阅读说明：本技术 一种复合型吸收式制冷机组 (Composite absorption refrigerating unit ) 是由 黄惠芬 刘志清 邓大鹏 段永红 张克 于 2019-12-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种复合型吸收式制冷机组,其包括至少两个模组单元,每一个所述模组单元包括低压发生器、高压发生器、热水发生器、吸收器和蒸发器,每一所述模组单元可配置成以下工作模式：高品质热源换热双效工作模式、余热水换热单效工作模式和两种热源同时换热的单双效工作模式；这样整个机组中的模组单元可以根据现场驱动热源种类和换热量的不同,将不同模组单元配置成不同的工作模式,可以满足余热水不足或没有及时补充或替换高品位热源等多种情况下,废热的最大回收,满足最大制冷量需求。并且利用两个或多个模组单元循环,可以降低每一吸收器出口浓度,进而降低蒸汽驱动压力,也可以降低天燃气或烟气出口排烟温度,从而起到节能增效作用。(The invention discloses a composite absorption refrigerating unit, which comprises at least two module units, wherein each module unit comprises a low-pressure generator, a high-pressure generator, a hot water generator, an absorber and an evaporator, and each module unit can be configured into the following working modes: the system comprises a high-quality heat source heat exchange double-effect working mode, a waste heat water heat exchange single-effect working mode and a single-double-effect working mode for simultaneously exchanging heat of two heat sources; therefore, the module units in the whole unit can configure different module units into different working modes according to different types of field driving heat sources and different heat exchange amounts, the maximum recovery of waste heat can be met under various conditions that residual heat water is insufficient or high-grade heat sources are not supplemented or replaced in time, and the maximum refrigerating capacity requirement is met. And two or more module unit circulations are utilized, the concentration of each absorber outlet can be reduced, further the steam driving pressure is reduced, and the exhaust gas temperature of natural gas or a flue gas outlet can also be reduced, so that the energy-saving and synergistic effects are achieved.)

一种复合型吸收式制冷机组

技术领域

本发明涉及能量回收技术领域，特别涉及一种复合型吸收式制冷机组。

背景技术

目前石油化工行业的EO盆液冷却、石化行业二氧化碳脱除、焦化厂初冷器冷却等工艺需要常年不间断提供冷量用于冷却。在这些领域一般都具有余热水和高品位热源，因此为了提高废热的利用率，现阶段常常设置双效机和单效机分别对高品位热源和余热水进行热量回收。

双效机主要包括蒸发器、吸收器、冷凝器、低压发生器和高压发生器构成。双效机的驱动热源为高品位热源。冷剂在蒸发器内部蒸发，冷却冷水。蒸发的冷剂在吸收器内被浓溶液吸收，浓溶液变成稀溶液，溶液再经低温热交换器、高温热交换器送至高压发生器。在高压发生器内部被高品位热源加热变为中间浓度溶液，然后再进入低压发生器内部蒸发变成浓溶液，最后再次流入吸收器。

单效机主要包括蒸发器、吸收器、冷凝器和热水发生器等构成。其，溶液回路为：吸收器-热水发生器，热水发生器主要用于余热水与溶液进行换热，已将稀溶液浓缩为浓溶液。即热水发生器的驱动热源为余热水。

从以上描述可以看出，当使用环境仅存在高品位热源或余热水时，仅能双效机或单效机一者运行，另一者处于非工作状态，这样机组中的蒸发器和吸收器的换热面积不能被充分利用，制冷能力低，无法满足用户需求。并且，单效机中的余热水单段循环，无法实现大温差利用。

因此，如何实现余热水的大温差利用，并且提高蒸发器和吸收器的换热面积的利用率，提高制冷能力，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种复合型吸收式制冷机组，包括至少两个模组单元，每一个所述模组单元包括低压发生器、高压发生器、热水发生器、吸收器和蒸发器，所述热水发生器具有与外界余热水形成回路的换热管，所述高压发生器具有与外界高品质热源形成回路的换热管；每一所述模组单元可配置成以下工作模式：高品质热源换热双效工作模式、余热水换热单效工作模式和两种热源同时换热的单双效工作模式。

