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CN109631393A - 烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置 - Google Patents

烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置 Download PDF

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CN109631393A CN201811430029.8A CN201811430029A CN109631393A CN 109631393 A CN109631393 A CN 109631393A CN 201811430029 A CN201811430029 A CN 201811430029A CN 109631393 A CN109631393 A CN 109631393A
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刘楠
靳智平
张培华
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Abstract

本发明烟气余热和太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置，属于烟气余热利用制冷技术领域；提供一种充分利用烟气余热和太阳能的吸收式溴化锂制冷装置；技术方案为：包括溴化锂溶液循环单元、制冷剂循环单元、烟气余热循环单元以及太阳能集热循环单元；溴化锂溶液循环单元用于通过吸收器中吸收蒸发器中的冷剂，在高压发生器中吸收高温热源使溶液和溶剂分离，产生的冷剂蒸气进入冷凝器，浓缩的溶液通过热交换器进入吸收器；制冷剂循环单元用于冷剂的冷凝与蒸发，提供所需要的冷量；烟气余热循环单元作为主要的驱动能源，加热溴化锂稀溶液产生冷剂蒸气和浓溶液；太阳能集热循环单元作为辅助驱动能源，利用太阳能作为第二低压发生器的热源。

Description

烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置
技术领域
本发明烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置，属于烟气余热利用制冷技术领域。
背景技术
溴化锂吸收式制冷机组在目前中国国情下有巨大的发展潜力，机组在余热利用方面有巨大优势，溴化锂吸收式制冷机组利用低品位的热能作为驱动能源，与蒸气压缩式制冷机组相比，节省了巨大的电能；此外，溴化锂溶液为目前暖通空调领域的吸收式制冷常用的工质对，溴化锂溶液化学性质稳定、无毒、不会发生爆炸危险，不会产生温室效应且不会对臭氧层产生破坏，制冷剂来源广泛，成本低，符合环保、节能的要求。
在我国目前的能源结构中，燃煤锅炉占到70%，燃煤锅炉需要的煤量大，但热效率普遍较低，运行效率只有60%-75%。此外，锅炉燃煤产生的烟气所带有的能量占到15%，烟气温度高达500-600K，这部分能量如果不加以利用直接排放到大气中所造成的能量损失非常之巨大。
近年来，随着经济的快速发展，能源消耗量也越来越大，面对尤为严峻的能源危机，太阳能以其清洁无污染和资源丰富的优势被认为是具有巨大发展潜力的可再生能源和清洁能源，受到广泛的青睐。但太阳能本身存在一个缺陷：太阳能辐射不稳定性，太阳能辐射强度呈现无规律的变化趋势，无法为系统提供持续的驱动能源。
发明内容
本发明烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置，克服了现有技术存在的不足，将锅炉产生的高温烟气作为双效溴化锂吸收式制冷的驱动能源，充分利用烟气中的能量，在节约能源的同时提高了能源利用率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置，包括溴化锂溶液循环单元、制冷剂循环单元、烟气余热循环单元和太阳能集热循环单元，
溴化锂溶液循环单元用于通过吸收器中吸收蒸发器中的冷剂，在高压发生器中吸收高温热源使溶液和溶剂分离，产生的冷剂蒸气进入冷凝器，浓缩的溶液通过热交换器进入吸收器；
制冷剂循环单元用于冷剂的冷凝与蒸发，提供所需要的冷量；
烟气余热循环单元作为主要的驱动能源，加热溴化锂稀溶液产生冷剂蒸气和浓溶液；
太阳能集热循环单元作为辅助驱动能源，利用太阳能作为第二低压发生器的热源。
进一步，所述太阳能集热循环单元包括第二低压发生器、太阳能集热器、热水泵和蓄热水箱；太阳能集热器的出水口与热水泵进水口相连接，热水泵出水口与蓄热水箱进水口相连，蓄热水箱出水口与第二低压发生器管程进口端相连接，第二低压发生器管程出口端与太阳能集热器进水口相连。
