CN100470169C - 小型冷热电三联供系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型冷热电三联供系统，具体地说是充分利用烟气余热的小型冷热电联供系统，属于制冷与空调技术领域。在气路系统中，烟气-水换热器连接电动阀、蝶阀并联连接至燃气内燃机发电机组尾部烟气排气管上；燃气内燃机发电机组、烟气补燃型溴化锂制冷机气路上连接球阀组并与天燃气管连接，真空热水锅炉与天燃气管连接；在水路系统中，燃气内燃机发电机组通过管路与水-水换热器连接，水-水换热器通过管路连接烟气-水换热器；烟气补燃型溴化锂制冷机与真空热水锅炉及电制冷机的空调水供水管并联。本发明通过内燃机发电，所生成的烟气余热在不同的季节有不同的运行方式，能提高能源利用效率，提高了电力的可靠性，能减少能耗，投资少、占地小、见效快。

Description

小型冷热电三联供系统

技术领域

本发明涉及一种小型冷热电三联供系统，具体地说是充分利用烟气余热的小型冷热电联供系统，属于制冷与空调技术领域。

背景技术

冷热电联供是一种建立在能量梯级利用概念基础上，将制冷、制热(包括供暖和供热水)及发电过程一体化的总能系统。其最大的特点就是对不同品质的能量进行梯级利用，温度比较高、具有较大可用能的热能用来被发电，而温度比较低的低品位热能则被用来供热或是制冷。这样做不仅提高了能源的利用效率，而且减少了碳化物和有害气体的排放，还具有良好的经济效益和社会效益。

小型冷热电联供系统是指装机容量低于500kW、高于20kW，主要以天然气为燃料的冷热电联供系统。其核心设备是热电转换装置，在全球目前投入使用的天然气热电联供系统中，微型燃气轮机、燃气轮机和燃气内燃机是主要的几类热电转换装置。由于燃气内燃机发电机组具有技术成熟、价格低廉、发电效率高、部分负荷特性好等优点，它已成为小型冷热电联供的主力。

常规的小型内燃机冷热电联供系统配置模式包括内燃机、发电机组、溴化锂机组等设备，其基本原理是由内燃机发电机组首先利用天然气发电，将内燃机的烟气余热，送入溴化锂吸收式空调机组进行回收利用，冬季供暖，夏季制冷。其缺陷在于当春秋季溴化锂吸收式空调机组关闭，发电机组的烟气余热将得不到有效的利用。若停止内燃机发电，则又产生机组闲置的问题。

另外，经过对现有技术的公开文献检索发现，申请号94107554.0，名称为热电联供系统的发明，采用的是燃气轮机发电，高温烟气通过热交换器向建筑物提供热负荷，该系统没有制冷输出。申请号01139760，名称为回收燃气蒸汽循环热电厂烟气余热的吸收式热泵供暖装置，该系统主要利用汽轮机驱动吸收式热泵，热泵的蒸发器吸收发动机的尾气余热进行供冷和供热。该系统主要是应用于大型热电厂、集中式的冷热电联供装置，不适合于小规模分布式的能源系统。申请号200410067579.X，名称为采用蒸汽压缩式电热泵的户式冷热电三联供系统，采用的是蒸汽压缩式电热泵，与溴化锂吸收式制冷机不同，只适用于家庭及小规模商业场所应用，不适用于宾馆、写字楼等小型冷热电联供系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种采用溴化锂吸收式制冷机的小型冷热电三联供系统，其系统首先通过内燃机发电机组发电，所生成的烟气余热在不同的季节有不同的运行方式；冬夏季运行烟气补燃型溴冷机提供空调冷(热)水，使用烟气余热，当余热量不足时，用溴化锂吸收式空调机补燃天然气来得到足够的供热热水和制冷冷水，缸套水余热进入水-水换热器加热生活用热水，不足部分由真空热水锅炉补充；春秋季切换到烟气-水换热器的运行回路；从内燃机排出的烟气余热进入烟气-水换热器，和从水-水换热器引出的缸套水余热一起，用来加热生活用热水，不足部分由真空热水锅炉补充。本发明具有发电、制冷、供热、供应生活热水等多种功能，能提高能源利用效率，减少能耗，提高了电力的可靠性，投资少、占地小、见效快。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明包括燃气内燃机发电机组、烟气补燃型溴化锂制冷机、真空热水锅炉、烟气-水换热器、水-水换热器等，特征是：在气路系统中，烟气-水换热器连接的气路上连接第二蝶阀及第一蝶阀、第一电动阀，烟气补燃型溴化锂制冷机连接的气路上连接第四蝶阀、第三蝶阀、第二电动阀，第一电动阀与第一蝶阀，第二电动阀与第三蝶阀分别并联后，再连接至燃气内燃机发电机组尾部烟气排气管上；燃气内燃机发电机组另一端气路上连接球阀组并与天燃气管连接；烟气-水换热器另一端气路上连接第七蝶阀至通向烟囱的烟道管；烟气补燃型溴化锂制冷机一端气路上连接球阀组并与天燃气管连接，接收天然气补燃，另一端气路连接至通向烟囱的烟道管；真空热水锅炉一端气路与天燃气管连接；另一端气路与通向烟囱的烟道管连接；