本发明所提供的复合型吸收式制冷机组中每一模组单元都可以配置成三种不同工作模式，这样整个机组中的模组单元可以根据现场驱动热源种类和换热量的不同，将不同模组单元配置成不同的工作模式，可以满足余热水不足或没有及时补充或替换高品位热源等多种情况下，废热的最大回收，满足最大制冷量需求。并且利用两个或多个模组单元循环，可以降低每一吸收器出口浓度，进而降低蒸汽驱动压力，也可以降低天燃气或烟气出口排烟温度，从而起到节能增效作用。

另外，本发明所形成的机组一机多用，减少设备投资，节省设备占地空间。

可选的，各所述模组单元中蒸发器的冷水管路依次串联，各所述热水发生器的换热管依次串联；并且工作时，冷水与余热水二者流过各所述模组单元的顺序相反。

可选的，每一所述模组单元中所述吸收器、所述热水发生器、所述低压发生器和所述高压发生器的溶液通道串联形成串联式溶液循环系统或者反串联式溶液循环系统；

或者，每一所述模组单元中包括并联的第一溶液循环回路和第二溶液循环回路，所述吸收器、所述热水发生器和所述低压发生器形成所述第一溶液循环回路；所述吸收器和所述高压发生器形成所述第二溶液循环回路。

可选的，所述热水发生器的换热管和所述低压发生器的换热管集成设置于同一箱体内部，二者上下布置或者左右布置；所述箱体上设置溶液进口和溶液出口。

可选的，每一所述模组单元还包括冷凝器，用于外界冷却水与所述热水发生器、所述低压发生器、所述高压发生器三者中至少一者产生的冷剂水换热；机组中所有冷凝器和所有吸收器的冷却水管路串联设置，或者机组中所有冷凝器的冷却水管路和所有所述吸收器的冷却水管路串并联设置。

可选的，各所述高压发生器的换热管并联连接外界高品质热源管路。

可选的，所述模组单元还包括溶液混合箱，设置于所述低压发生器的下游，所述溶液混合箱的出口设置有并联的第一支管路和第二支管路，所述第二支管路的另一端与所述吸收器的溶液进口连通，所述第一支管路连通所述高压发生器的溶液进口，以便所述溶液混合箱中的部分溶液经所述第一支管路进入所述高压发生器，所述高压发生器的溶液出口连通所述第二支管路。

可选的，还包括低温热交换器和/或高温热交换器。

可选的，所述模组单元的数量为两个。

可选的，还包括溶液泵，用于提供溶液循环动力；或者/和，还包括泵，用于实现所述蒸发器中冷剂水的循环泵送。

附图说明

图1为本发明一种具体实施例中复合型吸收式制冷机组的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中模组单元串联式溶液循环回路的结构示意图；

图3为本发明一种实施例中模组单元并联式溶液循环回路的结构示意图；

图4为本发明一种实施例中热水发生器、低压发生器左右设置的模组单元的局部结构示意图。

具体实施方式

针对现有技术中所存在的蒸发器、吸收器换热面积的利用率比较低的技术问题，本文进行了深入研究，并在研究的基础上提出了一种解决上述技术问题的技术方案，具体描述如下。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明一种具体实施例中复合型吸收式制冷机组的结构示意图；图2为本发明一种实施例中模组单元串联式溶液循环回路的结构示意图；图3为本发明一种实施例中模组单元并联式溶液循环回路的结构示意图。各图中1A-1A’和2A-2A’均为冷却水回路，1D-1D’和2D-2D’均为高品质热源的回路；C-C’为余热水回路。

本发明提供了一种复合型吸收式制冷机组，包括至少两个模组单元，每一个所述模组单元包括低压发生器、高压发生器、热水发生器、吸收器和蒸发器，其中热水发生器具有与外界余热水形成回路的换热管，也就是说，热水发生器的换热管与外界余热水形成余热换热回路。高压发生器具有与外界高品质热源形成回路的换热管，高压发生器的换热管可以与外界高品质热源形成高品质热源换热回路。

