一种变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置.pdf

1、10申请公布号CN102337940A43申请公布日20120201CN102337940ACN102337940A21申请号201110273603522申请日20110916F01K27/02200601F01K25/10200601F01K25/0420060171申请人东南大学地址211189江苏省南京市江宁开发区东南大学路2号72发明人陈亚平刘芬74专利代理机构南京天翼专利代理有限责任公司32112代理人汤志武54发明名称一种变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置57摘要本发明公开了一种用于中低温热源动力回收利用的变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置，包括氨水吸收式动力循环装置1、

2、溶液储罐2、电磁阀组3；溶液储罐一端的接口A和接口B通过电磁阀A和电磁阀B分别与低压氨泵的出口和入口管线连接，另一端的接口C与高压氨泵的入口管线连接，利用高压氨泵入口管线处压力介于低压氨泵的出口管线和入口管线处压力之间的特点，通过电磁阀组的开关来置换溶液储罐内的溶液，从而改变循环主回路内的溶液浓度、工作压力和密度，改变进入透平的质量流量，增大或降低透平功率。本发明的变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置可避免或减小透平调节阀的节流损失，维持透平的高效运行，实现循环效率的最大化。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图1页CN102337953A

3、1/2页21一种用于中低温热源动力回收利用的变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置，其原理是通过改变氨水吸收式动力循环装置的氨水混合工质浓度来改变透平入口处工质的工作压力和密度，进而在透平调节阀全开时改变透平工质的质量流量，从而改变透平功率，可以减小或避免节流损失，提高循环系统能量转换效率；其特征在于，包括氨水吸收式动力循环装置1、溶液储罐2和电磁阀组3；其中氨水吸收式动力循环装置1由蒸发器11、透平调节阀12、透平机组13、回热器14、低压吸收器15、低压氨泵16、气液分离器17、预热器18、高压吸收器19、高压氨泵110、稀溶液节流阀111和连接管线组成；蒸发器11设有热源流体进口111、

4、热源流体出口112、工作溶液进口113和工作溶液出口114，回热器14设有工作溶液进口141和工作溶液出口142、基本溶液进口143和基本溶液出口144，气液分离器17设有基本溶液进口171、富氨气体出口172和稀溶液出口173；其特征在于低压吸收器15分成溶液冷却吸收段151和冷却水吸收段152，溶液冷却吸收段151的内通道设有基本溶液进口1511和基本溶液出口1512，冷却水吸收段152的内通道设有冷却水进口1521和冷却水出口1522，溶液冷却吸收段151布置在冷却水吸收段152的上方，在溶液冷却吸收段151的上方还设有稀溶液喷淋器153和气态工作溶液进口154，稀溶液喷淋器153的入口

5、端是低压吸收器稀溶液进口155，在低压吸收器15的底部液囊设有基本溶液出口156，高压吸收器19分成高压溶液冷却吸收段191和高压冷却水冷却吸收段192，高压溶液冷却吸收段191的内通道设有工作溶液进口1911和工作溶液出口1912，高压冷却水吸收段192的内通道设有冷却水进口1921和冷却水出口1922，高压溶液冷却吸收段191布置在高压冷却水冷却吸收段192的上方，在高压溶液冷却吸收段191的上方还设有高压稀溶液喷淋器193和富氨气进口194，高压稀溶液喷淋器193的入口端是高压吸收器19的稀溶液进口195，在高压吸收器19的底部液囊设有工作溶液出口196；预热器18是三股流换热器，设有稀

6、溶液进口181、稀溶液出口182、富氨气进口183、富氨气出口184、工作溶液进口185和工作溶液出口186；氨水吸收式动力循环装置1各部件的连接关系为蒸发器11的工作溶液出口114与透平调节阀12的进口121连接，透平调节阀的出口122与透平机组13的进口131连接，透平机组的出口132与回热器14的工作溶液进口141连接，回热器的工作溶液出口142与低压吸收器15的工作溶液进口154连接，低压吸收器的基本溶液出口156与低压氨泵16的进口161连接，低压氨泵16的出口162与低压吸收器15溶液冷却吸收段151的基本溶液进口1511连接，低压溶液冷却吸收段151的基本溶液出口1512与回热器

