專利名稱：一種溶液冷卻吸收式氨水動力循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動力循環(huán)裝置，尤其是一種用于中低溫余熱發(fā)電的溶液冷卻吸收式氨水動力循環(huán)裝置。
背景技術(shù)：
許多工業(yè)過程都會產(chǎn)生大量顯熱型余熱，地?zé)崮?、太陽能的熱源也以顯熱型居多。 由于其放熱過程的特點是有較大的溫度變化，水蒸汽朗肯循環(huán)中的等溫吸熱過程與之并不匹配，在節(jié)點溫差限制下，存在較大的傳熱溫差不可逆損失；許多氟利昂類工質(zhì)有對臭氧層的損害作用，且價格較昂貴。傳統(tǒng)工質(zhì)水的沸點較高，在常溫下的飽和壓力是真空狀態(tài)，比容很大，因而并不適合在中低溫余熱發(fā)電循環(huán)中應(yīng)用。在余熱發(fā)電溫度范圍，純氨的工作壓力偏高。而采用兩者的混合物氨水溶液，可以將壓力調(diào)整到合適范圍。但如果簡單地采用氨水混合物作為循環(huán)工質(zhì)，雖然工質(zhì)的吸熱蒸發(fā)過程可以實現(xiàn)與顯熱熱源的放熱過程匹配的溫度變化，但工質(zhì)的冷凝放熱過程也會具有很大的溫度變化，這樣就會提高平均放熱溫度， 降低循環(huán)熱效率。卡林納(Kalina)循環(huán)采用吸收過程替代冷凝過程，可使工質(zhì)與低溫?zé)嵩吹膫鳠徇^程的溫度變化也比較匹配，本發(fā)明是在卡林納循環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善其回?zé)崃鞒?，從而提高循環(huán)熱效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠充分利用顯熱型中低溫余熱進(jìn)行發(fā)電的同時具有較大的吸熱溫度變化范圍和較小放熱溫度變化范圍且具有較高能量轉(zhuǎn)換效率的氨水動力循環(huán)流程。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種溶液冷卻吸收式氨水動力循環(huán)裝置，由蒸發(fā)器、透平調(diào)節(jié)閥、透平機組、回?zé)崞鳌⒌蛪何掌?、低壓氨泵、氣液分離器、預(yù)熱器、高壓吸收器、高壓氨泵、稀溶液節(jié)流閥和連接管線組成；蒸發(fā)器設(shè)有熱源進(jìn)口、熱源出口、工作溶液進(jìn)口和工作溶液出口 ；回?zé)崞髟O(shè)有工作溶液進(jìn)口和工作溶液出口、基本溶液進(jìn)口和基本溶液出口 ；氣液分離器設(shè)有基本溶液進(jìn)口、 富氨氣體出口和稀溶液出口 ；低壓吸收器分成溶液冷卻吸收段和冷卻水吸收段，溶液冷卻吸收段的內(nèi)通道設(shè)有基本溶液進(jìn)口和基本溶液出口，冷卻水吸收段的內(nèi)通道設(shè)有冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口，溶液冷卻吸收段布置在冷卻水吸收段的上方；在溶液冷卻吸收段的上方還設(shè)有稀溶液噴淋器和工作溶液進(jìn)口，稀溶液噴淋器的入口端是低壓稀溶液進(jìn)口 ；在低壓吸收器的底部液囊設(shè)有基本溶液出口 ；高壓吸收器分成高壓溶液冷卻吸收段和高壓冷卻水冷卻吸收段，高壓溶液冷卻吸收段的內(nèi)通道設(shè)有工作溶液進(jìn)口和工作溶液出口，高壓冷卻水吸收段的內(nèi)通道設(shè)有冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口 ；高壓溶液冷卻吸收段布置在高壓冷卻水冷卻吸收段的上方，在高壓溶液冷卻吸收段的上方還設(shè)有高壓稀溶液噴淋器和富氨氣進(jìn)口，高壓稀溶液噴淋器的入口端是高壓吸收器的稀溶液進(jìn)口 ；在高壓吸收器的底部液囊設(shè)有工作溶液出口 ；預(yù)熱器是三股流換熱器，設(shè)有稀溶液進(jìn)口和稀溶液出口、富氨氣進(jìn)口和富氨氣出口、工作溶液進(jìn)口和工作溶液出口。
各部件的連接關(guān)系為蒸發(fā)器的工作溶液出口與透平調(diào)節(jié)閥的進(jìn)口連接；透平調(diào)節(jié)閥的出口與透平機組的進(jìn)口連接；透平機組的出口與回?zé)崞鞯墓ぷ魅芤哼M(jìn)口連接；回?zé)崞鞯墓ぷ魅芤撼隹谂c低壓吸收器的工作溶液進(jìn)口連接；低壓吸收器的基本溶液出口與低壓氨泵的進(jìn)口連接；低壓氨泵的出口與低壓吸收器溶液冷卻吸收段的基本溶液進(jìn)口連接；低壓吸收器溶液冷卻吸收段的基本溶液出口與回?zé)崞鞯幕救芤哼M(jìn)口連接；回?zé)崞鞯幕救芤撼隹谂c氣液分離器的進(jìn)口連接；氣液分離器的富氨氣出口與預(yù)熱器的富氨氣進(jìn)口連接； 氣液分離器的稀溶液出口與預(yù)熱器的稀溶液進(jìn)口連接；預(yù)熱器的富氨氣出口與高壓吸收器的富氨氣進(jìn)口連接，預(yù)熱器的稀溶液出口管路分成2路，一路與高壓吸收器的稀溶液進(jìn)口連接，另一路與稀溶液節(jié)流閥的進(jìn)口連接，稀溶液節(jié)流閥的出口與低壓吸收器的稀溶液進(jìn)口連接；高壓吸收器的工作溶液出口與高壓氨泵的進(jìn)口連接，高壓氨泵的出口與高壓吸收器溶液冷卻吸收段的工作溶液進(jìn)口連接；高壓吸收器溶液冷卻吸收段的工作溶液出口與預(yù)熱器的工作溶液進(jìn)口連接，預(yù)熱器的工作溶液出口與蒸發(fā)器的工作溶液進(jìn)口連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
①提高了能量轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明與卡林納(Kalina)循環(huán)相比，主要差別之一在于在 2個吸收器中都有溶液冷卻吸收段傳熱面。在氨水動力循環(huán)中，吸收過程的溫降大約有 2(T4(TC，用吸收器出口溶液冷卻吸收過程的前段，可以減少冷卻水量，同時減小了吸收過程的溫差，從而減少對環(huán)境的排熱和傳熱火用損，提高循環(huán)熱效率。溶液冷卻吸收技術(shù)是一種十分經(jīng)濟的節(jié)能手段，不僅體現(xiàn)在可使循環(huán)效率提高，而且從傳熱角度是用一份換熱面積獲得了兩份傳熱效果，使得吸收過程和溶液的解吸過程同時得到部分實現(xiàn)。此外，由于高溫?zé)嵩磁c工質(zhì)在蒸發(fā)器的傳熱過程中，工質(zhì)的變溫相變特性與熱源的顯熱放熱溫度變化有很好的匹配，同時在工質(zhì)與低溫?zé)嵩吹膫鳠徇^程中通過以吸收過程替代凝結(jié)過程，使得工質(zhì)的溫度變化也與低溫?zé)嵩?