CN116105386A - 光热复合氨吸收式多能联供*** - Google Patents

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CN116105386A CN202310029278.0A CN202310029278A CN116105386A CN 116105386 A CN116105386 A CN 116105386A CN 202310029278 A CN202310029278 A CN 202310029278A CN 116105386 A CN116105386 A CN 116105386A
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尹立坤
丁若晨
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Abstract

本发明提供一种光热复合氨吸收式多能联供***，涉及热力***技术领域。本发明提供的光热复合氨吸收式多能联供***包括集热蓄热子***、储能子***、制冷子***及发电子***，集热蓄热子***适于利用太阳能加热导热介质以使导热介质中储存大量热量，并可利用部分热量供暖；储能子***适于利用导热介质的热量加热浓氨水溶液并分离，生成稀氨水溶液及液氨；制冷子***适于利用液氨节流膨胀过程吸收蓄冷介质的热量，并将储存冷量；发电子***适于利用导热介质的热量加热液氨以生成高压氨蒸汽，并利用高压氨蒸汽驱动发电机组发电。应用本发明提供的光热复合氨吸收式多能联供***，可以实现利用可再生能源进行冷能、热能及电能的联供，提高能源利用率。

Description

光热复合氨吸收式多能联供***
技术领域
本发明涉及热力***技术领域，尤其涉及一种光热复合氨吸收式多能联供***。
背景技术
可再生能源应用在发电、制热、制冷等多个技术领域，有助于降低碳排放，实现绿色发展。
受限于地理环境、资源条件等多种因素，可再生能源的利用存在着间歇性和不稳定性，因此，发展相应的储能技术成了可再生能源实现持续利用的有效途径。同时，能够实现冷能、热能、电能联供的热力***也愈发得到重视。在一些偏远地区，热网无法覆盖，电力供应较为紧张，采用电驱动方式进行供暖和制冷存在很大的困难。因此，开发小规模的基于可再生能源的冷热电联供***具有重要的意义。
发明内容
本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种光热复合氨吸收式多能联供***，可以实现利用可再生能源进行冷能、热能及电能的联供，提高能源利用率。
本发明实施例提供一种光热复合氨吸收式多能联供***，包括：
集热蓄热子***，所述集热蓄热子***内设置有导热介质，所述集热蓄热子***适于利用太阳能加热所述导热介质；
储能子***，所述储能子***中设置有浓氨水溶液，所述储能子***适于利用所述导热介质的热量加热所述浓氨水溶液并分离，生成稀氨水溶液及液氨；
制冷子***，所述制冷子***设置有蓄冷介质，所述制冷子***适于利用所述液氨经节流膨胀吸收所述蓄冷介质的热量；
发电子***，所述发电子***包括发电机组，所述发电子***适于利用所述导热介质的热量加热所述液氨以生成高压氨蒸汽，并利用所述高压氨蒸汽驱动所述发电机组发电。
根据本发明实施例提供的光热复合氨吸收式多能联供***，通过将集热蓄热子***、储能子***、制冷子***及发电子***集成设置在一起，采用光热集热技术对太阳能光热进行富集，通过导热、蓄热及蓄冷工质之间进行热量交换，不但可以满足用户的供暖和制冷需求，还能实现能量的储存并有电力输出。具体地，集热蓄热子***通过利用太阳能作为集热能源，收集的热量用于加热导热介质，加热后的导热介质储存有大量的热量，其中，可以将导热介质中的部分热量传递至供暖蓄热介质中，实现高温加热供暖蓄热介质，用户可以通过供暖蓄热介质取暖，以满足制热需求，导热介质中的另一部分热量可以驱动光热复合氨吸收式多能联供***的运行。储能子***可以利用导热介质的热量将浓氨水溶液加热，浓氨水加热后分离为液氨及稀氨水溶液并储存。在制冷子***中，储存的液氨经节流膨胀吸收蓄冷介质的热量，实现蓄冷工质的降温，并将冷量进行储存，同时，液氨经过热量交换后变成氨蒸汽与稀氨水溶液混合再次生成浓氨水溶液储存在储能子***中，参与下一次制冷循环。在发电子***中，液氨经过加压换热后生成氨蒸汽，并利用氨蒸汽驱动发电机组发电。氨蒸汽经过换热后可以再次与稀氨水溶液混合，生成浓氨水溶液储存在储能子***中，参与下一次发电。因此，应用本发明实施例提供的光热复合氨吸收式多能联供***，可以充分利用光热资源，促进光热资源的综合梯级利用，同时可以实现智能微能源互联网中对冷能、热能、电能多能联供的需求。
