本发明属于能源技术领域，具体涉及一种适用于回收电厂余热的大温差多级压缩混合工质热泵系统。
背景技术：
电厂在运行中会无可避免地产生较多热损失。这些热损失大部分是低品位的热能，工业生产上难以直接利用。但可以通过热泵装置将这些低品位热能转化为高品位热能以提高能源的利用率，减少一次能源的浪费。例如，汽轮机低压缸里排出的乏汽中的热量，该部分热量在经过凝汽器后传递给凝汽器循环水，由于循环水出口温度较低一般为30~40℃，难以利用。热泵能够把低温的余热废热转化高品位热能已到达工业供热的需求。所以凝汽器循环水中的低品位热能可以通过热泵转化为高品位热量用于供热或其他工业用途。
在回收电厂余热进行供热的热泵系统中热泵蒸发温度为40℃，而供热系统中一回路的给水温度高达90℃。温差为50℃，属于大温差工况。这种大温差工况对于热泵系统而言，循环过程所出现的温升较大，热泵系统就会出现较大的压比。单级压缩系统具有压缩机工作和排气温度高、等熵效率低的局限性。且单机压缩式热泵在压比较高的情况下，会出现常规的压缩机无法承受、排气温度过高以及制热性能系数cop相应减小等问题。所以单级压缩热泵系统并不适合用于大温差工况。
多级压缩热泵系统比单级压缩热泵系统复杂。但在更宽的压力范围和温升范围内具有优越的性能。目前对于较大的温升或压力范围，设计合理的多级热泵系统与干燥通道相结合，选取合适的工质，可在较宽的温度范围内高效、可靠运行。因此，多级压缩热泵非常适合这种大温差的工况。
按照对循环的理论分析，通过增加压缩式热泵系统的级数可以无休止地提高系统的性能系数。然而对于实际情况而言，更多的级数就意味着系统更加复杂，这对于实际运行是极为不利的。所以压缩等级需要根据实际运行情况选取。热泵中的运行工质对热泵的性能有较大的影响。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种大温差多级压缩混合工质热泵系统，解决电厂废热、余热利用的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种适用于回收电厂余热的大温差多级压缩混合工质热泵系统，包括高压级压缩机、中压级压缩机、低压级压缩机、气液分离器、蒸发器、低压级节流阀、第一级中间冷却器、中压级节流阀、第二级中间冷却器、高压级节流阀、储液器和冷凝器；
蒸发器的出口与气液分离器的进口连接，气液分离器的出口与低压级压缩机的进口连接，低压级压缩机的出口与第一级中间冷却器的a进口管路连接，第一级中间冷却器的b出口管路与中压级压缩机的进口连接，中压级压缩机的出口与第二级中间冷却器的a进口管路连接，第二级中间冷却器的b出口管路与高压级压缩机的进口连接，高压级压缩机的出口与冷凝器的进口连接，冷凝器的出口与储液器的进口连接，储液器的出口与高压级节流阀的进口连接，高压级节流阀的出口与第二级中间冷却器的c进口管路连接，第二级中间冷却器的d出口管路与中压级节流阀的进口连接，中压级节流阀的出口与第一级中间冷却器的c进口管路连接，第一级中间冷却器的d出口管路与低压级节流阀的进口连接，低压级节流阀的出口与蒸发器的进口连接；
所述大温差多级压缩混合工质热泵系统的运行工质为1，1，1，2-四氟乙烷（r134a）和1，1，1，3，3-五氟丙烷（r245fa）组成的二元非共沸混合工质，运行中间压力范围第一级为883.8kpa~1004.7kpa，第二级为1440.14kpa~1637.14kpa。
所述大温差多级压缩混合工质热泵系统的压缩机级数为三级，采用三级节流、级间完全冷却。该热泵系统具有良好的制热性能，适用于回收电厂余热进行供热供暖。
所述大温差多级压缩混合工质热泵系统的标准工况如下：蒸发温度55℃，冷凝温度115℃，过冷度5℃，温差为60℃。
所述二元非共沸混合工质包括如下质量百分比的组分：1，1，1，2-四氟乙烷：20%~40%；1，1，1，3，3-五氟丙烷：60%~80%；其中各组分质量百分比和为100%。
进一步地，所述二元非共沸混合工质包括如下质量百分比的组分：1，1，1，2-四氟乙烷：26%~34%；1，1，1，3，3-五氟丙烷：66%~74%；其中各组分质量百分比和为100%。
进一步地，所述二元非共沸混合工质包括如下质量百分比的组分：1，1，1，2-四氟乙烷：30%；1，1，1，3，3-五氟丙烷：70%；其中各组分质量百分比和为100%。
本发明提供了一种多级压缩热泵系统中间压力的选取方法，最佳中间压力所对应的饱和温度附近以1℃为步长，取5℃以上作为中间温度变化区间，以每次所取得的温度作为循环的中间温度来进行循环计算，可得到中间压力变化对循环性能cop（制热性能系数）的影响，由此得到使cop最大的中间压力范围。
本发明的有益效果如下：
1.本发明的系统具有良好的热力性能，在指定工况下cop（制热性能系数）在5.0左右，并且每级压缩机的压力和损失相对较小，可以有效提高热网供热能力。
2.本发明的二元非共沸混合工质具有7.31k~12.05k的温度滑移，有利于提高热泵循环的效率，适用于变温热源的应用。
3.本发明的系统压缩机级数为三级时的cop比两级高约28%左右。
附图说明
图1为本发明的大温差三级压缩混合工质热泵系统图；
