[发明专利]一种基于双压有机朗肯循环的冷热电联供系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷热电联供系统，特别涉及一种利用低温热源或工业余热来同时生产冷热电的系统，属于低温回收与动力技术领域。

背景技术

低品位热能一般是指温度低于230℃的低温热源，这些热能种类繁多，包括太阳能、地热能等新能源及各种余（废）热等。低品位热能的数量极其庞大，在钢铁、水泥、石油化工等行业生产过程中产生大量的低温余热，包括热水、低品位烟气和蒸汽等，这些低温余热约占工业余热总量的50%。。然而低品位热能由于温度较低，基本不能被生产过程再利用。回收和利用这部分能源，既可减少能源的消耗，又可减少对环境的热污染，达到节能减排的效果。

有机朗肯循环可将低品位热能转化为电能，然而由于低品位热能的温度较低，导致有机朗肯循环的热功转化效率偏低，这限制了有机朗肯循环发电技术在低温热源中的推广应用。因此，国内外对该技术进行了大量的研究，主要体现在：工质的选择；膨胀机的优化设计与循环热力参数的优化；循环方式的改进，如采用双压循环代替单压循环，以提高系统的输出功率。对于低品位热能的回收利用，如何提高有机朗肯循环的整体性能是该技术能否推广应用的关键所在。

蒸汽压缩制冷是一种最常用的制冷方式，具有高效节能、结构简单、可靠性高等优点。然而该系统需要消耗高品位的电能，且在冷凝过程中向环境排放大量的冷凝废热，不仅造成能源浪费，还会给周边地区造成严重的热岛效应。

为此，将双压有机朗肯循环发电系统与蒸汽压缩制冷系统相结合，利用低品位热能驱动双压有机朗肯循环中的两个膨胀机。其中，高压膨胀机带动制冷系统的压缩机，而低压膨胀机带动发电机。同时，利用低温回热器回收制冷系统中的冷凝热，用于预热发电系统中的工质。此外，高温回热器进一步回收低温热源中的能量，提高低品位热能的整体利用效率。

发明内容

本发明提出了一种基于双压有机朗肯循环的冷热电联供系统，系统采用双压有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环耦合的方式，实现了低品位热能的高效利用，并能调节系统冷热电的输出比例。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于双压有机朗肯循环的冷热电联供系统，该系统包括低压工质泵，低温回热器，高压工质泵, 高温蒸发器，高压膨胀机, 低压膨胀机, 第一冷凝器, 低温蒸发器, 高温回热器, 发电机，压缩机,第二冷凝器, 节流阀，制冷蒸发器，传动装置。

本系统包括双压有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环。双压有机朗肯循环中，所述低压工质泵出口与所述低温回热器冷流体入口相连，所述低温回热器冷流体出口分别与所述高压工质泵入口、所述低温蒸发器入口相连，所述高压工质泵出口依次连接所述高温蒸发器、所述高压膨胀机，所述高压膨胀机出口与所述低温蒸发器出口相连，所述低温蒸发器出口与所述低压膨胀机入口相连，所述低压膨胀机出口与所述第一冷凝器入口相连，所述第一冷凝器出口与所述低压工质泵入口连接。

蒸汽压缩制冷循环中，所述压缩机出口与所述低温回热器热流体入口相连，所述低温回热器热流体出口与所述第二冷凝器入口相连，所述第二冷凝器出口与依次连接所述节流阀、所述制冷蒸发器，所述制冷蒸发器出口与所述压缩机入口连接。

所述高压膨胀机通过所述传动装置与所述压缩机连接；所述低压膨胀机与所述发电机同轴连接；低品位热能依次流经所述高温蒸发器、所述低温蒸发器、所述高温回热器，最后直接排向环境；冷却水依次流经所述第一冷凝器、所述高温回热器，最终供给用户。

本系统采用两个余热回收器，所述高温回热器用于低品位热能的进一步回收，以降低余热的排放温度，并为用户提供生活热水；所述低温回热器利用所述压缩机出口处工质的热量，预热有机朗肯循环中的工质，提高系统的整体效率。

本系统采用两个膨胀机，它们在不同压力下工作。所述高压膨胀机用于直接驱动所述的压缩机，使制冷工质在所述制冷蒸发器中蒸发吸热，获得冷能；所述低压膨胀机用于将回收的能量以电能形式输出。通过改变所述高压膨胀机与所述低压膨胀机的工作压力与工质流量，可调整系统冷热电的输出比例。

双压有机朗肯循环采用非共沸混合工质，进一步增加循环的发电量，同时降低传热过程中的不可逆损失；蒸汽制冷循环采用低沸点的纯工质，且工质具有良好的环保特性；该系统两个循环的运行压力都低于工质的临界压力，为亚临界循环。