冷卻水或冷風(fēng))的溫度變化相匹配，加上溶液回?zé)徇^程也是接近等溫差的傳熱，所以，循環(huán)的不可逆損失較小，效率較高。②本發(fā)明與卡林納(Kalina)循環(huán)相比的主要差別之二在于設(shè)置三股流預(yù)熱器來預(yù)熱進(jìn)入蒸發(fā)器前的工作溶液，同時可以使得進(jìn)入低壓吸收器的稀溶液和進(jìn)入高壓吸收器的稀溶液與富氨氣得到冷卻，增大了吸收的驅(qū)動力，同時有利于提高蒸發(fā)器(鍋爐)抗煙氣低溫腐蝕的能力。③將蒸氣壓偏低的水和偏高的氨混合形成的氨水混合工質(zhì)可以揚長避短，通過控制氨水的配比成分可以使系統(tǒng)壓力水平比較合適，不僅透平入口處壓力并不太高，透平出口處可保持為高于大氣壓的正壓，氨水混合工質(zhì)的工作壓力范圍適當(dāng)，焓降與水蒸氣介質(zhì)的相當(dāng)，可以直接采用現(xiàn)有背壓式工業(yè)汽輪機；同時由于與有機工質(zhì)相比，氨水混合工質(zhì)的傳熱特性優(yōu)良，有利于減少傳熱面積，降低初投資。④由于氨與鋁的相容性，采用鋁制板翅式換熱器將是提高效率，降低成本和緊湊化的明智選擇，除了高溫高壓的蒸發(fā)器外，其余換熱器都可考慮采用鋁制板翅式換熱器，尤其是吸收器還可以采用風(fēng)冷鋁制板翅式換熱器方案，這將使余熱電站系統(tǒng)大為簡化。⑤氨和水都是自然工質(zhì)，且來源豐 ，價格較便宜。
圖1是本發(fā)明實施例1的流程示意圖。
具體實施例方式實施例1參見圖1，一種用于中低溫?zé)嵩磩恿厥绽玫陌彼帐絼恿ρh(huán)裝置，由蒸發(fā)器1、透平調(diào)節(jié)閥2、透平機組3、回?zé)崞?、低壓吸收器5、低壓氨泵6、氣液分離器7、預(yù)熱器8、高壓吸收器9、高壓氨泵10、稀溶液節(jié)流閥11和連接管線組成；蒸發(fā)器1設(shè)有熱源流體進(jìn)口 1-1、熱源流體出口 1-2、工作溶液進(jìn)口 1-3和工作溶液出口 1-4，回?zé)崞? 設(shè)有工作溶液進(jìn)口 4-1和工作溶液出口 4-2、基本溶液進(jìn)口 4-3和基本溶液出口 4-4，氣液分離器7設(shè)有基本溶液進(jìn)口 7-1、富氨氣體出口 7-2和稀溶液出口 7-3 ；其特征在于低壓吸收器5分成溶液冷卻吸收段51和冷卻水吸收段52，溶液冷卻吸收段51的內(nèi)通道設(shè)有基本溶液進(jìn)口 51-1和基本溶液出口 51-2，冷卻水吸收段52的內(nèi)通道設(shè)有冷卻水進(jìn)口 52-1和冷卻水出口 52-2，溶液冷卻吸收段51布置在冷卻水吸收段52的上方，在溶液冷卻吸收段51 的上方還設(shè)有稀溶液噴淋器5-3和氣態(tài)工作溶液進(jìn)口 5-4，稀溶液噴淋器5-3的入口端是低壓吸收器稀溶液進(jìn)口 5-5，在低壓吸收器5的底部液囊設(shè)有基本溶液出口 5-6，高壓吸收器9分成高壓溶液冷卻吸收段91和高壓冷卻水冷卻吸收段92，高壓溶液冷卻吸收段91的內(nèi)通道設(shè)有工作溶液進(jìn)口 91-1和工作溶液出口 