耦合溴化锂吸收式制冷的卡琳娜循环余热发电系统的制作方法

本发明涉及余热发电技术领域，具体涉及一种耦合溴化锂吸收式制冷的卡琳娜循环余热发电系统。

背景技术：

余热广泛存在于各种工业过程和不同能源利用过程中，主要指废气、废水、固体废料、高温产品以及化学反应等过程中所携带或产生的、没有被能源利用手段加以利用的废弃能源，而这部分能源占据了燃料消耗总量的很大比例，因此，针对各类生产过程中所产生余热的回收利用技术，尤其是中低温余热回收利用技术的开发，得到了世界范围内的关注。

中低温余热发电技术是一种极具前景的余热回收利用技术，随着采用双工质发电的卡琳娜循环的提出和发展，中低温余热发电系统的发电效率得到了实质性地提高。不同于有机朗肯循环中等温等压的相变过程所造成的蒸发器和冷凝器之间的较大换热温差，由Alex Kalina博士于1983年提出的这种采用双工质发电的循环，采用氨水溶液作为循环工质，利用工质变温变压换热过程中氨水溶液浓度改变的特点，使系统高低温热源匹配更好，减少了换热过程中的不可逆损失，由此提高了系统的发电效率。此外，由于氨水溶液的临界温度较低，利用卡琳娜循环能够将中低温余热作为合适的热源，实现中低温余热回收发电。

溴化锂吸收式制冷循环采用溴化锂水溶液作为循环工质，以水作为制冷剂、溴化锂作为吸收剂的这种吸收式制冷循环，不需要依赖压缩机做功来为循环提供动力，由此减少系统消耗的电能，且与卡琳娜循环一样，均能使用中低温余热作为循环所需的驱动热能，实现中低温余热的回收利用。利用溴化锂吸收式制冷回收余热，所产生的低温工质作为卡琳娜循环发电系统的辅助冷源，提高系统发电效率，符合能量梯级利用的原则。

目前还没有一种设计能将二者有效合理的结合起来而用于余热回收领域，为此申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的方案便是这种背景下产生的。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种耦合溴化锂吸收式制冷的卡琳娜循环余热发电系统，以便提高余热回收效率和发电效率。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：一种耦合溴化锂吸收式制冷的卡琳娜循环余热发电系统，包括卡琳娜循环发电系统、溴化锂吸收式制冷系统和第二蒸发器；

所述卡琳娜循环发电系统包括第一蒸发器、气液分离器、透平、通过透平驱动的发电机、第一换热器、混合器、第二换热器和第一冷凝器；所述第一蒸发器上设置有第一蒸发器高温侧进口、第一蒸发器高温侧出口、第一蒸发器低温侧进口和第一蒸发器低温侧出口；所述气液分离器上设置有气液分离器气液混合进口、气液分离器气体出口和气液分离器液体出口；所述透平上设置有透平蒸汽进口和透平乏汽出口；所述第一换热器上设置有第一换热器高温侧进口、第一换热器高温侧出口、第一换热器低温侧进口和第一换热器低温侧出口；所述混合器上设置有混合器进口和混合器出口；所述第二换热器上设置有第二换热器高温侧进口、第二换热器高温侧出口、第二换热器低温侧进口和第二换热器低温侧出口；所述第一冷凝器上设置有第一冷凝器进口和第一冷凝器出口；所述第二蒸发器上设置有第二蒸发器高温侧进口、第二蒸发器高温侧出口、第二蒸发器低温侧进口和第二蒸发器低温侧出口；

所述第一蒸发器低温侧出口通过管道与气液分离器气液混合进口连通，所述气液分离器气体出口通过管道与透平蒸汽进口连通，所述透平乏汽出口通过管道与混合器进口连通；所述气液分离器液体出口通过管道与第一换热器高温侧进口连通，所述第一换热器高温侧出口通过管道也与混合器进口连通；所述混合器出口通过管道与第二换热器高温侧进口连通，所述第二换热器高温侧出口通过管道与第一冷凝器进口连通，所述第一冷凝器出口通过管道与第二蒸发器高温侧进口连通，所述第二蒸发器高温侧出口通过管道与第二换热器低温侧进口连通，在第二蒸发器高温侧出口与第二换热器低温侧进口的连通管道上设置有第一溶液泵，第一溶液泵进口与第二蒸发器高温侧出口连通，第一溶液泵出口与第二换热器低温侧进口连通；所述第二换热器低温侧出口通过管道与第一换热器低温侧进口连通，所述第一换热器低温侧出口通过管道与第一蒸发器低温侧进口连通；

