專利名稱：以中低焓能源為熱源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱能利用，涉及一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，存在大量的中低烚(60-120°C )能源，如中低溫地?zé)崮?、太陽能、低溫余?等，主要以熱利用為主；特別是與熱泵的耦合利用模式，使能源利用效率得到較大提高。但 不少應(yīng)用場合所要求的供熱溫度水平明顯低于供熱熱源的溫度，熱需求與熱供給之間存在 過大的傳熱溫差，造成了可用能的耗散，能源利用的熱力學(xué)第二定律效率低下；較高的熱排 放溫度，不僅意味著能源的低效利用，而且造成了一定程度上的熱污染；而且由于熱泵機組 需要消耗二次能源，相對運行成本較高，降低了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性，從推廣和環(huán)保角度上， 仍存在一定的缺陷。 利用中低焓能源進行熱電聯(lián)產(chǎn)具有重要的節(jié)能和環(huán)保意義，而充分體現(xiàn)能量的梯 級利用原則，有效避免可用能耗散，高效、充分的利用中低焓能源，從而提高熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 的經(jīng)濟性，是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)研制中一個意義重大、急待攻克的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種充分利用中低焓能源中的熱能，提高低品位能源經(jīng)濟性 的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。 本發(fā)明內(nèi)容是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明技術(shù)原理及系統(tǒng)組成如圖所示。 將供熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、熱泵子系統(tǒng)通過一個中間換熱器組合起來構(gòu)成熱電聯(lián)產(chǎn)。具體 組成結(jié)構(gòu)為供熱子系統(tǒng)的供水管與回水管分別接至發(fā)電子系統(tǒng)的冷凝器水側(cè)和熱泵子系 統(tǒng)的冷凝器水側(cè)；中間換熱器熱水側(cè)分別與發(fā)電子系統(tǒng)的蒸發(fā)器水側(cè)和熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā) 器水側(cè)串接；供熱子系統(tǒng)中的回水經(jīng)第一個水泵、第一個供水流量調(diào)節(jié)閥以及中間換熱器 冷水側(cè)接至系統(tǒng)供水管，由此組成熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。 發(fā)電子系統(tǒng)中所需的熱能取自低品位熱(水)源。發(fā)明中所述的發(fā)電子系統(tǒng)，指 的是中低焓能源雙流發(fā)電系統(tǒng)，包括有機朗肯循環(huán)或卡林納循環(huán)系統(tǒng)。發(fā)電子系統(tǒng)有兩個 水循環(huán)回路和一個做功工質(zhì)回路。水循環(huán)包括一個熱源水回路和一個供熱水回路，推動汽 輪機做功的為低沸點工質(zhì)。熱源熱水進入發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)吸熱(進行 做功循環(huán)發(fā)電)熱源熱水放熱降溫，溫度由tl降為t2 ;進入中間換熱器與系統(tǒng)供熱回水換 熱后降溫至t3進入熱泵子系統(tǒng)。熱源熱水在熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)進一步放熱(低沸點工 質(zhì)吸熱蒸發(fā)，經(jīng)壓縮、冷凝，進行吸放熱循環(huán))至t4排放或回灌到地下。系統(tǒng)供熱回水分為 三路，分別在發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器，中間換熱器冷水側(cè)以及熱泵子系統(tǒng)冷凝器中，回水溫度由 t5加熱到溫度t6提供給供熱子系統(tǒng)(熱用戶)。


附圖為本發(fā)明技術(shù)原理及系統(tǒng)各回路組成框圖。
具體實施例方式
以下通過具體實施例并參照附圖對本發(fā)明做進一步的說明。以中低焓能源為熱源 的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括供熱子系統(tǒng)1、發(fā)電子系統(tǒng)2、熱泵子系統(tǒng)3、系統(tǒng)供水管4、系統(tǒng)回水 管5、中間換熱器6、第一個水泵7、第二個水泵8、第三個水泵9、第四個水泵10、第一個供水 流量調(diào)節(jié)閥11、第二個供水流量調(diào)節(jié)閥12、熱源水流量調(diào)節(jié)閥13、發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器2-1、 發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器2-2、汽輪機14、工質(zhì)泵15、熱泵子系統(tǒng)冷凝器3-l、熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器 3-2、壓縮機16、節(jié)流閥17等。