91-2，高壓冷卻水吸收段92的內(nèi)通道設(shè)有冷卻水進(jìn)口 92-1和冷卻水出口 92-2，高壓溶液冷卻吸收段91布置在高壓冷卻水冷卻吸收段92的上方，在高壓溶液冷卻吸收段91的上方還設(shè)有高壓稀溶液噴淋器9-3和富氨氣進(jìn)口 9-4，高壓稀溶液噴淋器9-3的入口端是高壓吸收器9的稀溶液進(jìn)口 9-5，在高壓吸收器 9的底部液囊設(shè)有工作溶液出口 9-6 ；預(yù)熱器8是三股流換熱器，設(shè)有稀溶液進(jìn)口 8-1、稀溶液出口 8-2、富氨氣進(jìn)口 8-3、富氨氣出口 8-4、工作溶液進(jìn)口 8-5和工作溶液出口 8_6 ；
各部件的連接關(guān)系為蒸發(fā)器1的工作溶液出口 1-4與透平調(diào)節(jié)閥2的進(jìn)口 2-1連接， 透平調(diào)節(jié)閥的出口 2-2與透平機組3的進(jìn)口 3-1連接，透平機組的出口 3-2與回?zé)崞?的工作溶液進(jìn)口 4-1連接，回?zé)崞鞯墓ぷ魅芤撼隹?4-2與低壓吸收器5的工作溶液進(jìn)口 5-4連接，低壓吸收器的基本溶液出口 5-6與低壓氨泵6的進(jìn)口 6-1連接，低壓氨泵6的出口 6-2 與低壓吸收器5溶液冷卻吸收段51的基本溶液進(jìn)口 51-1連接，低壓溶液冷卻吸收段51的基本溶液出口 51-2與回?zé)崞鞯幕救芤哼M(jìn)口 4-3連接，回?zé)崞鞯幕救芤撼隹?4-4與氣液分離器7的進(jìn)口 7-1連接，氣液分離器7的富氨氣出口 7-2與預(yù)熱器8的富氨氣進(jìn)口 8-3連接，氣液分離器7的稀溶液出口 7-3與預(yù)熱器8的稀溶液進(jìn)口 8-1連接，預(yù)熱器的富氨氣出口 8-4與高壓吸收器9的富氨氣進(jìn)口 9-4連接，預(yù)熱器8的稀溶液出口 8-2管路分成2路， 一路與高壓吸收器9的稀溶液進(jìn)口 9-5連接，另一路與稀溶液節(jié)流閥11的進(jìn)口 11-1連接， 稀溶液節(jié)流閥11的出口 11-2與低壓吸收器的稀溶液進(jìn)口 5-5連接；高壓吸收器9的工作溶液出口 9-6與高壓氨泵10的進(jìn)口 10-1連接，高壓氨泵10的出口 10-2與高壓吸收器9 溶液冷卻吸收段91的工作溶液進(jìn)口 91-1連接；高壓吸收器9溶液冷卻吸收段91的工作溶液出口 91-2與預(yù)熱器8的工作溶液進(jìn)口 8-5連接，預(yù)熱器的工作溶液出口 8-6與蒸發(fā)器1 的工作溶液進(jìn)口 1-3連接。該氨水動力循環(huán)的工作流程如下
氨水吸收式動力循環(huán)工作溶液的液體進(jìn)入蒸發(fā)器中完成吸熱過程，蒸發(fā)為氣態(tài)工作溶液，在透平內(nèi)實現(xiàn)膨脹作功過程，完成熱功轉(zhuǎn)換；透平排氣先在回?zé)崞髦薪禍?，再進(jìn)入低壓吸收器中被噴淋在低壓吸收器管束上的稀溶液所吸收，釋放的汽化潛熱由低壓吸收器另一側(cè)的基本溶液和冷卻水帶走；稀溶液吸收了氣態(tài)工作溶液后成為基本溶液，匯集在低壓吸收器的底部流出，基本溶液經(jīng)低壓氨泵升壓后，先后在低壓吸收器的溶液冷卻吸收段和回?zé)崞髦袑崿F(xiàn)溶液回?zé)嵘郎亟馕^程，成為氣液兩相流體，在分離器中進(jìn)行氣液分離，氣相為富氨氣體，液相為稀溶液，富氨氣體和稀溶液同時進(jìn)入預(yù)熱器冷卻降溫，富氨氣體降溫后進(jìn)入高壓吸收器，稀溶液則分成兩路，大部分稀溶液經(jīng)節(jié)流閥流回低壓吸收器內(nèi)，噴淋在吸收器管束上，小部分稀溶液經(jīng)噴淋管流入高壓吸收器內(nèi)，吸收富氨氣體后成為工作溶液。