所述溴化锂吸收式制冷系统包括再生器、第二冷凝器、吸收器和第三换热器；所述再生器上设置有再生器高温侧进口、再生器高温侧出口、再生器气体出口、再生器液体出口和再生器第二进口；所述第二冷凝器上设置有第二冷凝器进口和第二冷凝器出口；所述吸收器上设置有吸收器第一进口、吸收器第二进口和吸收器出口；所述第三换热器上设置有第三换热器高温侧进口、第三换热器高温侧出口、第三换热器低温侧进口和第三换热器低温侧出口；

所述再生器气体出口通过管道与第二冷凝器进口连通，所述第二冷凝器出口通过管道与第二蒸发器低温侧进口连通，所述第二蒸发器低温侧出口通过管道与吸收器第一进口连通，所述吸收器出口通过管道与第三换热器低温侧进口连通，在吸收器出口与第三换热器低温侧进口的管道上设置有第二溶液泵，第二溶液泵进口与吸收器出口连通，第二溶液泵出口与第三换热器低温侧进口连通，所述第三换热器低温侧出口通过管道与再生器第二进口连通；所述再生器液体出口通过管道与第三换热器高温侧进口连通，所述第三换热器高温侧出口通过管道与吸收器第二进口连通。

进一步，在第一换热器高温侧出口与混合器进口连通的管道上设置有第一节流阀，第一节流阀进口与第一换热器高温侧出口连通，第一节流阀出口与混合器进口连通。

进一步，在第二冷凝器出口与第二蒸发器低温侧进口连通的管道上设置有第二节流阀，第二节流阀进口与第二冷凝器出口连通，第二节流阀出口与第二蒸发器低温侧进口连通。

进一步，在第三换热器高温侧出口与吸收器第二进口连通的管道上设置有第三节流阀，第三节流阀进口与第三换热器高温侧出口连通，第三节流阀出口与吸收器第二进口连通。

进一步，余热介质传输总管道分别通过余热介质传输第一分支管道和余热介质传输第二分支管道与第一蒸发器高温侧进口及再生器高温侧进口连通，在余热介质传输总管道与余热介质传输第一分支管道及余热介质传输第二分支管道的连接处设置有管道连通控制组件。

进一步，所述管道连通控制组件包括三通、余热介质温度传输控制器和电源模块，余热介质传输总管道通过三通分别与余热介质传输第一分支管道和余热介质传输第二分支管道连通，所述余热介质温度传输控制器设置在三通与余热介质传输第二分支管道连通的一端，所述电源模块与余热介质温度传输控制器电连接。

进一步，所述余热介质温度传输控制器包括设置有单片机的主控制器、与单片机电信号连接的电磁阀控制模块、与单片机电信号连接的温度传感器、与单片机电信号连接的温度设定值范围调控模块、与单片机电连接的温度显示器以及设置在余热介质传输第二分支管道的电磁阀，所述电磁阀控制模块与电磁阀电连接。

进一步，在电磁阀的一侧通过管道并联设置有手动阀。

本发明的有益效果：

(1)采用溴化锂吸收式制冷所产生的低温工质作为卡琳娜循环发电系统的辅助冷源，同时，通过降低卡琳娜循环透平乏汽的压力来增大透平的膨胀比，从而增加卡琳娜循环的发电量，因此，本发明创造有效实现了系统发电效率的提高。

(2)系统运行条件容易实现，系统设备较少，系统流程简单、便于控制，系统投资、运行费用均较为合理。

(3)可灵活采用余热梯级利用的方式，将中低温余热分成较高温度和较低温度两个部分，先后给卡琳娜循环发电系统以及溴化锂吸收式制冷系统使用，可充分利用中低温余热，大大提高了余热利用效率。

(4)通过第二蒸发器将卡琳娜循环发电系统和溴化锂吸收式制冷系统耦合在一起，两套系统协同工作，大大提高了余热回收效率和发电效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明一种实施例的结构示意图。