进一步，所述溴化锂溶液循环单元包括包括高压发生器、平衡阀、第一低压发生器、第一流量调节阀、吸收器、吸收器泵、第二流量调节阀、高温溶液热交换器、第三流量调节阀和低温溶液热交换器,吸收器的溶液出口端与吸收器泵的进口端相连，吸收器泵的出口端分为两支路，一条支路与高温溶液热交换器(13)的壳程第一进口端连接，另一支路与第三流量调节阀(14)的一端相连；高温溶液热交换器(13)的壳程第一出口端与高压发生器(2)的溶液进口端相连接，高压发生器(2)的溶液出口端与平衡阀(3)的一端相连，平衡阀(3)的另一端与第一低压发生器(4)的溶液进口端相连接，第一低压发生器(4)的溶液出口端与高温溶液热交换器(13)的壳程第二进口端相连接，高温溶液热交换器(13)的壳程第二出口端与第二流量调节阀(11)的一端相连接，第二流量调节阀(11)的另一端与吸收器(9)的第一进口端相连，完成了一条支路的循环；另一支路与第三流量调节阀(14)进口端相连接，第三流量调节阀(14)的出口端与低温溶液热交换器(16)的壳程进口端相连，低温溶液热交换器(16)的壳程出口端与所述第二低压发生器(15-1)溶液的进口端相连，所述第二低压发生器(15-1)的溶液出口端与低温溶液热交换器(16)的管程进口端相连接，低温溶液热交换器(16)的管程出口端与第一流量调节阀(8)的进口端相连，第一流量调节阀的(8)出口端与吸收器(9)的第二进口端相连，完成另一支路的循环。
进一步，所述制冷剂循环单元包括冷凝器、膨胀阀和蒸发器，高压发生器蒸汽出口端与第一低压发生器蒸汽进口端相连接，第一低压发生器蒸汽出口端与冷凝器壳程第一进口端相连接，第二低压发生器蒸汽出口端与冷凝器壳程第二进口端相连接，冷凝器壳程出口端通过膨胀阀与蒸发器壳程进口端相连接，蒸发器壳程出口端与吸收器第二进口端相连接。
进一步，所述烟气余热循环单元包括烟道和烟囱，烟道烟气出口处与高压发生器管程进口端相连通，高压发生器管程出口端与高温溶液热交换器管程进口端相连通，高温溶液热交换器管程出口端与烟囱相连通。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明充分利用热电厂以及锅炉烟气中的余热，同时以太阳能作为辅助驱动能源，可以填补热电厂夏季热负荷低谷，提高热电厂的经济性，又节省了空调用电，降低电网峰谷差，提高电网经济性以及电厂的综合能源利用率，减轻了环境污染，实现了巨大的社会效益和经济效益，符合国家号召节约能源的政策。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1为烟道 2为高压发生器 3为平衡阀 4为第一低压发生器
5为冷却水循环系统
5-1为冷凝器 5-2为冷却塔
6为膨胀阀
7为冷冻水循环系统
7-1为蒸发器 7-2为空调末端
8为第一流量调节阀 9为吸收器 10为吸收器泵 11为第二流量调节阀
12为烟囱 13为高温溶液热交换器 14为第三流量调节阀
15为太阳能集热循环单元
15-1为第二低压发生器 15-2为太阳能集热器 15-3为热水泵
15-4为蓄热水箱
16为低温溶液热交换器。
具体实施方式
如图1所示，本发明烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置包括：溴化锂溶液循环单元、制冷剂循环单元、烟气余热循环单元和太阳能集热循环单元。溴化锂溶液循环单元用于通过吸收器9中吸收蒸发器7-1中的冷剂，在高压发生器2中吸收高温热源使溶液和溶剂分离，产生的冷剂蒸气进入冷凝器5-1，浓缩的溶液通过热交换器进入吸收器9；制冷剂循环单元用于冷剂的冷凝与蒸发，提供所需要的冷量；烟气余热循环单元作为主要的驱动能源，加热溴化锂稀溶液产生冷剂蒸气和浓溶液；太阳能集热循环单元15作为辅助驱动能源，利用太阳能作为第二低压发生器15-1的热源。
溴化锂溶液循环单元包括：高压发生器2、平衡阀3、第一低压发生器4、第一流量调节阀8、吸收器9、吸收器泵10、第二流量调节阀11、高温溶液热交换器13、第三流量调节阀14和低温溶液热交换器16；吸收器9的溶液出口端与吸收器泵10的进口端相连，吸收器泵10的出口端分为两支路，一条支路与高温溶液热交换器13的壳程进口端连接，另一支路与第三流量调节阀14的一端相连；高温溶液热交换器13的壳程出口端与高压发生器2的溶液进口端相连接，高压发生器2的溶液出口端与平衡阀3的一端相连，平衡阀3的另一端与第一低压发生器4的溶液进口端相连接，第一低压发生器4的溶液出口端与高温溶液热交换器13的壳程进口端相连接，高温溶液热交换器13的壳程出口端与第二流量调节阀11的一端相连接，第二流量调节阀11的另一端与吸收器9的第一进口端相连，完成了一条支路的循环；另一支路与第三流量调节阀14进口端相连接，第三流量调节阀14的出口端与低温溶液热交换器16的壳程进口端相连，低温溶液热交换器16的壳程出口端与第二低压发生器15-1溶液的进口端相连，第二低压发生器15-1的溶液出口端与低温溶液热交换器16的管程进口端相连接，低温溶液热交换器16的管程出口端与第一流量调节阀8的进口端相连，第一流量调节阀8的出口端与吸收器9的第二进口端相连，完成了另一支路的循环。两条支路的循环一直进行，保证了溶液循环的持续进行。