在水路系统中，燃气内燃机发电机组通过管路与水-水换热器连接，水-水换热器通过管路连接烟气-水换热器；在真空热水锅炉上设置生活热水循环水出水管、生活热水循环水进水管、空调水供水管、空调水回水管；烟气-水换热器与生活热水循环水出水管连接，生活热水循环水出水管并联连接热水包；烟气补燃型溴化锂制冷机与真空热水锅炉及电制冷机的空调水回水管并联，并与真空热水锅炉连接的空调水供水管连接，在烟气补燃型溴化锂制冷机上设置冷却塔进水管、冷却塔出水管及空调水供水管和空调水回水管；真空热水锅炉通过生活热水循环水进水管与水-水换热器连接。

所述的烟气-水换热器和水-水换热器分别采用螺旋板式换热器。所述的烟气-水换热器与截止阀并联。

所述的燃气内燃机发电机组与水-水换热器一端连接的管路上分别设置恒温三通阀、第二十一蝶阀，并分成两路，在一路管路上连接电动阀，另一路管路上连接第二十二蝶阀、温度传感器，在水-水换热器另一端管路上连接第二十三蝶阀和温度高低位报警器。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1、本发明实现了能源从高品味到低品味的合理梯级利用，因而高效节能，通常用化石燃料的发电厂的效率只有33％，而使用本系统的总能利用率高达80％以上；2、系统没有或只有很低的输配电损耗，无需建设配电站，可避免或减少输配电成本；3、系统可以弥补大电网在安全稳定性方面的不足，大大提高供电的可靠性，在大电网峰谷电负荷相差较大的条件下，还可以起到削峰填谷的作用，提高大电网的运行效率；4、改进环境质量，系统采用洁净的天然气作为燃料，与燃煤电厂相比，没有煤灰和灰渣等严重污染；5、由于系统的高效率和输送的低能耗，使得在产生相同终端能量的情况下所消耗的燃料比传统的集中式供电所消耗的要少，相应地降低了排出的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物质和温室效应气体。6、本发明采用溴化锂吸收式制冷机，以耗电少，运行平稳，噪声低，能量调节范围广，自动化程度高，安装、维护、操作简便，无环境污染，对大气臭氧层无破坏作用等特性，而成为中央空调的发展方向，具有广阔的市场和发展前景。