图2为本发明一种实施例的管道连通控制组件的部分结构示意图。

图3为本发明一种实施例中管道连通控制组件控制原理示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示：本发明提供了一种耦合溴化锂吸收式制冷的卡琳娜循环余热发电系统，包括卡琳娜循环发电系统、溴化锂吸收式制冷系统和第二蒸发器9。

所述卡琳娜循环发电系统包括第一蒸发器1、气液分离器2、透平3、通过透平驱动的发电机18、第一换热器4、混合器6、第二换热器7和第一冷凝器8；所述第一蒸发器上设置有第一蒸发器高温侧进口1a、第一蒸发器高温侧出口1b、第一蒸发器低温侧进口1c和第一蒸发器低温侧出口1d；所述气液分离器上设置有气液分离器气液混合进口2a、气液分离器气体出口2b和气液分离器液体出口2c；所述透平上设置有透平蒸汽进口3a和透平乏汽出口3b；所述第一换热器上设置有第一换热器高温侧进口4a、第一换热器高温侧出口4b、第一换热器低温侧进口4c和第一换热器低温侧出口4d；所述混合器上设置有混合器进口6a和混合器出口6b；所述第二换热器上设置有第二换热器高温侧进口7a、第二换热器高温侧出口7b、第二换热器低温侧进口7c和第二换热器低温侧出口7d；所述第一冷凝器上设置有第一冷凝器进口8a和第一冷凝器出口8b；所述第二蒸发器上设置有第二蒸发器高温侧进口9a、第二蒸发器高温侧出口9b、第二蒸发器低温侧进口9c和第二蒸发器低温侧出口9d。第一蒸发器、第二蒸发器、第一换热器和第二换热器的内部均相互独立设置有高温介质通道和低温介质通道，高温介质通道与低温介质通道之间可使二者内部流通的介质进行冷热交换，高温侧进、出口分别与高温介质通道的两端连通，低温侧进、出口分别与低温介质通道的两端连通。

所述第一蒸发器低温侧出口通过管道与气液分离器气液混合进口连通，所述气液分离器气体出口通过管道与透平蒸汽进口连通，所述透平乏汽出口通过管道与混合器进口连通；所述气液分离器液体出口通过管道与第一换热器高温侧进口连通，所述第一换热器高温侧出口通过管道也与混合器进口连通，优选地，在该管道上设置有第一节流阀5，第一节流阀进口5a与第一换热器高温侧出口连通，第一节流阀出口5b与混合器进口连通，第一节流阀用于调控从第一换热器高温侧出口进入混合器6的氨水流量及氨水压强；所述混合器出口通过管道与第二换热器高温侧进口连通，所述第二换热器高温侧出口通过管道与第一冷凝器进口连通，所述第一冷凝器出口通过管道与第二蒸发器高温侧进口连通，所述第二蒸发器高温侧出口通过管道与第二换热器低温侧进口连通，在第二蒸发器高温侧出口与第二换热器低温侧进口的连通管道上设置有第一溶液泵10，第一溶液泵进口10a与第二蒸发器高温侧出口连通，第一溶液泵出口10b与第二换热器低温侧进口连通；所述第二换热器低温侧出口通过管道与第一换热器低温侧进口连通，所述第一换热器低温侧出口通过管道与第一蒸发器低温侧进口连通。

所述溴化锂吸收式制冷系统包括再生器11、第二冷凝器12、吸收器16和第三换热器14；所述再生器上设置有再生器高温侧进口11a、再生器高温侧出口11b、再生器气体出口11c、再生器液体出口11d和再生器第二进口11e；所述第二冷凝器上设置有第二冷凝器进口12a和第二冷凝器出口12b；所述吸收器上设置有吸收器第一进口16a、吸收器第二进口16b和吸收器出口16c；所述第三换热器上设置有第三换热器高温侧进口14a、第三换热器高温侧出口14b、第三换热器低温侧进口14c和第三换热器低温侧出口14d。第三换热器的内部相互独立设置有高温介质通道和低温介质通道，高温介质通道与低温介质通道之间可使二者内部流通的介质进行冷热交换，高温侧进、出口分别与高温介质通道的两端连通，低温侧进、出口分别与低温介质通道的两端连通。