根据本发明的一个实施例，所述集热蓄热子***包括依次连接的太阳能集热镜场、高温导热油罐、蓄热水箱及低温导热油罐，所述导热介质储存在所述高温导热油罐及所述低温导热油罐中，所述蓄热水箱中设置有供暖蓄热介质。
根据本发明的一个实施例，所述储能子***包括依次连接的浓氨水储罐、发生器、分离器、冷凝器及液氨储罐，所述发生器与所述集热蓄热子***连接；
所述储能子***还包括稀氨水储罐，所述稀氨水储罐与所述分离器连接；
所述浓氨水溶液存储在所述浓氨水储罐中，所述稀氨水溶液储存在所述稀氨水储罐中，所述液氨储存在所述液氨储罐中。
根据本发明的一个实施例，所述制冷子***包括依次连接的蒸发器、吸收器及溶液交换器，所述蒸发器与所述液氨储罐连接；
所述制冷子***还包括蓄冷水箱，所述蓄冷水箱与所述蒸发器连接，所述蓄冷介质储存在所述蓄冷水箱中。
根据本发明的一个实施例，所述发电机组包括增压装置、透平膨胀机组及发电机，所述透平膨胀机组与所述液氨储罐连接，所述增压装置与所述液氨储罐连接，所述发电机与所述透平膨胀机组连接；
所述增压装置还与所述集热蓄热子***连接。
根据本发明的一个实施例，所述光热复合氨吸收式多能联供***还包括冷却塔，所述冷却塔与所述冷凝器和所述吸收器连接。
根据本发明的一个实施例，所述发生器与所述集热蓄热子***之间设置有第一连接阀门。
根据本发明的一个实施例，所述蒸发器与所述液氨储罐之间设置有第二连接阀门。
根据本发明的一个实施例，所述增压装置与所述液氨储罐之间设置有第三连接阀门，所述增压装置与所述集热蓄热子***之间设置有第四连接阀门，所述透平膨胀机组与所述液氨储罐之间设置有第五连接阀门。
根据本发明的一个实施例，所述集热蓄热子***中还包括导热油管路，所述导热介质在所述导热油管路中流通。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的光热复合氨吸收式多能联供***的结构示意图。
附图标记：
10、集热蓄热子***；110、太阳能集热镜场、120、高温导热油罐；130、蓄热水箱；140、低温导热油罐；151、第一连接阀门；152、第二连接阀门；153、第三连接阀门；154、第四连接阀门；155、第五连接阀门；160、导热油管路；
20、储能子***；210、浓氨水储罐；220、发生器；230、分离器；240、冷凝器；250、液氨储罐；260、稀氨水储罐；
30、制冷子***；310、蒸发器；320、吸收器；330、溶液交换器；340、蓄冷水箱；
40、发电子***；410、增压装置；420、透平膨胀机组；430、发电机；
510、冷却塔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1所示，本发明实施例提供一种光热复合氨吸收式多能联供***，包括集热蓄热子***10、储能子***20、制冷子***30及发电子***40，集热蓄热子***10内设置有导热介质，集热蓄热子***10适于利用太阳能加热导热介质；储能子***20中设置有浓氨水溶液，储能子***20适于利用导热介质的热量加热浓氨水溶液并分离，生成稀氨水溶液及液氨；制冷子***30设置有蓄冷介质，制冷子***30适于利用液氨经节流膨胀吸收蓄冷介质的热量；发电子***40包括发电机430组，发电子***40适于利用导热介质的热量加热液氨以生成高压氨蒸汽，并利用高压氨蒸汽驱动发电机430组发电。
