專利名稱：一種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
—種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于中低溫回收與動(dòng)力工程領(lǐng)域，涉及一種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著人類對能源需求的不斷增長，大規(guī)模地燃燒化石能源已對大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，人們越來越擔(dān)心大量使用傳統(tǒng)化石能源所帶來的資源枯竭和環(huán)境污染問題。在這種情況下，地?zé)崮艿瓤稍偕那鍧嵭履茉丛絹碓绞艿绞澜绺鲊闹匾暋?012年7月，我國國家發(fā)展改革委發(fā)布的《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》就將地?zé)岚l(fā)電提上了日程。地?zé)豳Y源的開發(fā)利用對于節(jié)約化石能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及降低二氧化碳排放，起到至關(guān)重要的作用。目前我國地?zé)豳Y源主要用于地?zé)岚l(fā)電、地?zé)峁┡⑨t(yī)療保健、洗浴旅游、種植養(yǎng)殖、工業(yè)生產(chǎn)等方面，且都尚處于發(fā)展階段。利用地?zé)崮馨l(fā)電有兩種方式，一是利用高溫地?zé)嵴羝l(fā)電，二是利用中低溫地下熱水發(fā)電。而目前地?zé)岚l(fā)電技術(shù)主要包括干蒸汽發(fā)電，擴(kuò)容式閃蒸發(fā)電，雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電，以及kalina循環(huán)發(fā)電等。其中，干蒸汽發(fā)電是高溫地?zé)崽锇l(fā)電的主要形式，擴(kuò)容式閃蒸發(fā)電廣泛應(yīng)用于中高溫地?zé)崽?，雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電適用于中低溫地?zé)豳Y源，kalina循環(huán)在低溫地?zé)豳Y源發(fā)電領(lǐng)域具有優(yōu)越性。以下對地?zé)岚l(fā)電技術(shù)進(jìn)行原理性介紹:(I)干蒸汽發(fā)電干蒸汽是從地下噴出的具有一定過熱度的蒸汽。干蒸汽發(fā)電技術(shù)就是將干蒸汽從地?zé)峋觯趦艋蛛x器A中除去固體雜質(zhì)后直接送到到汽輪發(fā)電機(jī)組B進(jìn)行發(fā)電，汽輪機(jī)排氣經(jīng)冷凝器冷卻后回灌地下 或者另作他用，如圖1所示。(2)擴(kuò)容式閃蒸發(fā)電對于溫度為130°C 250°C的地?zé)豳Y源，所提供的大多是汽水混合物，其中蒸汽量較小，適宜采用擴(kuò)容式閃蒸發(fā)電技術(shù)。地?zé)峋聨в幸欢▔毫Φ钠旌衔锘驘崴灰降孛婧?，首先進(jìn)入一級擴(kuò)容器C，地?zé)崴袛y帶的蒸汽及少部分經(jīng)一級擴(kuò)容器減壓閃蒸產(chǎn)生的蒸汽直接進(jìn)入汽輪機(jī)B做功，驅(qū)動(dòng)同軸連接的發(fā)電機(jī)發(fā)電，剩余的地?zé)崴M(jìn)入二級擴(kuò)容器D。在二級擴(kuò)容器中，由于減壓作用，部分地?zé)崴W蒸汽化成蒸汽，再進(jìn)入汽輪機(jī)B做功，剩余的熱水回灌地下。汽輪機(jī)排氣經(jīng)冷凝器E冷卻后回灌地下或者另作他用。圖2為二級擴(kuò)容式發(fā)電示意圖。( 3 )雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電對于溫度小于130°C地?zé)豳Y源，熱水想通過擴(kuò)容方式閃蒸形成蒸汽，需將壓力降至大氣壓以下，整個(gè)系統(tǒng)形成負(fù)壓，這給系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備帶來很大困難，因此采用雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電技術(shù)。在雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電技術(shù)中，地?zé)崴辉倥c發(fā)電系統(tǒng)直接接觸，而是作為熱源在蒸發(fā)器F內(nèi)加熱某種低沸點(diǎn)的有機(jī)工質(zhì)，這些有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)后形成具有一定溫度壓力的蒸氣，進(jìn)入有機(jī)透平G膨脹做功，驅(qū)動(dòng)同軸連接的發(fā)電機(jī)發(fā)電，透平排氣經(jīng)過冷凝器E冷凝后，再通過增壓泵H送回到蒸發(fā)器中吸熱，完成一個(gè)循環(huán)。