一种低温余热驱动的热电并供方法及实现该方法的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及余热回收技术领域，涉及低温余热驱动的热电并供方法及其实现系统。
【背景技术】
[0002]近些年来，我国经济高速发展，能源消耗量巨大，同时也存在能源消费结构不合理、能源利用率不高的问题；同时，由于传统能源的大量消耗带来的环境污染问题也日益严重，如何高效利用能源、减轻环境污染已成为目前亟待解决的重要问题之一。
[0003]人类的生产、生活中存在大量需要加热的过程，如化工、印染、纺织、造纸、纤维、皮革、陶瓷加工等生产过程，存在大量对热能品位要求不高的加热生产过程，同时其生产过程中排放大量60?100°C的热水，没有得到利用。这些生产过程一般是以消耗高品位能源为代价的化石燃料燃烧或电加热等传统方式供热的，不仅降低了能源的利用品位，同时也造成了大量余热资源的浪费，对环境造成了一定程度的热污染。
[0004]有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)作为一种能将低品位热能转化为高品位电能或动力的技术，成为低品位能源利用技术的首选。热泵技术作为一项高效的供热技术，通过消耗一部分高品位能量，将低温热源中储存的低品位热能转化为高品位热能，实质是一种能量品位提升技术。在合适的条件下，将热泵与有机朗肯循环技术结合，不仅可以满足生产热能的需求，还可以减少外界电能或化石能源的消耗，提高能源利用率，避免温室效应和大气污染，对节能减排和改善环境方面具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种低温余热驱动的热电并供系统，本系统为有机朗肯循环与热泵循环相结合的系统，该系统可以利用低温余热流，实现热、电并供。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]一种低温余热驱动的热电并供方法，将汇集的包含低品位余热的热流分为两股分别注入两个子系统；一股热流进入发生器作为有机朗肯循环系统的热源，另一股热流进入蒸发器作为热泵系统的低温热源；将两个子系统通过传动装置连接，使有机朗肯循环系统的膨胀机所做的功一部分驱动压缩机，满足热泵循环的动力需求，剩余部分的功驱动发电机发电，从而实现系统的热、电并供。
[0008]进一步，调节进入所述两个子系统的热流流量，实现不同热电比的输出以满足用户不同需求。
[0009]当系统输出的高品位热量多于生产、生活过程所需要的热量时，通过调节进入热泵循环的低品位热流量，使得热泵系统所输出的高品位热量满足用户的高温热需求，剩余的低品位热流进入有机朗肯循环系统的发生器，与有机工质进行热量交换，将其转化为高温高压的气态工质，驱动膨胀机做功，膨胀机所做的功一部分驱动压缩机转动，剩余部分的功驱动发电机发电，实现热、电联产。
[0010]所述包含低品位余热的热流是指温度不低于60°C的热流，优选60?110°C的热流。余热温度可根据实际需求而适当调整，温度上限与目前高温压缩机的性能相关。若余热温度太低，会降低系统性能；若余热温度太高，对热泵循环压缩机的要求更高，故通常所述低品位余热的温度范围在60?110°C范围内为宜。
[0011]所述包含低品位余热的热流不限于低品位热水，只要是包含低品位余热的热流均可。
[0012]一种实现上述方法的低温余热驱动的热电并供系统，包括有机朗肯循环子系统与热泵循环子系统；
[0013]所述有机朗肯循环子系统由发生器、发电机、膨胀机、回热器、低温冷凝器、工质泵、流量调节阀和流量计组成，由发生器出来的管路依次将所述膨胀机、回热器、低温冷凝器、回热器及工质泵顺次连接，最后回到发生器，构成有机朗肯循环回路；其中发电机与膨胀机传动连接，流量调节阀和流量计通过管路与发生器相连，热流进入发生器的管路上设有第一流量调节阀与第一流量计，实现有机朗肯循环子系统的余热流量调节；
[0014]低温冷凝器外接循环冷却水；
[0015]在所述有机朗肯循环子系统及各管路中设有有机朗肯循环子系统工质，实现该循环的能量转移与传递；
[0016]所述热泵循环子系统由蒸发器、压缩机、高温冷凝器、节流阀、流量调节阀和流量计组成，由所述蒸发器一侧出口出来的管路将压缩机、高温冷凝器及节流阀顺次连接，最后回到蒸发器，构成热泵循环回路；热流进入蒸发器的管路上设有第二流量调节阀与第二流量计，实现余热流向热泵子系统热量的调节；
[0017]在所述热泵循环子系统及各管路中设有热泵循环子系统工质，实现该循环的能量转移与传递；