附图说明

图1为本发明气路系统图。

图2为本发明水路系统图。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

如图1和图2所示：本发明包括：燃气内燃机发电机组1、烟气补燃型溴化锂制冷机2、真空热水锅炉3、烟气-水换热器4、水-水换热器5(见图2)等设备。其中如图1所示，烟气-水换热器4连接的气路上连接第二、第一蝶阀8、7、第一电动阀6，烟气补燃型溴化锂制冷机2连接的气路上连接第四、第三蝶阀11、10、第二电动阀9，第一电动阀6与第一蝶阀7，第二电动阀9与第三蝶阀10分别并联后，再连接至燃气内燃机发电机组1尾部烟气排气管上。春秋季节开放烟气-水换热器4上通过管路上连接的第一电动阀6和第一蝶阀7和第二蝶阀8，关闭在烟气补燃型溴化锂制冷机2管路上连接的第二电动阀9和第三蝶阀10和第四蝶阀11；冬夏两季开放烟气补燃型溴化锂制冷机2管路上连接的第二电动阀9和第三蝶阀10和第四蝶阀11，关闭烟气-水换热器4管路上连接的第一电动阀6和第一蝶阀7和第二蝶阀8。通过这样的连接方式，可以实现对燃气内燃机发电机组尾部烟气余热一年四季的充分利用。天然气管道不仅通过管道送入燃气内燃机发电机组1中发电，还通过一组球阀送入烟气补燃型溴化锂制冷机2和真空热水锅炉3。当冬夏两季，燃气内燃机发电机组1的烟气余热不足以提供烟气补燃型溴化锂制冷机2的冷暖负荷时，开启天然气进入烟气补燃型溴化锂制冷机2侧的球阀，烟气补燃型溴化锂制冷机2供应充足的冷暖负荷，生活用热水首先由水-水换热器5通过吸收余热获得，当平时热量不足时，开启真空热水锅炉3提供热水负荷和供热负荷。当春秋季没有冷热负荷时，生活用热水可通过水-水换热器5和烟气-水换热器4获得，不足部分仍由真空热水锅炉3提供。

在气路系统图中，天然气从入口处15通过管路上连接的球阀16分别联通至燃气内燃机发电机组1、烟气补燃型溴化锂制冷机2、真空热水锅炉3，并且通过管路上连接的球阀17与放散管18相连接。燃气内燃机发电机组1的燃料入口处通过管路上连接球阀19、过滤器20、流量计21、球阀22与压力计23，球阀24和Y型过滤器25并联，球阀24入口处通过管路上连接的另一个球阀27联通至放散管18。天然气在进入燃气内燃机发电机组1之前，还要在管路上连接一个金属软接头26。烟气补燃型溴化锂制冷机2的天然气入口处与燃气内燃机发电机组1的连接方式相同，也是通过在管路上连接球阀28、过滤器29、流量计30、球阀31与压力计32，球阀33和Y型过滤器34并联，球阀33入口通过在管路上连接另一个球阀35联通至放散管18。天然气在进入烟气补燃型溴化锂制冷机2之前，还要在管路上连接一个金属软接头155。真空热水锅炉3的燃料入口处无需过滤，通过在管路上连接压力计36和球阀37，球阀37入口通过另一个球阀38联通至放散管18。燃气内燃机发电机组1的尾部烟气排气管上首先在管路上连接一个金属软管39，然后依次安装了防爆门40和排污口41。烟气补燃型溴化锂制冷机2的出口处也安装了防爆门42和排污口43，同时还安装有第六蝶阀44。烟气-水换热器4的出口安装了排污口45，还安装有温度传感器46和第七蝶阀47。在与烟气补燃型溴化锂制冷机2和烟气-水换热器4并联的回路中，依次在管路上连接了安全阀48、第三电动阀49、第八蝶阀50、消声器51。真空热水锅炉3的出口，在管路上安装了第九蝶阀52、防爆门53和排污口54。从消声器51回路与烟气补燃型溴化锂制冷机2回路和烟气-水换热器4回路以及真空热水锅炉3回路所排出的余气一起都通过一个排污口55后送到烟囱56，最终排放到大气中。

燃气内燃机发电机组1的缸套水余热被送入到水-水换热器5，用来加热生活热水。水-水换热器5与烟气-水换热器4相连接。当冬夏两季烟气-水换热器4关闭时，开启与烟气-水换热器4上并联的截止阀12，截止阀12连接在与烟气-水换热器4并联的管路上，使水-水换热器5出来的热水经过烟气-水换热器4旁通的截止阀12送入到供应生活热水的热水包。当春秋两季关闭烟气补燃型溴化锂制冷机2时，开启烟气-水换热器4，关闭与烟气-水换热器4并联的截止阀12，使水-水换热器5出来的热水在烟气-水换热器4中得到进一步加热，从而充分利用烟气余热。从烟气-水换热器4出来的热水送至供应生活热水的热水包。真空热水锅炉3两进两出，不但可以补充加热生活热水，而且可以补充夏季供热负荷，因此除了与生活热水供应管路相连外，还与空调水的空调水回水管70和空调水供水管86相连。烟气补燃型溴化锂制冷机2与冷却塔出水管57及冷却塔进水管69相连，其空调冷热水负荷与真空热水锅炉3的供热负荷线路相汇合而与空调水的空调水回水管70和空调水供水管86相连。自集水器出来的回水通过设置的一条支路的蝶阀13至电制冷机14。