所述再生器气体出口通过管道与第二冷凝器进口连通，所述第二冷凝器出口通过管道与第二蒸发器低温侧进口连通，优选地，在该管道上设置有第二节流阀13，第二节流阀进口13a与第二冷凝器出口连通，第二节流阀出口13b与第二蒸发器低温侧进口连通，第二节流阀用于调控从第二冷凝器出口进入第二蒸发器低温侧进口的冷凝水流量及水压；所述第二蒸发器低温侧出口通过管道与吸收器第一进口连通，所述吸收器出口通过管道与第三换热器低温侧进口连通，在吸收器出口与第三换热器低温侧进口的管道上设置有第二溶液泵17，第二溶液泵进口17a与吸收器出口连通，第二溶液泵出口17b与第三换热器低温侧进口连通，所述第三换热器低温侧出口通过管道与再生器第二进口连通；所述再生器液体出口通过管道与第三换热器高温侧进口连通，所述第三换热器高温侧出口通过管道与吸收器第二进口连通，在该管道上设置有第三节流阀15，第三节流阀进口15a与第三换热器高温侧出口连通，第三节流阀出口15b与吸收器第二进口连通，第三节流阀用于调控从第三换热器出口14b进入吸收器第二进口的浓溴化锂溶液的流量和速率。

参照图2，余热介质传输总管道A分别通过余热介质传输第一分支管道A1和余热介质传输第二分支管道A2与第一蒸发器高温侧进口及再生器高温侧进口连通，在余热介质传输总管道与余热介质传输第一分支管道及余热介质传输第二分支管道的连接处设置有管道连通控制组件19。

卡琳娜循环余热发电的具体过程为：第一蒸发器高温侧进口1a接收由余热介质传输第一分支管道A1传输的中低温余热介质且通过余热加热卡琳娜循环基液即氨水溶液，形成气液混合溶液，气液混合溶液从第一蒸发器低温侧出口1d流出、经气液分离器气液混合进口2a流入气液分离器2，气液分离器将氨水溶液进行气液分离；富氨蒸汽从气液分离器气体出口2b流出、经透平蒸汽进口3a流入透平，透平做功进而带动与透平连接的发电机18发电。

卡琳娜循环余热发电的具体介质流动和热交换过程为：气液分离后，氨水浓度变低，较高温的稀氨溶液从气液分离器液体出口流出、经第一换热器高温侧进口流入第一换热器的高温介质通道，再经第一换热器高温侧出口流出后、经混合器进口流入混合器，同时，透平做功后产生的乏汽经透平乏汽出口流出后、也经混合器进口流入混合器，在混合器内，由于温度相对较高，氨气溶解的量有限，因此，从混合器出口流出的仍为温度较高的气液混合的稀氨溶液，该气液混合的稀氨溶液经第二换热器高温侧进口流入第二换热器的高温介质通道，再依次流经第一冷凝器和第二蒸发器的高温介质通道后降温，氨气溶解，形成低温的浓氨溶液，该浓氨溶液经第一溶液泵泵送后依次流经第二换热器和第一换热器的低温介质通道，在第二换热器和第一换热器内，低温浓氨溶液与高温介质通道内的高温稀氨溶液进行冷热交换，低温浓氨溶液预热、升温后形成浓度适合的循环基液最终经第一蒸发器低温侧进口流入第一蒸发器，如此反复，循环发电，其中第一溶液泵为卡琳娜基质的循环流动提供动力。

溴化锂吸收式制冷的具体介质流动和热交换过程为：一方面，再生器高温侧进口11a接收由余热介质传输第二分支管道A2传输的中低温余热介质且通过余热加热溴化锂吸收式制冷系统工质即溴化锂溶液加热产生的水蒸气从再生器气体出口11c流出、经第二冷凝器进口12a流入第二冷凝器12，第二冷凝器将水蒸汽冷凝成冷剂水，冷剂水从第二冷凝器出口12b流出、经第二蒸发器低温侧进口流入第二蒸发器9的低温介质通道，吸热变成水蒸汽后再经第二蒸发器低温侧出口流出、经吸收器第一进口流入吸收器。另一方面，高温的浓溴化锂溶液从再生器液体出口流出、经第三换热器高温侧进口流入第三换热器的高温介质通道，再从第三换热器高温侧出口流出、经吸收器第二进口流入吸收器，在吸收器内，浓溴化锂溶液吸收水蒸汽而使其溶液浓度逐步降低变成溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液在第二溶液泵的泵送下，经第三换热器低温侧进口流入第三换热器的低温介质通道后再经再生器第二进口流入再生器，如此循环吸收式制冷，其中第二溶液泵为溴化锂吸收式制冷工质的循环流动提供动力。

