一种采用低温热水系统的发电方法与流程

本发明涉及低温发电，具体为一种采用低温热水系统的发电方法。

背景技术：

1、水温不高于100℃的热水通常称为低温热水，在如钢铁厂等工业企业里有大量循环冷却水这样的低温热水存在，通常温度仅在60℃～80℃，例如高炉冲渣水，3200m3高炉的冲渣水循环量约2200t/h，这些低温热水温度不高，大部分情况下经冷却塔冷却后循环使用，其热量很难被回收再次利用。虽然低温热水的温度不高，但体量大，如经冷却塔冷却不仅运行的泵和风机会产生能耗，而且热能浪费也很严重。

2、螺杆膨胀动力机主要是利用蒸汽、热水、热液或汽液两相流体等动力源，将热能转换为动力，可以驱动发电机发电，也可以替代电动机直接驱动机械设备或替代大型制冷机的膨胀阀等回收动力。

3、螺杆机与常见的汽轮机比较，螺杆机的效率对工质参数及负荷的变化能适应工矿企业生产，用热、用电负荷，余热、余压参数以及工质品质的变化，并能维持稳定的高效率，运转平稳安全可靠。螺杆机结构特点使其具有自除垢能力，因此对汽液工质无特殊洁净度要求。工质在进入螺杆机前无须经过任何热力工程处理(如闪蒸扩容器、汽水分离器、过热器等)，所以与其配套的热力系统较为简单。

4、螺杆机发电工艺中主要有全流式系统和有机朗肯循环(orc)系统两种，全流式系统相较于orc系统工艺结构更简单。

5、第二类吸收式热泵也称升温型热泵，是以吸收60℃～100℃热源的热量制取相对量少但温度可达90℃～175℃的高温热水。

6、中国实用新型专利《螺杆膨胀动力机发电机组》(公开号：cn 201747418u)所述只是独立的螺杆动力机发电机组系统优化设计，笼统地说可以用低品位废热进行发电的装置，本专利指出热水作为全流式螺杆动力机工质最优的工况参数范围，并详细阐述如何从低品位废热获得最优工况参数热水的方式方法。

7、中国发明专利《一种热水温差发电系统》(公开号：cn 10316652a)所述利用热水温差发电，与本专利利用动力机发电的思路和设备系统完全不同。

8、中国发明专利《热水发电装置》(公开号：cn 103382858a)所述一种直接用热水的水轮发电装置的发明，与本专利的螺杆机动力产生原理不同。

9、中国发明专利《一种螺杆膨胀发电装置》(公开号：cn 106142507a)所述主要是螺杆膨胀发电装置设备本体制造材质和工艺上创新，本专利不涉及设备制造方面的内容。

10、中国实用新型专利《半封闭螺杆式余热发电系统》(公开号：cn 212535796u)所述是对螺杆动力机发电装置具体的优化改进，并不涉及与本专利创新点——如何高效经济地完成低温热水发电过程的方式方法。

11、中国发明专利《石膏板生产线含湿空气低温发电系统》(公开号：cn202788963u)中使用余热温度范围在120℃～150℃，余热源与水换热产生高于90℃热水，热水再与氟利昂类的有机工质换热后工质温度达到约70℃驱动螺杆机发电，其余热利用每次换热后温度逐级递减。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用低温热水系统的发电方法，解决了背景技术中提到的技术问题。

3、(二)技术方案

4、通过数值仿真软件编程分别对边界条件完全一致的全流式和orc的螺杆机发电系统发电效率进行仿真计算，计算目的是分析两种系统的热水工质入口温度60℃～175℃范围内发电效率。计算结果显示：热水工质入口温度在60℃～90℃范围内全流式系统的发电效率较低为8～17％，而orc系统则更低为5％左右，所以60℃～90℃热水在两种发电系统均没有实用价值；热水工质入口温度在90℃～175℃范围全流式系统的发电效率基本稳定在21％左右，orc系统的发电效率随热水温度从7％逐步升至27％，且热水温度在130℃时orc系统的发电效率就上升到21％，即热水温度在130℃～175℃范围内orc系统的发电效率反超全流式系统。

5、高于60℃低温热水虽然可以直接进入螺杆机发电系统，但两种系统发电效率都较低，基本没有实用价值。而通过第二类溴化锂吸收式热泵吸收高于60℃低温热水中的热量可制取90℃～175℃的高温热水，当热泵制取热水温度高于130℃，即使orc系统超过全流式系统发电效率的21％时，由于前面热泵有制取热水温度越高则供热性能系数(能效比)越低的特性，结合热泵的能效特性和螺杆机发电整体系统来说，全流式系统发电效率不会低于orc系统，且orc系统比全流式系统工艺上要复杂，造价高，后期运行维护成本也高。因此，热泵制取高温热水的温度不宜高于130℃。

6、90℃～100℃热水属于常压水，从减少高温水泵能耗考虑，所需热水应是具有一定压力的过热水，因此热水温度不能低于100℃。所以，本方案中热泵制取高温热水的温度范围为100℃～130℃，对应高温热水绝对压力在1atm～3atm。