7、的基本溶液进口143连接，回热器的基本溶液出口144与气液分离器17的进口171连接，气液分离器17的富氨气出口172与预热器18的富氨气进口183连接，气液分离器17的稀溶液出口173与预热器18的稀溶液进口181连接，预热器的富氨气出口184与高压吸收器19的富氨气进口194连接，预热器18的稀溶液出口182管路分成2路，一路与高压吸收器19的稀溶液进口195连接，另一路与稀溶液节流阀111的进口1111连接，稀溶液节流阀权利要求书CN102337940ACN102337953A2/2页3111的出口1112与低压吸收器的稀溶液进口155连接；高压吸收器19的工作溶液出口196与高压氨泵1

8、10的进口1101连接，高压氨泵110的出口1102与高压吸收器19溶液冷却吸收段191的工作溶液进口1911连接；高压吸收器19溶液冷却吸收段191的工作溶液出口1912与预热器18的工作溶液进口185连接，预热器的工作溶液出口186与蒸发器11的工作溶液进口113连接；其特征在于溶液储罐2的一端设接口A21和接口B22，另一端设接口C23；电磁阀组3由电磁阀A31和电磁阀B32组成；溶液储罐2的接口A21通过电磁阀A31与低压氨泵16的出口管线连接，溶液储罐2的接口B22通过电磁阀B32与低压氨泵16的入口管线连接，溶液储罐2的接口C23与高压氨泵110的入口管线连接。权利要求书CN102

9、337940ACN102337953A1/4页4一种变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置技术领域0001本发明涉及一种用于中低温热源动力回收利用的变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置。背景技术0002普通纯工质动力循环装置的调节采用节流调节，在运行条件偏离设计工况时通过开大关小透平调节阀实现透平功率调节，因而在透平调节阀中存在较大的节流损失；由于氨水吸收式动力循环装置采用混合工质，有条件在透平调节阀全开时在同样的温度下通过改变浓度来改变工作压力和密度，进而改变透平的质量流量，从而改变透平功率。基于上述思路的调节方案就是变浓度调节功率方案，可以减小或避免节流损失，从而提高循环系统效率。发明内

10、容0003本发明提供一种用于中低温热源动力回收利用的变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置，其原理是通过改变氨水吸收式动力循环装置的氨水混合工质溶液浓度来改变透平入口处工质的工作压力和密度，进而在透平调节阀全开时改变透平工质的质量流量，从而改变透平功率，可以减小或避免节流损失，提高循环系统能量转换效率。0004本发明采用如下技术方案一种变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置，包括氨水吸收式动力循环装置、溶液储罐和电磁阀组；其中氨水吸收式动力循环装置，由蒸发器、透平调节阀、透平机组、回热器、低压吸收器、低压氨泵、气液分离器、预热器、高压吸收器、高压氨泵、稀溶液节流阀和连接管线组成。蒸发器设有热源

11、进口、热源出口、工作溶液进口和工作溶液出口；回热器设有工作溶液进口和工作溶液出口、基本溶液进口和基本溶液出口；气液分离器设有基本溶液进口、富氨气体出口和稀溶液出口；低压吸收器分成溶液冷却吸收段和冷却水吸收段，溶液冷却吸收段的内通道设有基本溶液进口和基本溶液出口，冷却水吸收段的内通道设有冷却水进口和冷却水出口，溶液冷却吸收段布置在冷却水吸收段的上方；在溶液冷却吸收段的上方还设有稀溶液喷淋器和工作溶液进口，稀溶液喷淋器的入口端是低压稀溶液进口；在低压吸收器的底部液囊设有基本溶液出口；高压吸收器分成高压溶液冷却吸收段和高压冷却水冷却吸收段，高压溶液冷却吸收段的内通道设有工作溶液进口和工作溶液出口，高

12、压冷却水吸收段的内通道设有冷却水进口和冷却水出口；高压溶液冷却吸收段布置在高压冷却水冷却吸收段的上方，在高压溶液冷却吸收段的上方还设有高压稀溶液喷淋器和富氨气进口，高压稀溶液喷淋器的入口端是高压吸收器的稀溶液进口；在高压吸收器的底部液囊设有工作溶液出口；预热器是三股流换热器，设有稀溶液进口和稀溶液出口、富氨气进口和富氨气出口、工作溶液进口和工作溶液出口。0005各部件的连接关系为蒸发器的工作溶液出口与透平调节阀的进口连接；透平调节阀的出口与透平机组的进口连接；透平机组的出口与回热器的工作溶液进口连接；回热说明书CN102337940ACN102337953A2/4页5器的工作溶液出口与低压吸收

