一种有机朗肯循环与热泵驱动的热电联供系统的制作方法

本实用新型涉及一种热电联供系统。

背景技术：

余热资源作为一种典型的二次能源，与工业社会中的各个生产过程紧密相关，是一次能源在能量转换过程中因为燃烧换热不充分等原因剩余的未能使用的热量，在工业化的生产流程中大量产生并排入到环境中产生热污染。回收工业生产过程中的余热是提高能源利用效率保护环境的重要途径。

我国正处于能源低碳转型的关键阶段，而目前我国的工业能耗占社会能源消耗总量的70％以上，其中的50％以上的工业能耗可以转化为载体不同、温度不同的工业余热，且大部分可回收用于供暖或发电。有机朗肯循环是进行低温工业余热回收的有效手段之一，目前有机朗肯循环机组的能源回收效率仅在10％左右，仍有大量的工业余热没有得到充分利用。

技术实现要素：

本实用新型是要解决现有的工业余热没有得到充分利用的问题，提供一种有机朗肯循环与热泵驱动的热电联供系统。

本实用新型有机朗肯循环与热泵驱动的热电联供系统包括有机朗肯循环单元、水循环单元及热泵循环单元。

所述的有机朗肯循环单元包括：第一蒸发器、透平、发电机、第一冷凝器、储液罐和工质泵，所述第一蒸发器、透平、第一冷凝器、储液罐和工质泵由金属管道依次串联形成有机朗肯循环单元；

所述的水循环单元包括：水泵、第一冷凝器、第二蒸发器和水箱，所述水泵、第一冷凝器、第二蒸发器和水箱由金属管道依次串联形成水循环单元；

所述的热泵循环单元包括：节流阀、第二蒸发器、压缩机和第二冷凝器，所述节流阀、第二蒸发器、压缩机和第二冷凝器由金属管道依次串联形成热泵循环单元；

所述的有机朗肯循环与热泵驱动的热电联供系统，有机朗肯循环单元满足用户的用电需求，热泵循环单元满足用户的热需求；

所述的有机朗肯循环单元的发电机与透平同轴连接。

所述的透平与压缩机之间设有传动装置，该传动装置一端与透平的轴连接，另一端与压缩机的轴连接，实现透平与压缩机的同轴运转，在工作状态下，透平拖动发电机发电并通过传动装置驱动压缩机运行。

所述的透平采用径流向心式透平，压缩机采用离心式压缩机，传动装置采用联轴器。

所述的有机朗肯循环单元与热泵循环单元采用相同的有机工质，所述的循环工质为 R134a或R245fa。

工作时，余热资源进入第一蒸发器作为有机朗肯循环单元的热源，水循环单元的水在第一冷凝器内吸收有机朗肯循环单元透平出口的乏气余热，吸热升温后的水循环单元的水进入第二蒸发器作为热泵循环单元的热源。有机朗肯循环单元的透平与热泵循环单元的压缩机同轴相连，透平所做的功一部分驱动发电机发电，另一部分驱动压缩机驱动热泵循环单元，从而实现系统的热电联供。

使用上述热电联供系统进行余热回收利用的热电联供方法，具体为：

回收的余热资源进入第一蒸发器与有机朗肯循环单元内的有机工质进行换热后余热资源流回余热处理端进行排放，有机工质转变为高温气态工质后，进入透平从而带动透平旋转做功，透平带动发电机发电，经透平做功后的低温低压气态有机工质进入第一冷凝器内被水循环单元的水冷凝为低温液态工质，低温液态有机工质再经由工质泵加压进入第一蒸发器，完成有机朗肯循环单元，实现供电。

水循环单元的水储存在水箱中，由水泵加压做功后流入第一冷凝器吸收有机朗肯循环单元透平出口的有机工质乏气余热，然后流入第二蒸发器将热量传递给热泵循环单元的有机工质后流回水箱，完成水循环单元。

热泵循环单元的有机工质在第二蒸发器中与水循环中的水换热升温后，进入压缩机后转变为高温高压气态有机工质，高温高压气态有机工质进入第二冷凝器与待加热介质换热，换热后，待加热介质吸收气态有机工质热量流入用户用热端完成供热，高温高压气态有机工质转变为低温液态有机工质流入节流阀转变为低温低压液态有机工质后流入第二蒸发器，完成热泵循环单元，实现供热。

本实用新型的有益效果：

有机朗肯循环低温余热发电技术是回收低温余热的有效手段，有机朗肯循环发电装置利用沸点低的有机工质为循环介质对工业余热进行回收。热泵技术是高效的供热技术，通过消耗一部分高品位能量从低温热源吸取能量并输送到高温热源加以利用。将有机朗肯循环技术与热泵技术相结合，可合理实现余热资源的梯级利用，减少额外电能与化石能源的消耗，从而减小对环境的破坏。

本实用新型通过设立有机朗肯循环单元和热泵循环单元的热电联供系统，采用有机朗肯循环单元吸收余热资源完成发电，并通过水循环单元将有机朗肯循环单元未完全利用的余热资源热量传递给热泵循环单元完成供暖，实现了余热资源的梯级利用。

本实用新型通过有机朗循环与热泵的联合循环，余热利用率可达到20％-30％左右实现了余热资源的充分回收利用。通过透平与压缩机的同轴连接，节省设备占据空间约20％，同时减少了额外的驱动压缩机电能消耗，减少了对环境的热污染。