7、将温度高于60℃的低温热水经过必要除杂除盐后分别送入热泵的发生器(与热泵内部从吸收器过来的溴化锂稀溶液换热蒸发出冷剂水到冷凝器中稀溶液变成浓溶液)和蒸发器中，蒸发器中冷剂水与低温热水换热后在较高的压力下蒸发，被吸收器中溴化锂浓溶液吸收后溶液变稀，由于冷剂水相变和溶液稀释双重放热作用可以把与之换热的外部水加热成满足螺杆动力机入口要求的100℃～130℃高温热水。

8、高温热水通入螺杆动力机中让热水在机体内部膨胀做功驱动发电机发电。

9、从减少冷却能耗和提高系统整体能效两方面考虑，螺杆动力机出来乏汽进入冷却器冷却至低于90℃即可，低于90℃的热水经水泵再次进入吸收器。

10、具体方案如下：

11、一种采用低温热水系统的发电方法，包括低温热水系统，所述低温热水系统包括蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、冷剂水循环泵、冷剂水送液泵、浓溶液泵、溶液热交换器、螺杆动力机、发电机、冷却器、高温热水泵；

12、高温热水、低温热水、冷却水、冷剂水、溶液；

13、所述冷却水用于冷凝器、冷却器的热传递；

14、所述低温热水用于蒸发器、发生器的热传递；

15、所述螺杆动力机的输出端与发电机连接并为发电机提供动力；

16、所述螺杆动力机的进口与吸收器的a侧出口连接；

17、所述螺杆动力机的出口与冷却器进口连接，所述冷却器的出口与高温热水泵的进口连接，所述高温热水泵的出口与吸收器的a侧进口连接；

18、所述高温热水在螺杆动力机、冷却器、高温热水泵、吸收器中循环；

19、所述吸收器的b侧出口与溶液热交换器的b侧进口连接，所述溶液热交换器的b侧出口与发生器的b侧进口连接，所述发生器的b侧出口与浓溶液泵的进口连接，所述浓溶液泵的出口与溶液热交换器的a侧进口连接，所述溶液热交换器的a侧出口与吸收器的b侧进口连接；

20、所述溶液在吸收器、发生器、溶液热交换器中循环，当溶液在吸收器的b侧出口至发生器的b侧进口中时为稀溶液，当溶液在发生器的b侧出口至吸收器的b侧进口中时为浓溶液；

21、所述吸收器的c侧进口与蒸发器的b侧出口连接，所述蒸发器的b侧与冷剂水循环泵并联，所述冷凝器的b侧的出口与冷剂水送液泵的进口连接，所述冷剂水送液泵的出口与蒸发器的b侧连接，所述发生器的c侧出口与冷凝器b侧的进口连接；

22、所述冷剂水在蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器中流动；

23、所述发电方法包括如下步骤：

24、s1：高温热水的温度选取在100℃～130℃、压力选取在1atm～3atm；

25、s2：将温度高于60℃的低温热水经过必要除杂除盐后分别送入发生器和蒸发器中，蒸发器中冷剂水与低温热水换热后在较高的压力下蒸发，被吸收器中浓溶液吸收后溶液变稀，由于冷剂水相变和溶液稀释双重放热作用可以把与之换热的外部水加热成满足螺杆动力机入口要求的100℃～130℃高温热水；

26、s3：高温热水通入螺杆动力机中让热水在机体内部膨胀做功驱动发电机发电；

27、s4：螺杆动力机出来乏汽进入冷却器冷却至低于90℃，低于90℃的热水经水泵再次进入吸收器。

28、优选的，所述溶液为溴化锂溶液。

29、优选的，从吸收器过来的溴化锂稀溶液换热蒸发出冷剂水到冷凝器中稀溶液变成浓溶液

30、优选的，所述第二类吸收式热泵的供热系数为0.4～0.5。

31、优选的，所述蒸发器冷剂水吸热蒸发进入吸收器，冷剂水蒸汽进入吸收器后溴化锂浓溶液成为稀溶液，与之伴随是冷剂水相变和溶液稀释双重放热

32、优选的，所述蒸发器中未蒸发的冷剂水经循环泵后再次与低温热水换热

33、优选的，所述发生器中溴化锂浓溶液经溶液泵与从吸收器出来的稀溶液在热交换器中换热后，浓溶液再次进入吸收器，稀溶液再次进入发生器，完成溴化锂吸收剂循环

34、优选的，所述冷剂水的蒸汽进入冷凝器被外部冷却水冷却为液态冷剂水，经送液泵进入蒸发器中，完成冷剂水循环。

35、优选的，所述外部水在吸收器中吸收相变热和稀释热后成为满足螺杆动力机入口要求的100℃～130℃高温热水，高温热水通入螺杆动力机中让热水在机体内部膨胀做功驱动发电机发电。

36、(三)有益效果

37、本发明提供了一种采用低温热水系统的发电方法。具备以下有益效果：

38、(1)、该采用低温热水系统的发电方法中使用低温热水通过第二类吸收式热泵来制取满足全流式螺杆动力机高效经济运行的高温热水(100℃～130℃)。

39、(2)、该采用低温热水系统的发电方法中使用高温热水较低温热水作为工质进入螺杆动力机发电系统后提高热水发电效率。