根据本发明实施例提供的光热复合氨吸收式多能联供***，通过将集热蓄热子***10、储能子***20、制冷子***30及发电子***40集成设置在一起，采用光热集热技术对太阳能光热进行富集，通过导热、蓄热及蓄冷工质之间进行热量交换，不但可以满足用户的供暖和制冷需求，还能实现能量的储存并有电力输出。具体地，集热蓄热子***10通过利用太阳能作为集热能源，收集的热量用于加热导热介质，加热后的导热介质中储存有大量的热量，可以将导热介质中的一部分热量传递至供暖蓄热介质中，实现对供暖蓄热介质的高温加热，用户可以通过供暖蓄热介质取暖，以满足制热需求，导热介质中的另一部分热量可以驱动光热复合氨吸收式多能联供***的运行。储能子***20可以利用导热介质的热量将浓氨水溶液加热，浓氨水加热后分离为液氨及稀氨水溶液并储存。在制冷子***30中，储存的液氨经节流膨胀吸收蓄冷介质的热量，实现蓄冷工质的降温，并将冷量进行储存，同时，液氨经过热量交换后变成氨蒸汽与稀氨水溶液混合再次生成浓氨水溶液储存在储能子***20中，参与下一次制冷循环。在发电子***40中，液氨经过加压换热后生成氨蒸汽，并利用氨蒸汽驱动发电机430组发电。氨蒸汽经过换热后可以再次与稀氨水溶液混合，生成浓氨水溶液储存在储能子***20中，参与下一次发电。因此，应用本发明实施例提供的光热复合氨吸收式多能联供***，可以充分利用光热资源，促进光热资源的综合梯级利用，同时可以实现智能微能源互联网中对冷能、热能、电能多能联供的需求。
如图1所示，在本发明的实施例中，集热蓄热子***10包括依次连接的太阳能集热镜场110、高温导热油罐120、蓄热水箱130及低温导热油罐140，导热介质储存在高温导热油罐120及低温导热油罐140中，蓄热水箱130中设置有供暖蓄热介质。
如图1所示，在本发明的实施例中，发生器220与集热蓄热子***10之间设置有第一连接阀门151。
如图1所示，在本发明的实施例中，蒸发器310与液氨储罐250之间设置有第二连接阀门152。
如图1所示，在本发明的实施例中，增压装置410与液氨储罐250之间设置有第三连接阀门153，增压装置410与集热蓄热子***10之间设置有第四连接阀门154，透平膨胀机组420与液氨储罐250之间设置有第五连接阀门155。
如图1所示，在本发明的实施例中，集热蓄热子***10中还包括导热油管路160，导热介质在导热油管路160中流通。
太阳能集热镜场110为槽式太阳能集热装置，其与低温导热油罐140和高温导热油罐120相连，收集的热量用于加热导热介质如导热油，最高可加热至250℃，高温导热油罐120中的高温导热油中储存有大量热量。可以通过导热油和蓄热水箱130中的供暖蓄热介质例如水进行换热以加热水，用户可以通过加热后的水取暖，以满足用户供热需求，蓄热水箱130水温一般为85℃至90℃。
结合上述记载的技术特征，具体地，在***执行蓄热模式时，关闭导热油管路160和增压装置410之间的第四连接阀门154、导热油管路160和发生器220之间的第一连接阀门151，打开导热油管路160和蓄热水箱130之间的连接阀门。开启导热油泵，使***内的导热油逐步被收集的太阳能所加热，以使导热油温度升高储存热量，可以将导热油的部分热量用于加热蓄热水箱130中的水，用户可以通过加热后的水取暖。导热油最高可被加热到250℃，蓄热水箱130的水温一般为85℃至90℃。
如图1所示，在本发明的实施例中，储能子***20包括依次连接的浓氨水储罐210、发生器220、分离器230、冷凝器240及液氨储罐250，发生器220与集热蓄热子***10连接；
储能子***20还包括稀氨水储罐260，稀氨水储罐260与分离器230连接；
浓氨水溶液存储在浓氨水储罐210中，稀氨水溶液储存在稀氨水储罐260中，液氨储存在液氨储罐250中。
如图1所示，在本发明的实施例中，光热复合氨吸收式多能联供***还包括冷却塔510，冷却塔510与冷凝器240和吸收器320连接。
以氨为工质的储能子***20中，浓氨水溶液在蒸发器310中被加热，加热所需热量由导热油提供。加热后的氨溶液进入分离器230精馏分离，氨蒸汽进入冷凝器240被冷却水冷却后成为高浓度的低压纯氨溶液，然后进入液氨储罐250中储存。