[0018]所述有机朗肯循环子系统与热泵循环子系统通过传动装置连接。
[0019]所述传动装置为联轴器或键，该传动装置一端与膨胀机的轴连接，另一端与压缩机的轴连接，使膨胀机与压缩机实现同轴运转。
[0020]所述膨胀机采用径向轴流式透平膨胀机，压缩机采用离心式压缩机，膨胀机的轴通过传动装置将透平所做的功传送至压缩机的轴，驱动压缩机压缩。
[0021]所述的有机朗肯循环子系统中的有机工质为R134a或R245fa ;热泵循环子系统的制冷剂工质为R245fa、R143或R600。
[0022]一种使用上述热电并供系统进行低温余热驱动的热电并供方法，回收的低品位热流分为两股热流分别进入有机朗肯循环子系统和热泵循环子系统；一股热流通过第一流量调节阀进入发生器，与有机朗肯循环子系统内的有机工质进行热量交换；另一股热流通过第二流量调节阀进入蒸发器，与热泵循环子系统内的工质进行热量交换；有机朗肯循环子系统内的有机工质充分吸收热流的热量后变成高温高压的气态工质，驱动膨胀机对外做功，膨胀机所做的功一部分通过传动装置驱动与其同轴连接的热泵循环压缩机，另一部分功驱动发电机发电，做功后的有机工质在回热器中与工质泵出口的液态有机工质进行热量交换，换热后的低压有机工质经过低温冷凝器冷凝放热，经工质泵增压进入回热器，然后进入发生器，从而构成有机朗肯循环；另一股热流作为热泵循环的低温热源，热泵循环子系统内的工质在蒸发器中吸收热流的热量后被压缩机提升压力和温度，压缩机的动力来源于膨胀机的输入功，高温高压工质进入高温冷凝器与待加热介质充分换热，换热后的工质经过节流阀节流后进入蒸发器，从而构成热泵循环。
[0023]一种使用上述热电并供系统进行低温余热驱动的热电并供方法:当使用上述低品位余热驱动的热电联产系统输出的高品位热量多于生产、生活过程所需要的热量，通过第二流量调节阀调节进入热泵循环的低品位热流量，使得热泵系统所输出的高品位热量满足用户的高温热需求，剩余的低品位热流进入有机朗肯循环系统的发生器，与有机工质进行热量交换，将其转化为高温高压的气态工质，驱动膨胀机做功，膨胀机所做的功一部分驱动压缩机转动，剩余部分的功驱动发电机发电实现热、电联产。
[0024]由于采用上述方案，本发明的有益效果是:
[0025](I)可为生产工艺提供高温热源，实现了低品位热流的回收利用，减少了电能或化石燃料的消耗，满足了生产中的热能需求，实现了热、电联供；
[0026](2)可以调节进入两个子系统的热流流量，实现不同热电比的输出，满足用户的不同需求；
[0027](3)免除了低品位热水排放造成的热污染及化石燃料燃烧造成的温室效应和大气污染，实现了节能减排。
【附图说明】
[0028]图1为本发明一种实施例的结构示意图。
[0029]附图标记:1、第一热流；2、发生器；3、第一流量计；4、发电机；5、第一流量调节阀；
6、余热流；7、传动装置；8、第二流量调节阀；9、第二流量计；10、蒸发器；11、第二热流；12、节流阀；13、待加热工质；14、高温冷凝器；15、加热后工质；16、热泵循环工质；17、压缩机；
18、膨胀机；19、回热器；20、有机工质；21、冷却水；22、低温冷凝器；23工质泵。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0031]实施例
[0032]一种低温余热驱动的热电并供系统，如图1所示，包括有机朗肯循环子系统(ORC系统)与热泵循环子系统(HP系统)。
[0033]有机朗肯循环子系统由发生器2、发电机4、膨胀机18、回热器19、低温冷凝器22、工质泵23、流量调节阀5和流量计3组成，由发生器2出来的管路依次将膨胀机18、回热器
19、低温冷凝器22、回热器19及工质泵23顺次连接，最后回到发生器2，构成有机朗肯循环回路。其中发电机4与膨胀机18传动连接，所述的第一热流I进入发生器2的管路上设有第一流量调节阀5与第一流量计3。实现有机朗肯循环子系统的余热流量的调节。
[0034]低温冷凝器22外接循环冷却水21。
[0035]有机朗肯循环子系统工质存在于该子系统各管路中，实现该循环的能量转移与传递，热泵循环子系统工质存在于其对应的子系统管路中。
[0036]热泵循环子系统由蒸发器10、压缩机17、高温冷凝器14节流阀12流量调节阀8和流量计9组成；
[0037]由蒸发器10 —侧出口出来的管路将压缩机17、高温冷凝器14及节流阀12顺次连接，最后回到蒸发器10，构成热泵循环回路。第二热流11进入蒸发器10的管路上设有第二流量调节阀8与第二流量计9，实现余热流向热泵子系统热量的调节。
[