汽化潛熱被工作溶液和冷卻水帶走。匯集在高壓吸收器的底部流出的工作溶液經(jīng)高壓氨泵升壓，再在高壓吸收器的溶液冷卻吸收段和預(yù)熱器內(nèi)先后吸熱升溫后，流回蒸發(fā)器內(nèi)完成蒸發(fā)過程；蒸發(fā)器的出口氣態(tài)工作溶液再進(jìn)入透平內(nèi)膨脹作功，如此循環(huán)。
權(quán)利要求
1. 一種溶液冷卻吸收式氨水動力循環(huán)裝置，由蒸發(fā)器(1)、透平調(diào)節(jié)閥(2)、透平機組 (3)、回?zé)崞?4)、低壓吸收器(5)、低壓氨泵(6)、氣液分離器(7)、預(yù)熱器(8)、高壓吸收器 (9)、高壓氨泵(10)、稀溶液節(jié)流閥(11)和連接管線組成；蒸發(fā)器(1)設(shè)有熱源流體進(jìn)口 (1-1)、熱源流體出口(1-2)、工作溶液進(jìn)口 (1-3)和工作溶液出口(1-4)，回?zé)崞?4)設(shè)有工作溶液進(jìn)口(4-1)和工作溶液出口(4-2)、基本溶液進(jìn)口(4-3)和基本溶液出口(4-4)， 氣液分離器(7)設(shè)有基本溶液進(jìn)口(7-1)、富氨氣體出口(7-2)和稀溶液出口(7-3)；其特征在于低壓吸收器(5)分成溶液冷卻吸收段(51)和冷卻水吸收段(52)，溶液冷卻吸收段 (51)的內(nèi)通道設(shè)有基本溶液進(jìn)口(51-1)和基本溶液出口(51-2)，冷卻水吸收段(52)的內(nèi)通道設(shè)有冷卻水進(jìn)口(52-1)和冷卻水出口(52-2)，溶液冷卻吸收段(51)布置在冷卻水吸收段(52)的上方，在溶液冷卻吸收段(51)的上方還設(shè)有稀溶液噴淋器(5-3)和氣態(tài)工作溶液進(jìn)口(5-4)，稀溶液噴淋器(5-3)的入口端是低壓吸收器稀溶液進(jìn)口(5-5)，在低壓吸收器(5)的底部液囊設(shè)有基本溶液出口(5-6)，高壓吸收器(9)分成高壓溶液冷卻吸收段(91)和高壓冷卻水冷卻吸收段(92)，高壓溶液冷卻吸收段(91)的內(nèi)通道設(shè)有工作溶液進(jìn)口(91-1)和工作溶液出口(91-2)，高壓冷卻水吸收段(92)的內(nèi)通道設(shè)有冷卻水進(jìn)口(92-1)和冷卻水出口(92-2)，高壓溶液冷卻吸收段(91)布置在高壓冷卻水冷卻吸收段 (92)的上方，在高壓溶液冷卻吸收段(91)的上方還設(shè)有高壓稀溶液噴淋器(9-3)和富氨氣進(jìn)口(9-4)，高壓稀溶液噴淋器(9-3)的入口端是高壓吸收器(9)的稀溶液進(jìn)口(9-5)， 在高壓吸收器(9)的底部液囊設(shè)有工作溶液出口(9-6)；預(yù)熱器(8)是三股流換熱器，設(shè)有稀溶液進(jìn)口(8-1)、稀溶液出口(8-2)、富氨氣進(jìn)口(8-3)、富氨氣出口(8-4)、工作溶液進(jìn)口 (8-5)和工作溶液出口(8-6)；各部件的連接關(guān)系為蒸 