由供熱子系統(tǒng)1提供給熱用戶的系統(tǒng)供水管4與系統(tǒng)回水 管5分別接至發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器2-1的水側(cè)和熱泵子系統(tǒng)冷凝器3-1的水側(cè)；中間換熱器 6熱水側(cè)分別與發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器2-2水側(cè)和熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器3-2水側(cè)串接。供熱子系 統(tǒng)1中的回水經(jīng)系統(tǒng)第一個水泵7、第一個供水流量調(diào)節(jié)閥11以及中間換熱器6冷水側(cè)接 至系統(tǒng)供水管4。第二個水泵8接與發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器2-1的水側(cè)；第三個水泵9經(jīng)第二 個供水流量調(diào)節(jié)閥12接與熱泵子系統(tǒng)冷凝器3-1的水側(cè)。熱源熱水經(jīng)第四個水泵10、熱源 水流量調(diào)節(jié)閥13進入發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器2-2的水側(cè)。 熱源熱水由第四個水泵10、熱源水流量調(diào)節(jié)閥13進入發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器2-2的 水側(cè)，熱水與蒸發(fā)器內(nèi)的低沸點工質(zhì)換熱。即工質(zhì)受熱蒸發(fā)為過熱蒸汽推動汽輪機14驅(qū)動 發(fā)電機發(fā)電，循環(huán)工質(zhì)經(jīng)發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器2-1 、工質(zhì)泵15等再進人蒸發(fā)器構(gòu)成閉路循環(huán)。 熱源熱水經(jīng)由發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器2-2后放熱，溫度由tl降為t2 ;進入中間換熱器6與系統(tǒng) 供熱回水換熱后降溫至t3進入熱泵子系統(tǒng)3。熱源熱水在熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器3-2與該系統(tǒng) 中的低沸點工質(zhì)換熱。工質(zhì)經(jīng)吸熱蒸發(fā)，壓縮機16壓縮、熱泵子系統(tǒng)冷凝器3-1放熱、節(jié)流 閥17節(jié)流再進入蒸發(fā)器構(gòu)成閉路循環(huán)。此時熱源熱水降至t4進行排放或回灌。
針對供熱(水)溫度45t:，供熱回水溫度35t:的應(yīng)用要求，分別針對不同的熱源
溫度水平給出實施例。
實施例一 熱源溫度80°C ，熱源水流量(nis。^e)為1. Okg/s，熱源水排放溫度25°C ;供熱水溫 度45t:，供熱回水溫度35°C。發(fā)電子系統(tǒng)中汽輪_發(fā)電機組的機械效率70%，發(fā)電機效率 96% ;工質(zhì)泵耗功占汽輪機膨脹功的比例為10%。與附圖中的各溫度點相對應(yīng)，S卩，tl = 80°C， t4 = 25°C， t6 = 45°C， t5 = 35°C， t2 = 50°C， t3 = 40°C，msource = 1. Okg/s。
在上述工況下，計算可得發(fā)電子系統(tǒng)的熱效率(除去工質(zhì)泵功后)為1. 80 % ，發(fā)電 凈功率為1. 44kW ;熱泵子系統(tǒng)的制熱COP(性能系數(shù))為7. 87，壓縮機耗功9. 17kW，耗功比 (發(fā)電凈功率與壓縮機耗功之比)15. 7%?？商峁┙o熱用戶的供熱量為237. 6kW。
實施實例二 熱源溫度90°C ，熱源水流量(ms。歡e)為1. Okg/s，熱源水排放溫度25°C ;供熱水溫 度45t:，供熱回水溫度35°C。發(fā)電子系統(tǒng)中汽輪_發(fā)電機組的機械效率70%，發(fā)電機效率 96% ;工質(zhì)泵耗功占汽輪機膨脹功的比例為10%。與附圖中的各溫度點相對應(yīng)，S卩，tl = 90°C， t4 = 25°C， t6 = 45°C， t5 = 35°C， t2 = 50°C， t3 = 40°C，msource = 1. Okg/s。
在上述工況下，計算可得發(fā)電子系統(tǒng)的熱效率(除去工質(zhì)泵功后)為2. 36 % ，發(fā)電 凈功率為2.51kW;熱泵子系統(tǒng)的制熱C0P(性能系數(shù))為7.87，壓縮機耗功9. 17kW，耗功比 27. 4% ?？商峁┙o熱用戶的供熱量為277. 8kW。
實施例三 熱源溫度100°C ，熱源水流量(ms。UMe)為1. 0kg/s，熱源水排放溫度25°C ;供熱水溫 度45t:，供熱回水溫度35°C。發(fā)電子系統(tǒng)中汽輪_發(fā)電機組的機械效率70%，發(fā)電機效率 96% ;工質(zhì)泵耗功占汽輪機膨脹功的比例為10%。與附圖中的各溫度點相對應(yīng)，S卩，tl = 100°C， t4 = 25°C， t6 = 45°C， t5 = 35°C， t2 = 50°C， t3 = 40°C，msource = 1. Okg/s。