經(jīng)過蒸發(fā)器放熱后的地?zé)崴毓嗟叵隆D3給出了雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電技術(shù)示意圖。(4) Kalina 循環(huán)發(fā)電Kalian循環(huán)是區(qū)別于常規(guī)朗肯循環(huán)的一種新的熱力循環(huán)，采用氨和水的混合物作為工質(zhì)，具有變溫蒸發(fā)的特性，使得熱源的放熱溫度曲線和工質(zhì)吸熱溫度曲線達(dá)到良好的匹配，減小了傳熱過程中的不可逆損失，提高了能量轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)熱源參數(shù)變化時(shí)，只需要調(diào)整氨與水的比例即可使得循環(huán)達(dá)到最佳的熱力性能。圖4給出了 kalina循環(huán)發(fā)電示意圖。地?zé)崴畯牡責(zé)峋槌鼋?jīng)過蒸發(fā)器F放熱后回灌地下。氨水基本溶液在蒸發(fā)器F中被加熱后，產(chǎn)生的氣液兩相氨水混合物進(jìn)入分離器20。分離器20將氨水混合物分離成富氨蒸汽和富水溶液，富氨蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)B膨脹做功，驅(qū)動(dòng)同軸連接的發(fā)電機(jī)發(fā)電，富水溶液進(jìn)入高溫回?zé)崞?1進(jìn)行換熱降溫后經(jīng)過節(jié)流閥22降壓，再與從汽輪機(jī)出來的乏汽在A處混合成為氨水基本溶液，氨水基本溶液通過低溫回?zé)崞?3降溫后再進(jìn)入冷凝器E完全冷凝為液態(tài)。氨水基本溶液經(jīng)過泵24升壓，然后依次流經(jīng)低溫回?zé)崞?2和高溫回?zé)崞?1回收部分熱量，隨后進(jìn)入蒸發(fā)器F進(jìn)行下一次循環(huán)。在利用地?zé)崴疅崮芾梅矫?，現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)均采用的是單一循環(huán)發(fā)電，導(dǎo)致循環(huán)效率低。

發(fā)明內(nèi)容為克服上述發(fā)電技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明涉及一種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)循環(huán)，其中底循環(huán)中以氨水混合物為循環(huán)工質(zhì)，減少了換熱過程的不可逆損失，起到提高能源轉(zhuǎn)換效率的作用；同時(shí)系統(tǒng)可以對外同時(shí)輸出電能和制冷量，實(shí)現(xiàn)了冷電聯(lián)供，滿足用戶對不同能源類型的需求，這樣就實(shí)現(xiàn)了對能源的梯級利用，有效地提高了循環(huán)效率和能源利用率。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)，包括擴(kuò)容器、第一汽輪機(jī)、第二汽輪機(jī)、蒸汽發(fā)生器、第一分離器、第二分離器，以及蒸發(fā)器，地?zé)崴M(jìn)入擴(kuò)容器中經(jīng)減壓閃蒸產(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)入到第一汽輪機(jī)做功，擴(kuò)容器中剩余地?zé)崴M(jìn)入蒸汽發(fā)生器加熱氨水基本溶液，隨后回灌地下；氨水基本溶液在蒸汽發(fā)生器中吸熱后進(jìn)入到第一分離器中分離出飽和富氨蒸汽，飽和富氨蒸汽在第二汽輪機(jī)中做功后產(chǎn)生的乏汽進(jìn)入第二分離器，第二分離器分離出濃度更高的富氨飽和蒸汽經(jīng)過冷卻降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器中吸收潛熱形成低壓飽和富氨蒸汽，產(chǎn)生制冷量；經(jīng)過蒸發(fā)器之后的低壓飽和富氨蒸汽和兩個(gè)分離器產(chǎn)生的不同濃度的富水溶液混合成氨水基本溶液，再經(jīng)過冷凝和升壓后，回到蒸汽發(fā)生器。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述第一汽輪機(jī)做功后產(chǎn)生的排氣經(jīng)第一冷凝器冷凝后排放；作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述第二分離器和蒸發(fā)器之間依次連接有第二冷凝器和第一節(jié)流閥以對第二分離器分離出濃度更高的富氨飽和蒸汽進(jìn)行冷卻和降壓。