在第二蒸发器内，流经低温介质通道的水冷剂与流经高温介质通道的浓氨溶液进行冷热交换，通过水冷剂吸收浓氨溶液的热量，水冷剂充当卡琳娜循环发电系统的辅助冷源，有利于降低卡琳娜循环透平乏汽的压力来增大透平的膨胀比，从而增加了卡琳娜循环的发电量、有效提高了发电效率。

在第三换热器内，高温的浓溴化锂溶液与低温的稀溴化锂溶液进行冷热交换，低温的稀溴化锂溶液升温后形成浓度适合的循环基液。

优选地，第一蒸发器1、第一换热器4、第二换热器7、第一冷凝器8、第二蒸发器9、再生器11、第二冷凝器12、第三换热器14及吸收器16均采取间接接触式换热方式。

优选地，第一冷凝器8、第二冷凝器12及吸收器16均采取冷却水进行冷却的方式。

作为对上述技术方案的进一步改进，参照图2、图3所示，卡琳娜循环系统余热介质传输第一分支管道A1与溴化锂吸收式制冷系统余热介质第二分支传输管道A2通过管道连通控制组件19并联入余热介质传输总管道A，其中，管道连通控制组件19包括三通、余热介质温度传输控制器，余热介质从余热介质传输总管道A流经三通，并经三通分流向卡琳娜循环系统余热介质传输第一分支管道A1及溴化锂吸收式制冷系统余热介质传输第二分支管道A2，三通连接溴化锂吸收式制冷系统余热介质传输第二分支管道A2的那一端设置有与电源模块电连接的余热介质温度传输控制器。其中，余热介质温度传输控制器包含设置有单片机19c的主控制器、与单片机19c电信号连接的电磁阀控制模块19g、与单片机19c电信号连接的温度传感器19e、与单片机19c电信号连接的温度设定值范围调控模块19d、与单片机电连接的温度显示器19f以及设置在余热介质传输第二分支管道的电磁阀19a，其中电磁阀控制模块19g与电磁阀19a电连接。

温度传感器19e检测管道通路中的余热介质温度并电连接信号传输给单片机19c，单片机19c将其解码运算后电连接信号传输给温度显示器19f，温度显示器19f显示余热介质实时温度，工作者依据显示的余热介质实时温度操纵温度设定值范围调控模块19d设定目标范围值。如余热介质温度在较高且回收利用价值大时，宜采取余热梯级利用的方式即介质余热先被卡琳娜系统循环回收利用，后被溴化锂吸收式制冷利用。

基于单片机19c的数据通讯协议设定，工作者根据温度显示器19f显示的余热介质温度并结合实际情况操纵温度设定值范围调控模块19d，设定一个较适合的低于余热介质的温度数值，温度设定值范围调控模块19d电连接信号传输给单片机19f，单片机19f经数模转换器接收处理电信号并通过放大电路将执行命令电连接信号传输给电磁阀控制模块19g，通过电磁阀控制模块19g控制电磁阀19a的打开与闭合。当温度设定值范围调控模块19d设定的温度数值低于余热介质温度时，电磁阀控制模块19g控制电磁阀19a闭合，此时余热介质只流向卡琳娜循环系统余热介质传输第一分支管道A1，先被卡琳娜系统循环回收利用，后被溴化锂吸收式制冷利用形成串级利用余热介质发电的耦合状态。当余热介质逐渐降温,若余热介质温度低于温度设定值范围调控模块19g设定的温度时，电磁阀控制模块19g控制电磁阀19a打开，余热介质分流向卡琳娜循环系统余热介质传输第一分支管道A1及溴化锂吸收式制冷系统余热介质传输第二分支管道A2形成并级利用余热介质发电的耦合状态。

为保障卡琳娜循环系统与溴化锂吸收式制冷系统耦合并级利用有序进行，在电磁阀19a的一侧通过管道并联有一手动阀19b，当电磁阀19a故障、停电或根据实际需求时可以开启手动阀19b保持管道通路通畅。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。