在上述工況下，計算可得發(fā)電子系統(tǒng)的熱效率(除去工質(zhì)泵功后)為2. 92 % ，發(fā)電 凈功率為3. 88kW ;熱泵子系統(tǒng)的制熱COP(性能系數(shù))為7. 87，壓縮機耗功9. 17kW，耗功比 42. 3% ?？商峁┙o熱用戶的供熱量為317. 4kW。 本發(fā)明的有益效果在于供熱回水作為發(fā)電子系統(tǒng)的冷卻水，節(jié)省了系統(tǒng)投資成 本。熱源熱水經(jīng)三次降溫可降到較低水平，充分利用了中低焓能源中的熱能，使利用率得到 提高。本發(fā)明利用三個子系統(tǒng)間的溫度耦合實現(xiàn)高效的熱、電聯(lián)產(chǎn)。在單位熱源水流量、熱 源80-10(TC時，發(fā)電子系統(tǒng)能夠為熱泵子系統(tǒng)提供15_42%的二次能源消耗，為熱用戶提 供237-317kW的熱量。而且熱源與供熱之間的溫差越大，本發(fā)明的優(yōu)勢越明顯。所以本發(fā) 明提出了一種高效利用中低焓能源的手段。
權(quán)利要求
以中低焓能源為熱源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，具有供熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、熱泵子系統(tǒng)、中間換熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、汽輪機、壓縮機、工質(zhì)泵、水泵以及水流量調(diào)節(jié)閥，其特征是由供熱子系統(tǒng)(1)提供給熱用戶的系統(tǒng)供水管(4)與系統(tǒng)回水管(5)分別接至發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器(2-1)的水側(cè)和熱泵子系統(tǒng)冷凝器(3-1)的水側(cè)，中間換熱器(6)熱水側(cè)分別與發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器(2-2)的水側(cè)和熱泵子系統(tǒng)蒸發(fā)器(3-2)的水側(cè)串接，供熱子系統(tǒng)(1)中的回水經(jīng)系統(tǒng)第一個水泵(7)、第一個供水流量調(diào)節(jié)閥(11)以及中間換熱器(6)冷水側(cè)接至系統(tǒng)供水管(4)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的以中低焓能源為熱源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)第二個 水泵(8)接與發(fā)電子系統(tǒng)冷凝器(2-1)的水側(cè)；系統(tǒng)第三個水泵(9)經(jīng)第二個供水流量調(diào) 節(jié)閥(12)接與熱泵子系統(tǒng)冷凝器(3-1)的水側(cè)。
3. 按照權(quán)利要求1所述的以中低焓能源為熱源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是熱源熱水經(jīng) 第四個水泵(10)、熱源水流量調(diào)節(jié)閥(13)進入發(fā)電子系統(tǒng)蒸發(fā)器(2-2)的水側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以中低焓能源為熱源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。將供熱、發(fā)電、熱泵三個子系統(tǒng)通過一個中間換熱器組合起來構(gòu)成熱電聯(lián)產(chǎn)。供熱子系統(tǒng)的供水管與回水管分別接至發(fā)電子系統(tǒng)和熱泵子系統(tǒng)的冷凝器；中間換熱器分別與發(fā)電子系統(tǒng)和熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器串接；供熱子系統(tǒng)回水經(jīng)水泵、水量調(diào)節(jié)閥以及中間換熱器接至系統(tǒng)供水管，由此組成熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。利用供熱回水作為發(fā)電子系統(tǒng)的冷卻水，節(jié)省了投資。利用各子系統(tǒng)間的溫度耦合，實現(xiàn)高效的熱電聯(lián)產(chǎn)。熱源為80-100℃時，發(fā)電子系統(tǒng)能為熱泵子系統(tǒng)提供15-42％的二次能源消耗，為熱用戶提供237-317kW的熱量，提高了熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟性。熱源與供熱之間的溫差越大，本發(fā)明的優(yōu)勢越明顯。
文檔編號F01K11/00GK101696642SQ200910228029
公開日2010年4月21日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者張圣君, 王懷信, 郭濤 申請人:天津大學(xué);