附图说明

图1为有机朗肯循环与热泵驱动的热电联供系统的示意图。

具体实施方式

本实用新型技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式有机朗肯循环与热泵驱动的热电联供系统包括有机朗肯循环单元、水循环单元及热泵循环单元；

所述的有机朗肯循环单元包括第一蒸发器2、透平16、发电机17、第一冷凝器15、储液罐5和工质泵4，所述第一蒸发器2、透平16、第一冷凝器15、储液罐5和工质泵4 由金属管道依次串联形成有机朗肯循环单元；所述发电机17与透平16同轴连接；

所述的水循环单元包括水泵6、第一冷凝器15、第二蒸发器10和水箱7，所述水泵6、第一冷凝器15、第二蒸发器10和水箱7由金属管道依次串联形成水循环单元；

所述有机朗肯循环单元和水循环单元共用第一冷凝器15；

所述的热泵循环单元包括节流阀8、第二蒸发器13、压缩机12和第二冷凝器10，所述节流阀8、第二蒸发器13、压缩机12和第二冷凝器10由金属管道依次串联形成热泵循环单元；

所述水循环单元和热泵循环单元共用第二蒸发器13；

所述的透平16与压缩机12之间设有传动装置14，传动装置14一端与透平16的轴连接，另一端与压缩机12的轴连接。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述透平16采用径流向心式透平。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述压缩机12采用离心式压缩机。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述传动装置 14采用联轴器。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的有机朗肯循环单元与热泵循环单元采用相同的有机工质。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述的有机工质为R134a 或R245fa。其它与具体实施方式五相同。

下面对本实用新型的实施例做详细说明，以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

结合图1说明本实施例，本实施例有机朗肯循环与热泵驱动的热电联供系统，该系统包括有机朗肯循环单元、水循环单元及热泵循环单元。有机朗肯循环单元满足用户的用电需求，热泵循环单元满足用户的热需求。

有机朗肯循环单元由第一蒸发器2、透平16、发电机17、第一冷凝器15、储液罐5 和工质泵4组成，所述第一蒸发器2、透平16、第一冷凝器15、储液罐5和工质泵4由金属管道依次串联连接，发电机17与透平16同轴连接；

水循环单元包括由水泵6、第一冷凝器15、第二蒸发器13和水箱7组成，所述水泵 6、第一冷凝器15、第二蒸发器13和水箱7由金属管道依次串联连接。

热泵循环单元由节流阀8、第二蒸发器13、压缩机12和第二冷凝器10组成，所述节流阀8、第二蒸发器13、压缩机12和第二冷凝器10由金属管道依次串联连接。

有机朗肯循环单元与热泵单元通过透平16与压缩机12之间的传动装置14连接，该传动装置14一端与透平16的轴连接，另一端与压缩机12的轴连接，实现透平16与压缩机12的同轴运转，在工作状态下，透平16拖动发电机17发电并通过传动装置14驱动压缩机12运行。

所述的透平16采用径流向心式透平，压缩机12采用离心式压缩机，传动装置14采用联轴器。

所述的有机朗肯循环单元与热泵循环单元采用相同的有机工质，循环工质为R134a 或R245fa。

本实施例中热电联供系统进行余热回收利用的热电联供方法：回收的余热资源1进入第一蒸发器2，与有机朗肯循环单元内的有机工质进行换热后余热资源1流回余热处理端3进行排放，有机工质转变为高温气态工质后，进入透平16从而带动透平16旋转做功，透平16带动发电机17发电，经透平16做功后的低温低压气态有机工质进入第一冷凝器 15内被水循环单元的水冷凝为低温液态工质，低温液态有机工质再经由工质泵4加压进入第一蒸发器2，完成有机朗肯循环单元，实现供电。

水循环单元的水储存在水箱7中，由水泵6加压做功后流入第一冷凝器15吸收有机朗肯循环单元透平16出口的有机工质乏气余热，然后流入第二蒸发器13将热量传递给热泵循环单元的有机工质后流回水箱7，完成水循环单元。

热泵循环单元的有机工质在第二蒸发器13中与水循环中的水换热升温后，进入压缩机12后转变为高温高压气态有机工质，高温高压气态有机工质进入第二冷凝器10与待加热介质9换热，换热后，待加热介质9吸收气态有机工质热量流入用户用热端11完成供热，高温高压气态有机工质转变为低温液态有机工质流入节流阀8转变为低温低压液态有机工质后流入第二蒸发器13，完成热泵循环单元，实现供热。

工作时，余热资源进入第一蒸发器作为有机朗肯循环单元的热源，水循环单元的水在第一冷凝器内吸收有机朗肯循环单元透平出口的乏气余热，吸热升温后的水循环单元的水进入第二蒸发器作为热泵循环单元的热源。有机朗肯循环单元的透平与热泵循环单元的压缩机同轴相连，透平所做的功一部分驱动发电机发电，另一部分驱动压缩机驱动热泵循环单元，从而实现系统的热电联供。

本实施例通过有机朗循环与热泵的联合循环，余热利用率可达到20％-30％左右。本实施例不仅实现了余热资源的充分回收利用，节省成本与空间，节省设备占据空间约20％，同时减少了额外的驱动压缩机电能消耗，减少了对环境的热污染。