本发明中的每一模组单元可配置成以下工作模式：高品质热源换热双效工作模式、余热水换热单效工作模式和两种热源同时换热的单双效工作模式。

也就是说，每一个模组单元设置有与外界余热水、高温品质热源换热分别换热的热水发生器、高压发生器，并且可以配置成至少三种工作模式：第一种为高品质热源换热双效工作模式，即该状态下驱动热源仅为高品质热源，低压发生器、高压发生器、吸收器形成溶液循环双效换热回路；第二种为余热水换热单效工作模式，即该模式下驱动热源仅为余热水，热水发生器与吸收器形成溶液循环单效换热回路；第三种为余热水和高品质热源的双效工作模式，即该模式下驱动热源为余热水和高品质热源，热水发生器、低压发生器、高压发生器、吸收器形成溶液循环单双效换热回路，溶液回路可以串联，也可以反串联，还可以并联。

其中，本文中高品质热源可以为蒸汽，也可以为烟气，通常蒸汽的压强≥0.3Mpa；烟气的温度≥250℃；冷水7℃出水条件下，余热水出水温度最低可至60℃。

从以上描述可以看出，本发明所提供的复合型吸收式制冷机组中每一模组单元都可以配置成三种不同工作模式，这样整个机组中的模组单元可以根据现场驱动热源种类和换热量的不同，将不同模组单元配置成不同的工作模式，可以满足余热水不足或没有及时补充或替换高品位热源等多种情况下，废热的最大回收，满足最大制冷量需求。并且利用两个或多个模组单元循环，可以降低每一吸收器出口浓度，进而降低蒸汽驱动压力，也可以降低天燃气或烟气出口排烟温度，从而起到节能增效作用。

另外，本发明所形成的机组一机多用，减少设备投资，节省设备占地空间。

尤其，实验证实当机组具有两个模组单元，二者均以高品位热源循环运行时，可到达双效机的性能系数，COP可达到1.3以上。

如上所述模组单元的数量可以为两个，也可以为两个以上，例如三个或者更多数量。本文以模组单元的数量为两个为例，介绍技术方案的技术效果。

以图1所示的两个模组单元为例，为了描述技术方案的简洁，本文将两个模组单元分别定义为第一模组单元和第二模组单元，第一模组单元包括吸收器I1、蒸发器I3、热水发生器Ⅰ11、低压发生器Ⅰ13、高压发生器I25和冷凝器I51。第二模组单元包括吸收器II2、蒸发器II4、热水发生器II12、低压发生器II14、高压发生器II26和冷凝器II52。

在一种具体实施方式中，各模组单元中蒸发器的冷水管路依次串联，各热水发生器的换热管依次串联；并且工作时，冷水与余热水二者流过各模组单元的顺序相反。

如图1所示，冷水自第一模组单元的蒸发器Ⅰ3流入，流经蒸发器Ⅰ3后再流入第二模组单元的蒸发器II4。则，外界余热水自第二模组单元的热水发生器II12流入，流经热水发生器II12与溶液换热后，再流入热水发生器I11中与第一模组单元中的溶液换热。

