[發明專利]一種適用于回收電廠余熱的大溫差多級壓縮純質熱泵系統

在審

• 申請號: 202110471889.1
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113074466A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 張志強;孟金英;郭陽;李曉斌;柴新元;楊英杰;王剛
• 申請（專利權）人: 山西山安藍天節能科技股份有限公司;山西省工業設備安裝集團有限公司
• 主分類號: F25B7/00
• 分類號: F25B7/00;F25B27/02;F25B41/20;F25B49/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 楊斌華

一種適用于回收電廠余熱的大溫差多級壓縮純質熱泵系統，屬于能源領域，可解決電廠廢熱、余熱利用的問題。熱泵運行的工質為R245ca，壓縮級數三級，一級最佳運行中間壓力為270~300kPa；二級最佳運行壓力為353~392kPa。該工質的ODP為0，GWP值小于200，環保性能優異。在電廠實際生產中，產生的余熱一般為30℃~50℃，城市供熱供暖溫度一般為80℃~100℃。在標準工況選取蒸發溫度40℃，冷凝溫度90℃下R245ca作為工質時多級壓縮熱泵的循環性能優異，給定工況下工質為R245ca的多級壓縮熱泵具有較低的中間壓力和較高的COP值，該系統對熱泵的要求最低，同時效率最高。

技術領域

本發明屬于能源技術領域，具體涉及一種適用于回收電廠余熱的大溫差多級壓縮純質熱泵系統。

背景技術

電廠在運行中會無可避免地產生較多熱損失。這些熱損失大部分是低品位的熱能，工業生產上難以直接利用。但可以通過熱泵裝置將這些低品位熱能轉化為高品位熱能以提高能源的利用率，減少一次能源的浪費。例如，汽輪機低壓缸里排出的乏汽中的熱量，該部分熱量在經過凝汽器后傳遞給凝汽器循環水，由于循環水出口溫度較低一般為30~40℃，難以利用。熱泵能夠把低溫的余熱廢熱轉化高品位熱能，達到工業供熱的需求。所以凝汽器循環水中的低品位熱能可以通過熱泵轉化為高品位熱量用于供熱或其他工業用途。

在回收電廠余熱進行供熱的熱泵系統中熱泵蒸發溫度為40℃，而供熱系統中一回路的給水溫度高達90℃。溫差為50℃，屬于大溫差工況。這種大溫差工況對于熱泵系統而言，循環過程所出現的溫升較大，熱泵壓縮機就需要較大的壓比。單級壓縮系統具有壓縮機工作和排氣溫度高、等熵效率低的局限性，且會出現常規的壓縮機無法承受的過高壓比和排氣溫度以及制熱性能系數 COP 相應減小等問題。所以單級壓縮熱泵系統并不適合用于大溫差工況。

多級壓縮熱泵系統比單級壓縮熱泵系統復雜。但在更寬的壓力范圍和溫升范圍內具有優越的性能。目前對于較大的溫升或壓力范圍，設計合理的多級熱泵系統與干燥通道相結合，選取合適的工質，可在較寬的溫度范圍內高效、可靠運行。因此，多級壓縮熱泵非常適合這種大溫差的工況。

按照對循環的理論分析，通過增加壓縮式熱泵系統的級數可以無休止地提高系統的性能系數。然而對于實際情況而言，更多的級數就意味著系統更加復雜，這對于實際運行是極為不利的。所以壓縮等級需要根據實際運行情況選取。

熱泵中的運行工質對熱泵的性能有較大的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大溫差多級壓縮熱泵系統，解決電廠廢熱、余熱利用的問題。

本發明采用如下技術方案：

一種適用于回收電廠余熱的大溫差多級壓縮純質熱泵系統，包括高壓級壓縮機、中壓級壓縮機、低壓級壓縮機、氣液分離器、蒸發器、低壓級節流閥、第一級中間冷卻器、中壓級節流閥、第二級中間冷卻器、高壓級節流閥、儲液器和冷凝器；

蒸發器的出口與氣液分離器的進口連接，氣液分離器的出口與低壓級壓縮機的進口連接，低壓級壓縮機的出口與第一級中間冷卻器的a進口管路連接，第一級中間冷卻器的b出口管路與中壓級壓縮機的進口連接，中壓級壓縮機的出口與第二級中間冷卻器的a進口管路連接，第二級中間冷卻器的b出口管路與高壓級壓縮機的進口連接，高壓級壓縮機的出口與冷凝器的進口連接，冷凝器的出口與儲液器的進口連接，儲液器的出口與高壓級節流閥的進口連接，高壓級節流閥的出口與第二級中間冷卻器的c進口管路連接，第二級中間冷卻器的d出口管路與中壓級節流閥的進口連接，中壓級節流閥的出口與第一級中間冷卻器的c進口管路連接，第一級中間冷卻器的d出口管路與低壓級節流閥的進口連接，低壓級節流閥的出口與蒸發器的進口連接；

所述大溫差多級壓縮純質熱泵系統的運行工質為1,1,2,2,3-五氟丙烷（R245ca），運行中間壓力范圍一級為270~300kPa，二級為353~392kPa。