制冷剂循环单元包括：冷凝器5-1、膨胀阀6和蒸发器7-1。吸收器泵10一端与吸收器9溶液出口端相连，另一端分别与高温溶液热交换器13壳程第一进口端和第三流量调节阀14相连；高温溶液热交换器13壳程第一出口端与高压发生器2溶液进口端相连接，高压发生器2溶液出口端与平衡阀3一端相连，平衡阀3另一端与第一低压发生器4溶液进口端相连，高压发生器2蒸汽出口端与第一低压发生器4蒸汽进口端相连接，第一低压发生器4蒸汽出口端与冷凝器5-1壳程相连接；第三流量调节阀14出口端与低温溶液热交换器16壳程进口端相连接，低温溶液热交换器16壳程出口端与第二低压发生器15-1溶液进口端相连接，第二低压发生器15-1蒸汽出口端与冷凝器5-1壳程进口端相连，冷凝器5-1壳程出口与膨胀阀6一端相连，膨胀阀6另一端与蒸发器7-1壳程进口端相连，蒸发器7-1壳程出口端与吸收器9相连。
烟气余热循环单元包括：烟道1和烟囱12，烟道1烟气出口处与高压发生器2管程进口端相连接，高压发生器2管程出口端与高温溶液热交换器13管程进口端相连接，高温溶液热交换器13管程出口端与烟囱12相连接。
太阳能集热循环单元包括：第二低压发生器15-1、太阳能集热器15-2、热水泵15-3、蓄热水箱15-4；热水泵15-3出水口与蓄热水箱15-4进水口相连，蓄热水箱15-4出水口与第二低压发生器15-1管程进口端相连接，第二低压发生器15-1管程出口端与太阳能集热器15-2进水口相连，太阳能集热器15-2出水口与热水泵15-3进水口相连接。
本发明装置在工作时，从吸收器9出来的稀溶液通过吸收器泵10后分为两路，一路经过高温溶液热交换器13，另一路经过第三流量调节阀14到达低温溶液热交换器16；到达高温溶液热交换器13中的稀溶液吸收来自高压发生器2的烟气的热量和来自第一低压发生器4的浓溶液放出的热量，最后进入高压发生器2。吸收热量后的稀溶液在高压发生器2中吸收来自烟道1烟气的热量，溶液中的水分逐渐被蒸发，溶液浓度升高；经过浓缩后的中间浓度的溴化锂溶液经过平衡阀3进入第一低压发生器4，继续吸收来自高压发生器2的水蒸气放出的热量，产生更多的水蒸气，中间浓度的溶液继续浓缩成为高浓度溶液；高浓度溶液经过高温溶液热交换器13与来自吸收器泵10的稀溶液进行热量交换，然后通过第二流量调节阀11回到吸收器9内，呈雾状喷淋在冷却水管上，放出热量，同时吸收来自蒸发器7-1的水蒸气，稀释成稀溶液，从而完成了溴化锂溶液的一条支路的循环；经过第三流量调节阀14到达低温溶液热交换器16的稀溶液，吸收来自第二低压发生器15-1的浓溶液放出的热量，温度升高，然后到达第二低压发生器15-1，稀溶液在第二低压发生器15-1中吸收来自蓄热水箱15-4的热水放出的热量，溶液中的水分被蒸发出来，溶液浓度升高，此时高浓度的溶液经过低温溶液热交换器16，放出热量，最后通过第一流量调节阀8回到吸收器9内，在吸收器9内呈雾状喷淋在冷却水管上，继续放出热量，同时吸收来自蒸发器7-1的水蒸气；两条支路溶液混合，吸收水蒸气，稀释成为稀溶液，从而完成了溶液循环。
在第一低压发生器4中产生的水蒸气与第二低压发生器15-1中产生的水蒸气一同进入冷凝器5-1中，在冷凝器5-1中向冷却水管放出热量，凝结成水，经过膨胀阀6，然后进入蒸发器7-1，溴化锂溶液通过吸收器9的吸收作用在蒸发器7-1里面产生了真空条件，进而创造了低温、低压环境，进入蒸发器7-1中的水在低压环境下呈雾状喷淋在冷冻水管上，吸收冷冻水的热量从而汽化，最后进入吸收器9中，被浓溶液吸收，从而浓溶液稀释成稀溶液，完成制冷剂的循环。这样实现了烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷。
烟道1中的烟气进入高压发生器2后，向来自高温溶液热交换器13的稀溶液放出热量，然后进入高温溶液热交换器13中，再次向来自吸收器9的稀溶液放出热量，最后进入烟囱12排放到大气中，实现了一个烟气余热循环。