13、器的工作溶液进口连接；低压吸收器的基本溶液出口与低压氨泵的进口连接；低压氨泵的出口与低压吸收器溶液冷却吸收段的基本溶液进口连接；低压吸收器溶液冷却吸收段的基本溶液出口与回热器的基本溶液进口连接；回热器的基本溶液出口与气液分离器的进口连接；气液分离器的富氨气出口与预热器的富氨气进口连接；气液分离器的稀溶液出口与预热器的稀溶液进口连接；预热器的富氨气出口与高压吸收器的富氨气进口连接，预热器的稀溶液出口管路分成2路，一路与高压吸收器的稀溶液进口连接，另一路与稀溶液节流阀的进口连接，稀溶液节流阀的出口与低压吸收器的稀溶液进口连接；高压吸收器的工作溶液出口与高压氨泵的进口连接，高压氨泵的出口与高压吸收器

14、溶液冷却吸收段的工作溶液进口连接；高压吸收器溶液冷却吸收段的工作溶液出口与预热器的工作溶液进口连接，预热器的工作溶液出口与蒸发器的工作溶液进口连接。0006溶液储罐的一端设接口A和接口B，另一端设接口C；电磁阀组由电磁阀A和电磁阀B组成；溶液储罐的接口A通过电磁阀A与低压氨泵的出口管线连接，溶液储罐的接口B通过电磁阀B与低压氨泵的入口管线连接，溶液储罐的接口C与高压氨泵的入口管线连接。0007由于溶液储罐的接口A和接口B与主回路连接处的工质都是浓度较低的基础成分，而接口C处的工质是浓度较高的工作成分；这3个接口与主回路连接处的工质压力则是ACB；当打开电磁阀A，关闭电磁阀B时，可逐步将溶液储罐

15、内的浓度较高的溶液排出，置换为浓度较低的溶液，系统主回路溶液浓度升高，从而使压力升高和密度增大，增大透平工质的质量流量，提高透平功率；反之，打开电磁阀B，关闭电磁阀A时，可逐步将溶液储罐内的浓度较低的溶液排出，置换为浓度较高的溶液，系统溶液浓度降低因而循环系统内的溶液浓度将降低，压力下降，透平工质的质量流量减小，从而降低透平功率；稳定运行时，两个电磁阀都关闭。以上调节都是在透平调节阀全开的条件下实现的功率调节，避免了节流损失，因而可维持透平的高效运行，实现循环效率的最大化。0008与现有技术相比，本发明具有如下优点提高了能量转换效率。由于氨水混合工质的饱和蒸气压力取决于温度和浓度2个因素，在冷

16、、热源温度确定后，系统内蒸发器的压力取决于溶液工作成分的浓度，因此调节浓度可以作为调节压力的手段最终调节发电功率。在热源流量或温度变化，环境温度变化或负荷变化时，通常采用的透平进口阀门节流调节方案存在较大的节流损失，而通过调节改变工质的浓度来实现不同的工作压力，形成合适的容积流量，从而维持透平的高效运行是混合工质动力循环所特有的一种可避免或减小节流损失的高效调节方式。0009由于中小功率透平的强度要求比较容易得到满足，但由于透平结构的复杂性，希望同一尺寸的透平覆盖较宽的功率运行范围，以实现系列化、通用化和降低成本的需要，变浓度的措施正好能够满足这项需求。0010由于余热通常不具备储存性，且可以

17、不计燃料费用，因此余热发电装置的功率调节的策略通常是根据热源和冷源的参数以最大限度地多发电为目标。普通调节方式的透平效率在变工况时下降很大，功率向上调节更难，因此很难高效地实现此目标。本发明则可以很好地实现最大限度多发电之目标。附图说明0011图1是本发明实施例1的流程示意图。说明书CN102337940ACN102337953A3/4页6具体实施方式0012实施例1参见图1，一种变浓度调节功率的氨水吸收式动力循环装置，包括氨水吸收式动力循环装置1、溶液储罐2和电磁阀组3；其中氨水吸收式动力循环装置1由蒸发器11、透平调节阀12、透平机组13、回热器14、低压吸收器15、低压氨泵16、气液分离

18、器17、预热器18、高压吸收器19、高压氨泵110、稀溶液节流阀111和连接管线组成；蒸发器11设有热源流体进口111、热源流体出口112、工作溶液进口113和工作溶液出口114，回热器14设有工作溶液进口141和工作溶液出口142、基本溶液进口143和基本溶液出口144，气液分离器17设有基本溶液进口171、富氨气体出口172和稀溶液出口173；其特征在于低压吸收器15分成溶液冷却吸收段151和冷却水吸收段152，溶液冷却吸收段151的内通道设有基本溶液进口1511和基本溶液出口1512，冷却水吸收段152的内通道设有冷却水进口1521和冷却水出口1522，溶液冷却吸收段151布置在冷却水吸

