lián)供系統(tǒng)的熱力性能。
通過(guò)調(diào)整抽氣量可以使得聯(lián)供系統(tǒng)輸出冷功比可調(diào)。
上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。