在水路系统图中，烟气补燃型溴化锂制冷机2上分别设置冷却塔出水管、冷却塔进水管、空调水供水管、空调水回水管。在冷却塔出水管57管路上依次连接平衡阀58、温度表59、压力表60、第十蝶阀61、软接头62、Y型过滤器63、第十一蝶阀64。在冷却塔进水管69管路上依次连接软接头65、压力表66、温度表67、第十二蝶阀68。在烟气补燃型溴化锂制冷机2的空调水供水管86管路上依次连接软接头82、压力表83、温度表84、第十七蝶阀85。在烟气补燃型溴化锂制冷机2的空调水回水管70管路上依次连接电子除垢仪71、第十三蝶阀72、第十四蝶阀73、温度传感器74、平衡阀75、温度表76、压力表77、第十五蝶阀78、软接头79、Y型过滤器80、第十六蝶阀81。

在真空热水锅炉3上分别设置生活热水循环水出水管、生活热水循环水进水管、空调水供水管、空调水回水管。在空调水回水管管路上依次连接第十八蝶阀87、平衡阀88、温度表89、压力表90、软接头91。在空调水供水管管路上依次连接软接头92、压力表93、温度表94、并联第三电动阀95和第十九碟阀96、第二十蝶阀97。在生活热水循环水进水管管路上依次连接压力表125、温度传感器126、截止阀127、截止阀128、129、温度表130、压力表131、软接头132。在生活热水循环水出水管管路上依次连接软接头133、压力表134、温度表135、截止阀136、并联电动阀137和截止阀138、截止阀139。自热水包98、热水包99、热水包100引入的生活用水与排污口101和排污口102通过管路上连接的Y型过滤器103、截止阀104、105、106、107、108以及Y型过滤器109和截止阀110相连接，管路上连接的截止阀105和108通常处于关闭状态。生活用水经过汇总后通过连接在管路上的温度表111、压力表112进入给水泵113和114，水泵113和114连接在管路上，包括连接在管路上的截止阀115和116、软接头117和118、给水泵113和114、软接头119和120、止回阀121和122、截止阀123和124。压力上升以后的生活用水与压力表125、温度传感器126相连接，然后分成两路，一路通过截止阀127送往水-水换热器5，另一路通过截止阀128等送入真空热水锅炉3进行加热。在真空热水锅炉3加热后的生活热水通过软接头133等，与来自烟气-水换热器的热水相汇合，然后通过管路上连接的三个闸阀140、141、142返回至热水包98、热水包99、热水包100。水-水换热器的入口处连接有截止阀127，生活用水通过截止阀127进入水-水换热器5吸收热量，加热后的热水首先通过一个温度传感器143，然后与并联有截止阀12的烟气-水换热器4相连接，烟气-水换热器4的进口与出口都连接有截止阀144和145，并联管路出口处安装了另一个温度传感器146，所加热的热水与真空热水锅炉3补充供应的热水一起送至热水包98、99、100。

燃气内燃机发电机组除机组本体设备外，还包括燃气内燃机发电机组的内部元件、一个恒温三通阀153和一个风冷器154。从燃气内燃机发电机组1引出的缸套水首先经过恒温三通阀153和一个第二十一蝶阀147，然后分成两路，一路经过电动阀148返回到燃气内燃机发电机组1，另一路经过第二十二蝶阀149、温度传感器150送入水-水换热器5中释放出热量，放完热的缸套水经过一个第二十三蝶阀151和一个温度高低位报警器152，返回到燃气内燃机发电机组1。

总体上说，这一方案是由燃气内燃机发电机组1首先利用天然气发电，将内燃机缸套冷却水中的余热来提供生活热水。烟气可以根据实际需要既可以在春秋季节通入烟气-水换热器4加热生活热水，也可以在冬夏两季直接利用烟气补燃型溴化锂制冷机2回收利用，冬季采暖，夏季制冷。