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述第一分離器和第二分離器分離出來的富水溶液分別經(jīng)第二節(jié)流閥和第三節(jié)流閥降壓后再與蒸發(fā)器出來的低壓飽和富 氨蒸汽混合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)至少具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的底循環(huán)以氨水混合物為循環(huán)工質(zhì)，減少了換熱過程的不可逆損失，起到提高能源轉(zhuǎn)換效率的作用；同時(shí)系統(tǒng)對外同時(shí)輸出電能和制冷量，實(shí)現(xiàn)了冷電聯(lián)供，滿足用戶對不同能源類型的需求，實(shí)現(xiàn)了對能源的梯級利用，有效地提高了循環(huán)效率和能源利用率。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中干蒸汽發(fā)電的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中擴(kuò)容式閃蒸發(fā)電的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為Kalina循環(huán)發(fā)電的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)的流程圖。其中，圖1至圖4中，A為凈化分離器，B為汽輪機(jī)，C為一級擴(kuò)容器，D為二級擴(kuò)容器，E為冷凝器，F(xiàn)為蒸發(fā)器，G為有機(jī)透平，H為增壓泵，20為分離器，21為高溫回?zé)崞鳎?2為節(jié)流閥，23為低溫回?zé)崞鳎?4為泵。圖5中，I為泵,2為擴(kuò)容器,3為第一汽輪機(jī),4為第一發(fā)電機(jī),5為第一冷凝器,6為蒸汽發(fā)生器，7為第一分離器，8為第二汽輪機(jī)，9為第二發(fā)電機(jī)，10為第二分離器，11為第二冷凝器，12為第一節(jié)流閥，13為蒸發(fā)器，14為第二節(jié)流閥，15為第三節(jié)流閥，16為第三冷凝器，17為增壓泵。
具體實(shí)施方式圖5是一種用于地?zé)崮芾?用的基于氨水工質(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)由泵1、擴(kuò)容器2、第一汽輪機(jī)3、第一發(fā)電機(jī)4、第一冷凝器5、蒸汽發(fā)生器6、第一分離器7、第二汽輪機(jī)8、第二發(fā)電機(jī)9、第二分離器10、第二冷凝器11、第一節(jié)流閥12、蒸發(fā)器13、第二節(jié)流閥14、第三節(jié)流閥15、第三冷凝器16、增壓泵17組成。具體實(shí)施方案為:地?zé)崴?jīng)過泵I從地?zé)峋槌龊筮M(jìn)入擴(kuò)容器2，擴(kuò)容器2減壓閃蒸產(chǎn)生的水蒸汽直接進(jìn)入第一汽輪機(jī)3做功，驅(qū)動(dòng)同軸連接的第一發(fā)電機(jī)4發(fā)電，第一汽輪機(jī)3排氣經(jīng)第一冷凝器5冷凝成液體后排放。擴(kuò)容器2中剩余的地?zé)崴M(jìn)入到蒸汽發(fā)生器6中加熱氨水基本溶液，隨后回灌地下。氨水基本溶液在蒸汽發(fā)生器6中被加熱后，由于氨氣沸點(diǎn)較低，部分氨氣揮發(fā)出來形成氣液兩相氨水混合物進(jìn)入第一分離器7中分離成飽和富氨蒸汽和飽和富水溶液。第一分離器7分離的飽和富氨蒸汽進(jìn)入第二汽輪機(jī)8膨脹做功，驅(qū)動(dòng)同軸連接的第二發(fā)電機(jī)9發(fā)電，產(chǎn)生電能，做完功后的乏汽進(jìn)入第二分離器10中進(jìn)行二次分離。第二分離器10分離出濃度更高的富氨蒸汽進(jìn)入第二冷凝器11冷凝成飽和液態(tài)，再經(jīng)過第一節(jié)流閥12降壓形成氣液兩相混合物，然后進(jìn)入蒸發(fā)器13中進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，產(chǎn)生制冷量。第二分離器10分離出來的富水溶液經(jīng)過第二節(jié)流閥14降壓后與從蒸發(fā)器13吸熱蒸發(fā)的飽和富氨蒸汽在A點(diǎn)處混合。而第一分離器7分離出來時(shí)的富水溶液經(jīng)過第三節(jié)流閥15降壓后再與A點(diǎn)處的氨水溶液在B點(diǎn)處混合形成氨水基本溶液。