[发明专利]利用中低温热源的氨水工质冷热电联供系统及其工作方法

说明书

本发明公开的一种利用中低温热源的氨水工质冷热电联供系统及其工作方法，属于中低温热源回收利用与动力工程技术领域。采用氨水作为循环工质，将Kalina循环、氨水吸收式制冷循环和氨水吸收式热泵循环三者进行有机集成，形成一种用于中低温热源的新型氨水工质冷热电联供系统，可为用户提供电能、冷能和热能。该系统具有发电、冷电和热电三种运行模式，比如我国所在地区可在春秋季节运行发电模式，在夏季运行冷电模式，在冬季运行热电模式。该系统满足了用户对不同种类能量的需求，实现了能源的梯级利用，提高了中低温热源的能源利用效率。

技术领域

本发明属于中低温热源回收利用与动力工程技术领域，具体涉及一种利用中低温热源的氨水工质冷热电联供系统及其工作方法。

背景技术

随着人类对能源需求的不断增长，大规模地燃烧化石能源已对大气环境和生态环境造成了严重影响，人们越来越担心大量使用传统化石能源所带来的资源枯竭和环境污染问题。在这种情况下，开发利用可再生能源和回收利用工业余热越来越受到世界各国的重视。可再生能源和工业余热的开发利用对于节约化石能源和保护生态环境以及降低二氧化碳排放，起到至关重要的作用。可再生能源如地热能、太阳能等和工业余热在作为热源利用时，常被划分为中低温热源。目前对中低温热源的利用主要集中在发电、制冷和供热等方面。

1)发电

中低温热源发电主要是通过一些使用低沸点工作介质(如有机物、氨水等)的特殊热力循环进行发电，主要包括有机朗肯循环和Kalina循环。有机朗肯循环系统如图1所示，中低温热源在蒸发器中释放热量，有机工质在蒸发器中吸热蒸发至饱和态或过热态，然后进入有机透平中膨胀做功，驱动发电机发电，透平排气进入冷凝器冷却为液态，再经过增压泵升压后，返回蒸发器继续吸热，开始下一次循环。Kalina循环系统如图2所示，中低温热源在蒸发器中释放热量，氨水基本溶液在蒸发器中吸热至两相态，然后进入氨水分离器中分离成富氨蒸汽和贫氨溶液。富氨蒸汽进入氨水透平中膨胀做功，驱动发电机发电，贫氨溶液经过节流阀降压后，与透平排气重新混合成两相态氨水基本溶液。该氨水基本溶液进入冷凝器冷却为液态，然后经过增压泵升压后，返回蒸发器继续吸热，开始下一次循环。

2)制冷

中低温热源制冷主要是通过吸收式制冷循环产生冷量，工质可采用溴化锂水溶液或者氨水溶液。此处以氨水吸收式制冷循环为例，其系统如图3所示，中低温热源在发生器中释放热量，氨水溶液在发生器中吸热蒸发，产生的氨蒸气进入冷凝器冷却为液态，然后经过节流阀降压降温后，进入蒸发器吸热产生冷量，生成冷空气或者冷媒水供用户使用。发生器中剩余的稀氨溶液经过节流阀降压后，进入吸收器中吸收来自蒸发器的饱和氨气，同时放出热量被冷却水带走，重新生成的氨水溶液经过增压泵升压后，重新回到发生器中，开始下一次循环。

3)供热

中低温热源供热主要是通过吸收式热泵循环产生热能，工质可采用溴化锂水溶液或者氨水溶液。此处以氨水吸收式热泵循环为例，其系统如图4所示，氨水吸收式热泵循环需要温度一高一低两个热源，高温热源在发生器中放热，低温热源在蒸发器中放热。氨水溶液在发生器中吸热蒸发，产生的氨蒸气进入冷凝器中释放热量，然后经过节流阀降压后进入蒸发器中吸热至饱和气体。发生器中剩余的稀氨溶液经过节流阀降压后，进入吸收器中吸收来自蒸发器的饱和氨气，同时释放热量，重新生成的氨水溶液经过增压泵升压后，重新回到发生器中，开始下一次循环。用户所需热能的载流体(水或空气)依次经过吸收器和冷凝器吸热，然后送往用户使用。

但是上述对于中低温热源的利用形式较为单一，且利用率较低，无法满足当前生活中用户在不同季节下对冷、热、电等能量的不同需求。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用中低温热源的氨水工质冷热电联供系统及其工作方法，能够根据用户在不同季节下对能量的实际需求切换工作模式，满足了用户对不同种类能量的需求，实现了中低温热源的梯级利用且利用率高。

本发明通过以下技术方案来实现：