在热水泵15-3的作用下，蓄热水箱15-4中的热水进入第二低压发生器15-1中，放出热量给来自低温溶液热交换器16的稀溶液，溶液中的水分被蒸发出来，热水温度降低，低温水进入太阳能集热器中，吸收太阳辐射中的能量，水的温度升高，在热水泵15-3的作用下，热水存储在蓄热水箱15-4中，从而实现了太阳能集热循环。
在溴化锂溶液循环单元、制冷剂循环单元、烟气余热循环单元以及太阳能集热循环单元的共同作用下，实现了烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (5)

1.一种烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于：包括溴化锂溶液循环单元、制冷剂循环单元、烟气余热循环单元和太阳能集热循环单元（15），
溴化锂溶液循环单元用于通过吸收器（9）中吸收蒸发器（7-1）中的冷剂，在高压发生器（2）中吸收高温热源使溶液和溶剂分离，产生的冷剂蒸气进入冷凝器（5-1），浓缩的溶液通过热交换器进入吸收器（9）；
制冷剂循环单元用于冷剂的冷凝与蒸发，提供所需要的冷量；
烟气余热循环单元作为主要的驱动能源，加热溴化锂稀溶液产生冷剂蒸气和浓溶液；
太阳能集热循环单元（15）作为辅助驱动能源，利用太阳能作为第二低压发生器（15-1）的热源。
2.根据权利要求1所述的烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置,其特征在于:所述太阳能集热循环单元（15）包括第二低压发生器（15-1）、太阳能集热器（15-2）、热水泵（15-3）和蓄热水箱（15-4）；太阳能集热器（15-2）的出水口与热水泵（15-3）进水口相连接，热水泵（15-3）出水口与蓄热水箱（15-4）进水口相连，蓄热水箱（15-4）出水口与第二低压发生器（15-1）管程进口端相连接，第二低压发生器（15-1）管程出口端与太阳能集热器（15-2）进水口相连。
3.根据权利要求2所述的烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置,其特征在于:所述溴化锂溶液循环单元包括包括高压发生器（2）、平衡阀（3）、第一低压发生器（4）、第一流量调节阀（8）、吸收器（9）、吸收器泵（10）、第二流量调节阀（11）、高温溶液热交换器（13）、第三流量调节阀（14）和低温溶液热交换器（16）,吸收器（9）的溶液出口端与吸收器泵（10）的进口端相连，吸收器泵（10）的出口端分为两支路，一条支路与高温溶液热交换器(13)的壳程第一进口端连接，另一支路与第三流量调节阀(14)的一端相连；高温溶液热交换器(13)的壳程第一出口端与高压发生器(2)的溶液进口端相连接，高压发生器(2)的溶液出口端与平衡阀(3)的一端相连，平衡阀(3)的另一端与第一低压发生器(4)的溶液进口端相连接，第一低压发生器(4)的溶液出口端与高温溶液热交换器(13)的壳程第二进口端相连接，高温溶液热交换器(13)的壳程第二出口端与第二流量调节阀(11)的一端相连接，第二流量调节阀(11)的另一端与吸收器(9)的第一进口端相连，完成了一条支路的循环；另一支路与第三流量调节阀(14)进口端相连接，第三流量调节阀(14)的出口端与低温溶液热交换器(16)的壳程进口端相连，低温溶液热交换器(16)的壳程出口端与所述第二低压发生器(15-1)溶液的进口端相连，所述第二低压发生器(15-1)的溶液出口端与低温溶液热交换器(16)的管程进口端相连接，低温溶液热交换器(16)的管程出口端与第一流量调节阀(8)的进口端相连，第一流量调节阀的(8)出口端与吸收器(9)的第二进口端相连，完成另一支路的循环。
4.根据权利要求3所述的烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置,其特征在于:所述制冷剂循环单元包括冷凝器（5-1）、膨胀阀（6）和蒸发器（7-1），高压发生器（2）蒸汽出口端与第一低压发生器（4）蒸汽进口端相连接，第一低压发生器（4）蒸汽出口端与冷凝器（5-1）壳程第一进口端相连接，第二低压发生器（15-1）蒸汽出口端与冷凝器（5-1）壳程第二进口端相连接，冷凝器（5-1）壳程出口端通过膨胀阀（6）与蒸发器（7-1）壳程进口端相连接，蒸发器（7-1）壳程出口端与吸收器（9）第二进口端相连接。
5.根据权利要求1-4任一所述的烟气余热与太阳能耦合驱动的双效溴化锂吸收式制冷装置,其特征在于:所述烟气余热循环单元包括烟道（1）和烟囱（12），烟道（1）烟气出口处与高压发生器（2）管程进口端相连通，高压发生器（2）管程出口端与高温溶液热交换器（13）管程进口端相连通，高温溶液热交换器（13）管程出口端与烟囱（12）相连通。
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