其中：1-高压级压缩机；2-中压级压缩机；3-低压级压缩机；4-气液分离器；5-蒸发器；6-低压级节流阀；7-第一级中间冷却器；8-中压级节流阀；9-第二级中间冷却器；10-高压级节流阀；11-储液器；12-冷凝器。
图2为多级压缩混合工质热泵系统的cop随冷凝温度的变化图。
图3为多级压缩混合工质热泵系统的cop随蒸发温度的变化图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
本发明提供的多级压缩热泵系统运行时的二元混合工质，其制备方法是将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照其相应的质量配比在液相状态下进行物理混合。
上述组分中的1，1，1，2-四氟乙烷（阻燃剂），低毒性，标准沸点为-26.07℃，临界温度为101.06℃，临界压力为4.06mpa，gwp值为1300。
上述组分中的1，1，1，3，3-五氟丙烷，低毒性，标准沸点为15.1℃，临界温度为154.01℃，临界压力为3.651mpa，gwp值为790。
以下实施例以最优选方案：1，1，1，2-四氟乙烷：30%，1，1，1，3，3-五氟丙烷：70%进行计算。
根据选定的标准工况，分析该混合工质在两级压缩循环和三级压缩循环变工况下的cop。设定蒸发温度为55℃，冷凝温度为115℃，过冷度5℃，过热度5℃，并以5℃为步长，取20℃作为温度变化区间。
由图2和图3可知，三级压缩循环的cop比二级压缩循环高约28%左右。三级压缩系统的cop在变工况下也能达到5.0左右。
根据三级压缩热泵系统中间压力的选取原则，确定满足压缩机的总耗功最小的第一级中间压力：
此压力所对应的饱和温度附近以1℃为步长，以取共15℃的中间温度变化区间为例。将每次所取得的温度作为循环的中间温度来进行循环计算，可得到一级中间压力变化对循环性能cop的影响，由此得到使cop最大的一级中间压力范围。
确定三级压缩热泵系统第二级中间压力范围：
表1展示了以1，1，1，2-四氟乙烷：30%，1，1，1，3，3-五氟丙烷：70%作为循环工质时的中间压力范围。其中循环计算采用的标准工况：蒸发温度55℃，冷凝温度115℃，过热度5℃，过冷度5℃。
表1
由表1可见，在第一级中间温度为72℃~77℃时，cop约为5.66，在所取温度区间内的cop相对较高，因此，以1，1，1，2-四氟乙烷：30%，1，1，1，3，3-五氟丙烷：70%作为循环工质时的三级压缩热泵系统的第一级中间压力的范围：883.8kpa~1004.7kpa；第二级中间压力范围：1440.14kpa~1637.14kpa。
下面列出几种实施例来说明本发明的具体实施过程，但本发明并非仅限于以下几种实施例，凡包括本发明组元和配比以及实施方式均属于本发明保护范围。
实施例1：将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照20：80的质量百分比进行循环计算。
实施例2：将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照22：78的质量百分比进行循环计算。
实施例3：将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照25：75的质量百分比进行循环计算。
实施例4：将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照27：73的质量百分比进行循环计算。
实施例5：将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照30：70的质量百分比进行循环计算。
实施例6：将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照33：67的质量百分比进行循环计算。
实施例7：将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照35：65的质量百分比进行循环计算。
实施例8：将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照38：62的质量百分比进行循环计算。
实施例9：将1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷按照40：60的质量百分比进行循环计算。
表2比较了上述实施例与r245fa的性能参数。其中循环计算采用的标准工况：蒸发温度55℃，冷凝温度115℃，过热度5℃，过冷度5℃，等熵效率0.85。
表2热力参数及热力性能的比较
可以看出，上述实施例的cop以及压比均与r245fa相差不大，同时单位容积制热量约为r245fa的1.2~1.38倍。随着r134a组分配比的增加，虽然容积制热量上升较多，但冷凝压力会显著提升，因此对设备的耐压性提出更高要求。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