结合上述记载的技术特征，具体地，在***执行储能模式时，关闭导热油管路160和蓄热水箱130之间的连接阀门、导热油管路160和增压装置410之间的第四连接阀门154，打开导热油管路160和发生器220之间的第一连接阀门151。开启氨溶液泵，氨水溶液从浓氨水储罐210中进入发生器220，由导热油管路160的高温导热油进行加热，加热温度一般在140℃左右。加热后的氨水溶液进入分离器230进行精馏分离，顶部的氨蒸汽进入冷凝器240，经冷却塔510提供的冷却水进行冷却后进入液氨储罐250进行储存。分离器230底部的稀氨水溶液进入稀氨水储罐260。进入液氨储罐250的液氨浓度为99％，温度为25-30℃，压力为1.0-1.2MPa。
如图1所示，在本发明的实施例中，制冷子***30包括依次连接的蒸发器310、吸收器320及溶液交换器330，蒸发器310与液氨储罐250连接；
制冷子***30还包括蓄冷水箱340，蓄冷水箱340与蒸发器310连接，蓄冷介质储存在蓄冷水箱340中。
吸收式制冷***中，经节流降压后的氨溶液进入蒸发器310膨胀成为氨蒸汽，在此过程中吸收外界的热量使其温度降低，该冷量通过冷媒水储存于蓄冷水箱340中，以满足用户供冷需求。膨胀完毕的氨蒸汽进入吸收器320被稀氨水溶液吸收，成为浓氨水溶液，再进入发生器220中加热，进入下一个循环。其中，在溶液交换器330中，从吸收器320中流出的浓氨溶液会和从分离器230中流出的稀氨溶液进行热量交换，以提高能源利用效率。
结合上述记载的技术特征，具体地，***执行蓄冷模式时，关闭液氨储罐250和增压装置410之间的第三连接阀门153、液氨储罐250和透平膨胀机组420之间的第五连接阀门155，打开液氨储罐250和蒸发器310之间的第二连接阀门152，同时打开稀氨水储罐260出口阀门。此时液氨从液氨储罐250底部流出，经节流降压后进入蒸发器310内进行膨胀，吸收来自蓄冷水箱340的冷媒水的热量并将冷量进行储存。蒸发器310内的工作压力一般为0.3-0.4MPa。膨胀完毕的氨蒸汽进入吸收器320，被从稀氨水罐流出的稀氨水吸收，成为浓氨水溶液，在溶液交换器330中与流向吸收器320中的稀氨水溶液完成换热后进入浓氨水储罐210。
如图1所示，在本发明的实施例中，发电机430组包括增压装置410、透平膨胀机组420及发电机430，透平膨胀机组420与液氨储罐250连接，增压装置410与液氨储罐250连接，发电机430与透平膨胀机组420连接；
增压装置410还与集热蓄热子***10连接。
发电***中，纯氨溶液从液氨储罐250底部流出，经增压装置410换热后，变为氨蒸汽，再进入液氨储罐250上部，实现液氨罐的增压。增压装置410所需热量来自于集热蓄热子***10的导热油。增压过后的高压氨蒸汽进入透平膨胀机组420做功，带动发电机430发电，乏汽进入吸收器320，进入下一个循环。
结合上述记载的技术特征，具体地，***执行发电模式时，关闭液氨储罐250和蒸发器310之间的第二连接阀门152，打开液氨储罐250和增压装置410的第三连接阀门153，打开导热油管路160和增压装置410之间的第四连接阀门154，同时打开稀氨水储罐260出口阀门。此时液氨从液氨储罐250底部流出进入增压装置410，在其内被来自集热蓄热子***10的高温导热油进行加热，成为氨蒸汽并进入液氨储罐250顶部，完成对液氨储罐250的增压。在液氨储罐250压力达到3MPa后，打开液氨储罐250和透平膨胀机组420之间的第五连接阀门155，高压氨蒸汽进入透平膨胀机组420内进行膨胀做功并带动发电机430组进行发电。膨胀完毕的乏汽进入吸收器320内被稀氨水溶液吸收后成为浓氨水溶液进入浓氨水储罐210。
本发明实施例提供的光热复合氨吸收式多能联供***还可以同时运行蓄热模式、储能模式、蓄冷模式及发电模式中的两个或多个。
例如，蓄热模式和储能模式同时工作时，关闭导热油管路160和增压装置410之间的第四连接阀门154，打开导热油管路160和蓄热水箱130之间的连接阀门以及导热油管路160和发生器220之间的第一连接阀门151。此时，集热蓄热子***10的导热油既可以加热蓄热水箱130中的水以完成供暖蓄热，也可加热发生器220中的浓氨水溶液以完成储能。
蓄热模式和发电模式同时工作时，关闭导热油管路160和发生器220之间的第一连接阀门151，打开导热油管路160和蓄热水箱130之间的连接阀门以及导热油管路160和增压装置410之间的第四连接阀门154。此时，集热蓄热子***10的导热油既可以加热蓄热水箱130中的水以完成供暖蓄热，也可加热增压装置410中的液氨使其成为蒸汽以达到为液氨储罐250增压的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，包括：
