[发明专利]喷射式低温余热发电制冷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷工程技术领域的发电制冷方法，具体是一种喷射式低温余热发电制冷方法。

背景技术

统计表明，350℃以下的低温余热总量约占工业产热总量的50％左右。在实际应用中，由于缺乏有效的回收利用方式，大部分低温余热被直接排放到环境中，这既浪费了大量能源，又对周围环境构成了严重的热污染。因此，探索合理利用低温余热的方法已经成为了目前能源技术领域中的一个研究热点。有机物朗肯循环低温余热发电技术是一种有效的低温余热回收利用方法，它以有机物工质作为能量的载体，将低品位热能转化为电能。当热源温度低于270℃时，有机物朗肯循环工质选择范围广，针对性强，设备要求相对简单，与常规的水蒸气朗肯循环相比，具有更高的能源利用率。

喷射式制冷技术在20世纪30年代受到了广泛的青睐，然而伴随着蒸汽压缩式制冷系统的出现，喷射式制冷系统的主导地位被渐渐取代。近些年，喷射式制冷系统凭借其设备简单，维护方便，环保可靠，适用于太阳能，地热能，低温余热回收等优点，重新成为了制冷领域中的一个研究热点。分布式供能系统是指设在用户附近的，较小出力的，建立在能量梯级利用原则上的能源供给系统，相对于传统的大规模能源供给方式而言，分布式供能系统高效环保，形式灵活多样，除了供电之外，一般还同时拥有供冷供热的功能。近年来出现的电冷联产分布式供能系统就是其中的一种形式。

经过对现有技术的文献检索发现，Feng Xu等在《能源》杂志2000年第25卷233-246页上发表了一篇题目为“一种发电制冷循环”的文章，(Xu，F.，Goswami，D.Y.，and Bhagwat，S.S.，2000，“A Combined Power/CoolingCycle，”Energy，25，pp.233-246.)该系统将有机物朗肯循环发电技术与吸收式制冷技术相结合，选择二元溶液作为工质，将低品位热能转化为电能和冷量同时输出，提出了一套低品位热能回收利用的新方案。但该技术存在一定的不足：首先在制冷过程中，工质没有发生相变，主要依靠工质显热变化实现制冷，因此制冷量受到了一定的限制；此外，选择两元工质作为能量的载体，使系统设备结构，运行操作更加复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提出一种喷射式低温余热发电制冷方法，使其在能量梯级利用的原则上合理利用低温余热资源，运用工质气化潜热制冷，提高冷电联供系统的制冷性能，简化系统结构，促进其实用化。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明以太阳能、地热能、生物质能或150～350℃范围内的低温余热作为热源，以地下水、湖水、河水或海水作为冷源，选择有机物作为工质，组成封闭循环系统，液态饱和有机物工质由工质泵送入余热换热器中加热至饱和或过热蒸汽状态，进而推动透平旋转，并带动发电机组输出电功，透平排气作为工作流体流入喷射器，将蒸发器出口侧气体引射至喷射器中，二者在喷射器中经过混合扩压，进入冷凝器中冷凝至液态，液态工质一部分重新进入工质泵，完成发电循环，另一部分经由节流阀降温降压，重新回到蒸发器，完成制冷循环。

本发明包括以下步骤：

(1)饱和液态工质由工质泵加压送到余热换热器中加热，余热换热器的热源采用太阳能、地热能、生物质能，或温度在150℃～350℃范围内的低温余热；

(2)工质在余热换热器中被热源加热至换热器设定范围内的沸点，达到饱和蒸汽或者过热蒸汽状态，余热换热器的工作压力为工质在沸点下所对应的蒸发压力；

(3)从余热换热器出来的气体工质进入透平，推动透平做功，并由发电机转化为电能输出；

(4)由透平发电机排出的过热蒸汽作为工作流体进入喷射器，工作流体在喷射器的喷嘴中流速增加，压力下降，当工作流体压力下降至蒸发器出口侧蒸汽压力时，蒸发器出口侧气体作为引射流体被引射至喷射器中，工作流体和引射流体在喷射器的混合室中混合，混合气体进入喷射器的扩压室，速度下降，同时使喷射器出口压力恢复至冷凝器工作压力；

(5)从喷射器流出的气体工质进入冷凝器，冷却水由地下水、河水、湖水或海水提供，并以其作为冷源，由冷却水冷却至饱和液体或者过冷液体，从冷凝器流出的冷凝液进入储液罐中，从储液罐流出的液体分为两部分，一部分经由三通阀的一个出口进入工质泵加压重新进入发电循环，另一部分进入节流阀减压节流，节流阀的入口压力为冷凝器的出口压力，节流阀的出口压力为蒸发器的入口压力；