采用如上方式，可以实现余热水的大温差利用。

上述各实施例中，每一所述模组单元中吸收器、热水发生器、低压发生器和高压发生器的溶液通道依次串联形成串联式溶液循环系统或者反串联式溶液循环系统。

请参考图1，图1中给出了模组单元形成反串联式溶液循环系统，以第一模组单元为例简要说明一下溶液、冷剂等流动路径。

当驱动热源仅为高品位热源时，冷剂在蒸发器Ⅰ3内蒸发从而制出冷水。蒸发了的冷剂被吸收器Ⅰ1内喷淋的浓溶液所吸收，浓溶液吸收冷剂变成稀溶液，稀溶液可以在溶液泵I5的泵送动力下，经过低温热交换器Ⅰ7、管路I47、布液装置Ⅰ9后送至至热水发生器Ⅰ11(经过但是不发生换热)，经热水发生器Ⅰ11后进入低压发生器Ⅰ13，被来自高温发生器Ⅰ25产生出的冷剂蒸汽加热浓缩成中间浓度溶液，中间浓度溶液流经管路I15、溶液混合箱Ⅰ17、管路Ⅰ61后由溶液泵Ⅰ19泵送至高压发生器Ⅰ25，被管外的高品位热源加热进一步浓缩成浓溶液，然后再同来自溶液混合箱Ⅰ17的中间浓度溶液混合后被溶液喷淋泵I35送入吸收器Ⅰ1吸收来自蒸发器Ⅰ3的冷剂蒸汽。

其中高压发生器Ⅰ25内中间浓度溶液被管内高品位热源加热产生出的冷剂蒸汽通过管路Ⅰ49被送到低压发生器Ⅰ13的换热管中，作为低压发生器Ⅰ13的加热源，加热低压发生器Ⅰ13管外的稀溶液产生出冷剂，冷剂在冷凝器Ⅰ51内被冷却水冷却冷凝后同高压发生器Ⅰ25内产生的蒸汽被低压发生器Ⅰ13冷凝后的冷剂一块儿返回至蒸发器Ⅰ3。这样构成一个完整的双效溶液冷剂循环回路。

当然为了提高余热回收效率，还可以在模组单元中增加高温热交换器和低温热交换器，以上述反串联为例，上述吸收器Ⅰ1出口溶液流经低温热交换器Ⅰ7流至管路Ⅰ47、布液装置Ⅰ9进入热水发生器；自高压发生器Ⅰ25流出的溶液与低压发生器Ⅰ13的溶液混合后共同流经低温热交换器Ⅰ7，再返回吸收器Ⅰ3。

中间浓度溶液流经管路15、溶液混合箱Ⅰ17、管路Ⅰ61经高温热交换器I21进入高压发生器Ⅰ25，被加热浓缩后形成的浓溶液再次经过高温热交换器Ⅰ21，然后与中间浓度溶液混合。

从以上描述可以看出，模组单元还可以包括溶液混合箱，设置于低压发生器的下游，溶液混合箱的出口设置有并联的第一支管路和第二支管路，第二支管路的另一端与吸收器的溶液进口连通，第一支管路连通高压发生器的溶液进口，以便溶液混合箱中的部分溶液经第一支管路进入高压发生器，高压发生器的溶液出口连通所述第二支管路。

溶液混合箱在一定程度上起到暂时储存液体，实现系统溶液循环稳定性的作用。

第二模组单元中的流路与以上相同，本文不再赘述。

该实施方式中，冷水由第一模组单元的蒸发器Ⅰ3入，由第二模组单元的蒸发器Ⅱ4出。

当驱动热源仅为余热水时，冷剂在蒸发器Ⅰ3内蒸发从而制出冷水。蒸发了的冷剂被吸收器Ⅰ3内喷淋的溶液所吸收，吸收了冷剂蒸汽而变稀的溶液(稀溶液)由溶液泵I5经过低温热交换器Ⅰ7、管路Ⅰ47、布液装置Ⅰ9后送至至热水发生器Ⅰ11的换热管上，被管内余热水加热后变成浓溶液途径低压发生器Ⅰ13(无热源通入，不换热)、管路Ⅰ15、溶液混合箱I17、管路Ⅰ31后由溶液泵Ⅰ35经过低温发生器Ⅰ7送至吸收器Ⅰ1，吸收来自蒸发器Ⅰ3的冷剂蒸汽。