集热蓄热子***，所述集热蓄热子***内设置有导热介质，所述集热蓄热子***适于利用太阳能加热所述导热介质；
储能子***，所述储能子***中设置有浓氨水溶液，所述储能子***适于利用所述导热介质的热量加热所述浓氨水溶液并分离，生成稀氨水溶液及液氨；
制冷子***，所述制冷子***设置有蓄冷介质，所述制冷子***适于利用所述液氨经节流膨胀吸收所述蓄冷介质的热量；
发电子***，所述发电子***包括发电机组，所述发电子***适于利用所述导热介质的热量加热所述液氨以生成高压氨蒸汽，并利用所述高压氨蒸汽驱动所述发电机组发电。
2.根据权利要求1所述的光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，所述集热蓄热子***包括依次连接的太阳能集热镜场、高温导热油罐、蓄热水箱及低温导热油罐，所述导热介质储存在所述高温导热油罐及所述低温导热油罐中，所述蓄热水箱中设置有供暖蓄热介质。
3.根据权利要求1所述的光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，所述储能子***包括依次连接的浓氨水储罐、发生器、分离器、冷凝器及液氨储罐，所述发生器与所述集热蓄热子***连接；
所述储能子***还包括稀氨水储罐，所述稀氨水储罐与所述分离器连接；
所述浓氨水溶液存储在所述浓氨水储罐中，所述稀氨水溶液储存在所述稀氨水储罐中，所述液氨储存在所述液氨储罐中。
4.根据权利要求3所述的光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，所述制冷子***包括依次连接的蒸发器、吸收器及溶液交换器，所述蒸发器与所述液氨储罐连接；
所述制冷子***还包括蓄冷水箱，所述蓄冷水箱与所述蒸发器连接，所述蓄冷介质储存在所述蓄冷水箱中。
5.根据权利要求3所述的光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，所述发电机组包括增压装置、透平膨胀机组及发电机，所述透平膨胀机组与所述液氨储罐连接，所述增压装置与所述液氨储罐连接，所述发电机与所述透平膨胀机组连接；
所述增压装置还与所述集热蓄热子***连接。
6.根据权利要求4所述的光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，所述光热复合氨吸收式多能联供***还包括冷却塔，所述冷却塔与所述冷凝器和所述吸收器连接。
7.根据权利要求3所述的光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，所述发生器与所述集热蓄热子***之间设置有第一连接阀门。
8.根据权利要求4所述的光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，所述蒸发器与所述液氨储罐之间设置有第二连接阀门。
9.根据权利要求5所述的光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，所述增压装置与所述液氨储罐之间设置有第三连接阀门，所述增压装置与所述集热蓄热子***之间设置有第四连接阀门，所述透平膨胀机组与所述液氨储罐之间设置有第五连接阀门。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的光热复合氨吸收式多能联供***，其特征在于，所述集热蓄热子***中还包括导热油管路，所述导热介质在所述导热油管路中流通。
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CN116961570A (zh) * 2023-07-21 2023-10-27 大唐环境产业集团股份有限公司 一种利用液氨蒸发余冷的光伏提效***

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