隨后氨水基本溶液經(jīng)過第三冷凝器16冷凝成液態(tài)，然后再經(jīng)過增壓泵17升壓后，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器6，完成整個(gè)循環(huán)過程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):I)本發(fā)明中底循環(huán)以氨水混合物作為循環(huán)工質(zhì)，氨水混合物的相變過程為非等溫過程，且在循環(huán)過程中其濃度會發(fā)生變化，這使得工質(zhì)在循環(huán)整體上與熱源和冷源有較好的換熱匹配關(guān)系，這樣就減少了換熱過程的不可逆損失，提高了能源轉(zhuǎn)換效率。2)本發(fā)明既可以將地?zé)崮茉崔D(zhuǎn)換成電能，同時(shí)可以輸出制冷量，實(shí)現(xiàn)了冷電聯(lián)供，可以滿足用戶對不同能源類型的需求。以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于:包括擴(kuò)容器(2)、第一汽輪機(jī)(3)、第二汽輪機(jī)(8)、蒸汽發(fā)生器(6)、第一分離器(7)、第二分離器(10)，以及蒸發(fā)器(13)，地?zé)崴M(jìn)入擴(kuò)容器(2)中經(jīng)減壓閃蒸產(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)入到第一汽輪機(jī)(3)做功，擴(kuò)容器(2)中剩余地?zé)崴M(jìn)入蒸汽發(fā)生器(6)加熱氨水基本溶液，隨后回灌地下；氨水基本溶液在蒸汽發(fā)生器中吸熱后進(jìn)入到第一分離器(7)中分離出飽和富氨蒸汽，飽和富氨蒸汽在第二汽輪機(jī)(8)中做功后產(chǎn)生的乏汽進(jìn)入第二分離器(10)，第二分離器分離出濃度更高的富氨飽和蒸汽經(jīng)過冷卻降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器(13)中吸收潛熱形成低壓飽和富氨蒸汽，產(chǎn)生制冷量；經(jīng)過蒸發(fā)器(13)之后的低壓飽和富氨蒸汽和兩個(gè)分離器產(chǎn)生的不同濃度的富水溶液混合成氨水基本溶液，再經(jīng)過冷凝和升壓后，回到蒸汽發(fā)生器(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于:所述第一汽輪機(jī)做功后產(chǎn)生的排氣經(jīng)第一泠凝器(5)冷凝后排放。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于:所述第二分離器(10 )和蒸發(fā)器(13 )之間依次連接有第二冷凝器(11)和第一節(jié)流閥(12)以對第二分離器分離出濃度更高的富氨飽和蒸汽進(jìn)行冷卻和降壓。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于:所述第一分離器和第二分離器分離出來的富水溶液分別經(jīng)第二節(jié)流閥(14)和第三節(jié)流閥(15)降壓后再與蒸發(fā)器(13)出來的低壓飽和富氨蒸汽混合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于地?zé)崮芾玫幕诎彼旌瞎べ|(zhì)的冷電聯(lián)供系統(tǒng)，地?zé)崴M(jìn)入擴(kuò)容器中經(jīng)減壓閃蒸產(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)入到第一汽輪機(jī)做功，擴(kuò)容器中剩余地?zé)崴M(jìn)入蒸汽發(fā)生器加熱氨水基本溶液，隨后回灌地下。氨水基本溶液在蒸汽發(fā)生器中吸熱后進(jìn)入到第一分離器中分離出飽和富氨蒸汽，飽和富氨蒸汽在第二汽輪機(jī)Ⅱ中做功后產(chǎn)生的乏汽進(jìn)入第二分離器，分離出濃度更高的富氨飽和蒸汽經(jīng)過冷卻降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器中吸收潛熱形成低壓飽和富氨蒸汽，產(chǎn)生制冷量。經(jīng)過蒸發(fā)器之后的低壓飽和富氨蒸汽和兩個(gè)分離器產(chǎn)生的不同濃度的富水溶液混合成氨水基本溶液，再經(jīng)過冷凝和升壓后，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。
文檔編號F01D15/10GK103147943SQ201310067899
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者王江峰, 王建永, 戴義平, 趙攀, 王漫, 夏家曦 申請人:西安交通大學(xué)