發(fā)器(1)的工作溶液出口(1-4)與透平調(diào)節(jié)閥(2)的進(jìn)口 (2-1)連接，透平調(diào)節(jié)閥的出口(2-2)與透平機組(3)的進(jìn)口(3-1)連接，透平機組的出口 (3-2)與回?zé)崞?4)的工作溶液進(jìn)口(4-1)連接，回?zé)崞鞯墓ぷ魅芤撼隹?4-2)與低壓吸收器(5)的工作溶液進(jìn)口(5-4)連接，低壓吸收器的基本溶液出口(5-6)與低壓氨泵(6)的進(jìn)口(6-1)連接，低壓氨泵(6)的出口(6-2)與低壓吸收器(5)溶液冷卻吸收段(51)的基本溶液進(jìn)口(51-1)連接，低壓溶液冷卻吸收段(51)的基本溶液出口(51-2)與回?zé)崞鞯幕救芤哼M(jìn)口(4-3)連接，回?zé)崞鞯幕救芤撼隹?4-4)與氣液分離器(7)的進(jìn)口(7-1)連接，氣液分離器(7)的富氨氣出口(7-2)與預(yù)熱器(8)的富氨氣進(jìn)口(8-3)連接，氣液分離器(7)的稀溶液出口(7-3)與預(yù)熱器(8)的稀溶液進(jìn)口(8-1)連接，預(yù)熱器的富氨氣出口 (8-4)與高壓吸收器(9)的富氨氣進(jìn)口(9-4)連接，預(yù)熱器(8)的稀溶液出口(8-2)管路分成2路，一路與高壓吸收器(9)的稀溶液進(jìn)口(9-5)連接，另一路與稀溶液節(jié)流閥(11)的進(jìn)口(11-1)連接，稀溶液節(jié)流閥(11)的出口(11-2)與低壓吸收器的稀溶液進(jìn)口(5-5)連接；高壓吸收器(9)的工作溶液出口(9-6)與高壓氨泵(10)的進(jìn)口(10-1)連接，高壓氨泵(10)的出口(10-2)與高壓吸收器(9)溶液冷卻吸收段(91)的工作溶液進(jìn)口(91-1)連接；高壓吸收器(9)溶液冷卻吸收段(91)的工作溶液出口(91-2)與預(yù)熱器(8)的工作溶液進(jìn)口(8-5)連接，預(yù)熱器的工作溶液出口(8-6)與蒸發(fā)器(1)的工作溶液進(jìn)口(1-3)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種溶液冷卻吸收式氨水動力循環(huán)裝置，由蒸發(fā)器1、透平機組3、回?zé)崞?、低壓吸收器5、低壓氨泵6、氣液分離器7、預(yù)熱器8、高壓吸收器9、高壓氨泵10、節(jié)流閥11和連接管線組成，其中低壓吸收器和高壓吸收器都分成溶液冷卻吸收段和冷卻水吸收段，溶液冷卻吸收段布置在冷卻水吸收段的上方；本發(fā)明的溶液冷卻吸收式氨水動力循環(huán)裝置用吸收器出口溶液冷卻吸收過程的前段，可以減少冷卻水量，減少對環(huán)境的排熱和傳熱損失，有利于減少傳熱面積和提高循環(huán)熱效率；本發(fā)明設(shè)置三股流預(yù)熱器來預(yù)熱進(jìn)入蒸發(fā)器前的工作溶液，不僅可使進(jìn)入吸收器的稀溶液和富氨氣得到冷卻，增大吸收的驅(qū)動力，而且有利于提高裝置抗煙氣低溫腐蝕的能力。
文檔編號F01K25/04GK102312687SQ20111027360
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者華君葉, 陳亞平 申請人:東南大學(xué)