19、收段152的上方，在溶液冷却吸收段151的上方还设有稀溶液喷淋器153和气态工作溶液进口154，稀溶液喷淋器153的入口端是低压吸收器稀溶液进口155，在低压吸收器15的底部液囊设有基本溶液出口156，高压吸收器19分成高压溶液冷却吸收段191和高压冷却水冷却吸收段192，高压溶液冷却吸收段191的内通道设有工作溶液进口1911和工作溶液出口1912，高压冷却水吸收段192的内通道设有冷却水进口1921和冷却水出口1922，高压溶液冷却吸收段191布置在高压冷却水冷却吸收段192的上方，在高压溶液冷却吸收段191的上方还设有高压稀溶液喷淋器193和富氨气进口194，高压稀溶液喷淋器193的入口

20、端是高压吸收器19的稀溶液进口195，在高压吸收器19的底部液囊设有工作溶液出口196；预热器18是三股流换热器，设有稀溶液进口181、稀溶液出口182、富氨气进口183、富氨气出口184、工作溶液进口185和工作溶液出口186；氨水吸收式动力循环装置1各部件的连接关系为蒸发器11的工作溶液出口114与透平调节阀12的进口121连接，透平调节阀的出口122与透平机组13的进口131连接，透平机组的出口132与回热器14的工作溶液进口141连接，回热器的工作溶液出口142与低压吸收器15的工作溶液进口154连接，低压吸收器的基本溶液出口156与低压氨泵16的进口161连接，低压氨泵16的出口16

21、2与低压吸收器15溶液冷却吸收段151的基本溶液进口1511连接，低压溶液冷却吸收段151的基本溶液出口1512与回热器的基本溶液进口143连接，回热器的基本溶液出口144与气液分离器17的进口171连接，气液分离器17的富氨气出口172与预热器18的富氨气进口183连接，气液分离器17的稀溶液出口173与预热器18的稀溶液进口181连接，预热器的富氨气出口184与高压吸收器19的富氨气进口194连接，预热器18的稀溶液出口182管路分成2路，一路与高压吸收器19的稀溶液进口195连接，另一路与稀溶液节流阀111的进口1111连接，稀溶液节流阀111的出口1112与低压吸收器的稀溶液进口155

22、连接；高压吸收器19的工作溶液出口196与高压氨泵110的进口1101连接，高压氨泵110的出口1102与高压吸收器19溶液冷却吸收段191的工作溶液进口1911连接；高压吸收器19溶液冷却吸收段191的工作溶液出口1912与预热器18的工作溶液进口185连接，预热器的工作溶液出口186与蒸发器说明书CN102337940ACN102337953A4/4页711的工作溶液进口113连接；溶液储罐2的一端设接口A21和接口B22，另一端设接口C23；电磁阀组3由电磁阀A31和电磁阀B32组成；溶液储罐2的接口A21通过电磁阀A31与低压氨泵16的出口管线连接；溶液储罐2的接口B22通过电磁阀B3

23、2与低压氨泵16的入口管线连接；溶液储罐2的接口C23与高压氨泵110的入口管线连接。0013该变浓度调节功率的氨水动力循环装置的功率调节过程如下在热源流量变大或温度升高，或环境温度降低时，分次打开电磁阀A31，电磁阀B32保持关闭，逐步将溶液储罐2内的浓度较高的溶液排出，置换为浓度较低的溶液，因而循环系统主回路内的溶液浓度将升高，工作溶液浓度的提高可使得压力升高和密度增大，增大透平工质的质量流量，从而提高透平功率；反之，在热源流量变小或温度降低时，或环境温度升高时，分次打开电磁阀B32，电磁阀A31保持关闭，逐步将溶液储罐2内浓度较低的溶液排出，置换为浓度较高的溶液，因而循环系统主回路内的溶液浓度将降低；工作溶液浓度的降低使得压力降低和密度减小，减少透平工质的质量流量，从而降低透平功率；稳定运行时，两个电磁阀都关闭。以上调节都是在透平调节阀12全开的条件下实现的功率调节，避免或减小了节流损失，因而可维持透平的高效运行，实现循环效率的最大化。说明书CN102337940ACN102337953A1/1页8图1说明书附图CN102337940A