热水发生器Ⅰ11产生冷剂蒸汽，在冷凝器Ⅰ51内被冷却水冷却冷凝后返回至蒸发器Ⅰ3。这样构成一个完整的余热水换热单效工作模式下的溶液冷剂循环回路。

第二模组单元中的流路与以上相同，本文不再赘述。

该实施方式中，冷水由第一模组单元的蒸发器Ⅰ3入，由第二模组单元的蒸发器Ⅱ4出。

继续参考图1，当余热水和高品质热源同为驱动热源时，蒸发器Ⅰ3产生的冷剂蒸汽被吸收器Ⅰ3内喷淋的溶液所吸收，吸收了冷剂蒸汽而变稀的溶液(稀溶液)由溶液泵I5经过低温热交换器Ⅰ7、管路Ⅰ47、布液装置Ⅰ9后送至至热水发生器Ⅰ11换热管上，被管外余热水加热后浓缩成稍浓溶液，然后滴落至低压发生器Ⅰ13的换热管上，被来自高温发生器Ⅰ25产生出的冷剂蒸汽继续加热浓缩成中间浓度溶液，中间浓度溶液流经管路Ⅰ15、溶液混合箱Ⅰ17、管路Ⅰ61后由溶液泵Ⅰ19经过高温热交换器Ⅰ21后送至高压发生器Ⅰ25，被管外的高品位热源(流向为1D-1D’)加热进一步浓缩成浓溶液后流经高温热交换器Ⅰ21同来自混合箱Ⅰ17的中间浓度溶液混合后被溶液泵Ⅰ35送经低温热交换器I7后进入吸收器Ⅰ1吸收来自蒸发器Ⅰ3的冷剂蒸汽。

热水发生器Ⅰ11中由余热水加热产生的第一冷剂蒸汽，低压发生器Ⅰ13中由高压发生器产生蒸汽加热产生第二冷剂蒸汽，高压发生器Ⅰ25中由高品位加热产生第三冷剂蒸汽。第一冷剂蒸汽和第二冷剂蒸汽经过挡液板Ⅰ63进入冷凝器Ⅰ51中被冷却水(冷却水通入方向1A-1A’)冷却、冷凝。第三冷剂蒸汽在低压发生器中放热后冷凝成冷剂进入冷凝器，同第一冷剂蒸汽和第二冷剂蒸汽混合后返回至蒸发器Ⅰ3，构成一个完成的循环。

第二模组单元中的流路与以上相同，本文不再赘述。

该实施方式中，冷水由第一模组单元的蒸发器Ⅰ3入，由第二模组单元的蒸发器Ⅱ4出。

当然，上述实施例中的溶液混合箱、高温热交换器和第二热交换器并非必要部件，低压发生器可以直接通过分支管路连通高压发生器。

在另一种具体实施方式中，吸收器、高压发生器、热水发生器、低压发生器依次串联形成循环回路。图2示出了一种具体的串联方式，以第二模组单元为例，吸收器Ⅱ2中的稀溶液经低温热交换器Ⅱ8、高温热交换器Ⅱ22进入高压发生器Ⅱ26，在高压发生器Ⅱ26内部被高品质热源加热变成中间浓度溶液，中间浓度溶液再经高温热交换器Ⅱ22进入热水发生器Ⅱ12、低压发生器Ⅱ14，中间浓度的溶液经低压发生器Ⅱ14换热后，变成浓溶液，浓溶液流经低温热交换器Ⅱ8，返回吸收器Ⅱ2。

即：溶液流动顺序为：吸收器Ⅱ2→溶液泵Ⅱ6→低温热交换器Ⅱ8→高温热交换器Ⅱ22→高温发生器Ⅱ26→高温热交换器Ⅱ22→热水发生器Ⅱ12→低压发生器Ⅱ14→低温热交换器Ⅱ8→吸收器Ⅱ2。

当然，吸收器、高压发生器、热水发生器、低压发生器串联顺序不局限于上述，还可以以其他顺序串联方式。

其中蒸发器Ⅰ3、蒸发器Ⅰ4分别为吸收器Ⅰ1、吸收器Ⅰ2提供冷剂蒸汽。

再者，每一模组单元中也可以包括并联的第一溶液循环回路和第二溶液循环回路，吸收器、热水发生器和低压发生器形成第一溶液循环回路；吸收器和高压发生器形成第二溶液循环回路。

如图3所示，同样以第二模组单元为例，吸收器Ⅱ2的稀溶液经低温热交换器Ⅱ8后分为两路，一路流入热水发生器Ⅱ12，再经低压发生器Ⅱ14流入管路Ⅱ16；另一路流入高温热交换器Ⅱ22后流至高压发生器Ⅱ26，被加热后流入管路Ⅱ28，再经高温热交换器Ⅱ22后与管路Ⅱ16中溶液汇合进入低温热交换器Ⅱ8，然后返回吸收器Ⅱ2。

该实施方式中包括两条并行的溶液循环路线，即使机组其中一溶液循环出现故障，另一溶液循环回路液可以正常工作，机组使用可靠性比较高。

上述各实施例中，热水发生器的换热管和低压发生器的换热管可以集成设置于同一箱体内部，二者上下布置或者左右布置，图1至图3中给出了热水发生器和低压发生器上下布置的实施方式，图4给出了热水发生器和低压发生器左右布置的实施方式。箱体上设置溶液进口和溶液出口，溶液自溶液进口流入，与热水发生器的换热管接触换热后，再与低压发生器的换热管接触换热，然后再由箱体的溶液出口流至外部管路。

低压发生器和热水发生器集成设计可以节省空间，并且热水发生器位于低压发生器的上方时，溶液在自身重力作用下流动，降低溶液循环动力。

当然，低压发生器和热水发生器的布置形式不局限于本文描述，还可以为其他方式。

从以上描述可以看出，上述各实施例中每一所述模组单元的冷凝器主要用于外界冷却水与热水发生器、低压发生器和高压发生器三者中至少一者产生的冷剂水换热。

当热源仅有高品质热源时，外界冷却水冷凝高压发生器和低压发生器中产生的冷剂。当热源仅有余热水时，外界冷却水冷凝热水发生器中产生的冷剂；当高品质热源和余热水同时工作时，外界冷却水同时冷却热水发生器、低压发生器和高压发生器三者产生的冷剂。

结合图1，以仅有高品质热源工作为例描述流路，高压发生器Ⅰ25内中间浓度溶液被管内高品位热源加热产生出的冷剂蒸汽通过管路Ⅰ49被送到低压发生器Ⅰ13传热管中，作为低压发生器Ⅰ13的加热源，加热低压发生器Ⅰ13管外稀溶液产生出冷剂，冷剂在冷凝器Ⅰ51内被冷却水冷却冷凝后同高压发生器Ⅰ25内产生的蒸汽被低压发生器Ⅰ13冷凝后的冷剂一块儿返回至蒸发器Ⅰ3。

第二模组单元中冷凝器Ⅱ52的工作原理与第一模组单元中冷凝器I51相同，本文不做赘述。

上述各实施例中，机组中所有冷凝器和所有吸收器的冷却水管路串联设置。或者机组中所有冷凝器的冷却水管路和所有所述吸收器的冷却水管路串并联设置，即机组中所有冷凝器和吸收器中部分几者的冷却水管路串联，部分几者并联。

另外，上述各实施例中，各高压发生器的换热管并联连接外界高品质热源管路。

为了提供溶液循环的动力，模组单元中还可以设置溶液泵，如图1所示溶液泵Ⅰ5、溶液泵Ⅱ6以及溶液泵Ⅱ20、溶液泵Ⅱ36、溶液泵Ⅰ35和溶液泵Ⅰ19，分别设置于不同的管段，以提供溶液循环动力。同理，上述实施例还可以包括冷剂泵，用于实现蒸发器中冷剂水的循环泵送，例如泵Ⅰ44和泵Ⅰ43。

需要说明的是，本文中高温热源即为高品质热源，低温热水为低温热源的其中一种。

以上对本发明所提供的一种单双效复合型吸收式制冷机组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。