本发明全年机组运行分成冬夏季和春秋季两个运行部分。冬夏季运行烟气补燃型溴化锂制冷机提供空调冷(热)水，首先使用烟气余热，当余热量不足时，用溴化锂吸收式空调机补燃天然气来得到足够的供热热水和制冷的冷水。缸套水余热进入水-水换热器加热生活用热水，不足部分由真空热水锅炉补充。

春秋季切换到烟气-水换热器的运行回路。从内燃机排出的烟气余热进入烟气-水换热器，和从水-水换热器引出的缸套水余热一起，用来加热生活用热水，不足部分由真空热水锅炉补充。

系统根据气象资料，将一年分为4段：夏季，冬季和春秋两季。各个季节又都包括工作日和节假日两种工况。

系统的运行策略首先是发电系统的运行策略。尽可能延长发电机工作时间，尽可能在大于50％的负荷下运行。发电机在冬夏两季，无论工作日还是节假日都连续运行24小时。在冬夏两季的工作日里的工作时间内，满负荷运行。仍不能满足的负荷由市电电网提供。在冬夏两季的工作日的非工作时间和冬夏两季的节假日全天，发电机都能完全满足建筑物的用电负荷。

根据春秋季的用电负荷，在工作日的工作时间内，发电机能完全满足用电负荷。在工作日的非工作时间内，负荷低于发电机额定功率的50％，因此停机12小时，由市电电网供电。节假日全天停机，完全由电网提供电力。

余热利用方面，根据发电机发电的情况，在充分利用发电机排出的余热条件下，制定相应的供冷供热系统运行策略。

夏季情况：优先运行烟气补燃型溴化锂制冷机，以便完全利用24小时一直存在的烟气余热。在节假日，烟气补燃型溴化锂制冷机单独运行就能满足全天的制冷负荷；工作日中的工作时间段，烟气补燃型溴化锂制冷机不能完全满足冷负荷，需加开电制冷机进行辅助，而在工作日中的非工作时间段，烟气补燃型溴化锂制冷机能完全满足冷负荷，无需再开电制冷机。缸套水始终加热生活热水，不足部分由锅炉补燃。

冬季情况：优先运行烟气补燃型溴化锂制冷机。在节假日和工作日中的非工作时间段，烟气补燃型溴化锂制冷机能完全满足供热负荷；在工作日中的工作时间段，需要用锅炉进行补燃，一同来满足供热负荷。缸套水始终加热生活热水，不足部分由锅炉补燃。

春秋季情况：春秋季没有供冷和供热负荷，只有生活热水负荷，烟气补燃型溴化锂制冷机完全停机。当发电机运行的时候，生活热水由缸套水和烟气共同提供热源，不足用锅炉补燃。发电机停机的时候，生活热水就完全由锅炉燃烧天然气来获得。

Claims (4)

1、一种小型冷热电三联供系统，包括燃气内燃机发电机组(1)、真空热水锅炉(3)、烟气补燃型溴化锂制冷机(2)，其特征是：在气路系统中，烟气-水换热器(4)连接的气路上连接第二蝶阀(8)及第一蝶阀(7)、第一电动阀(6)，烟气补燃型溴化锂制冷机(2)连接的气路上连接第四蝶阀(11)、第三蝶阀(10)、第二电动阀(9)，第一电动阀(6)与第一蝶阀(7)，第二电动阀(9)与第三蝶阀(10)分别并联后，再连接至燃气内燃机发电机组(1)尾部烟气排气管上；燃气内燃机发电机组(1)另一端气路上连接球阀组并与天燃气管连接；烟气-水换热器(4)另一端气路上连接第七蝶阀(47)至通向烟囱的烟道管；烟气补燃型溴化锂制冷机(2)一端气路上连接球阀组并与天燃气管连接，接收天然气补燃，另一端气路连接至通向烟囱的烟道管；真空热水锅炉(3)一端气路与天燃气管连接；另一端气路与通向烟囱的烟道管连接；

在水路系统中，燃气内燃机发电机组(1)通过管路与水-水换热器(5)连接，水-水换热器(5)通过管路连接烟气-水换热器(4)；在真空热水锅炉(3)上设置生活热水循环水出水管、生活热水循环水进水管、空调水供水管、空调水回水管；烟气-水换热器(4)与生活热水循环水出水管连接，生活热水循环水出水管并联连接热水包；烟气补燃型溴化锂制冷机(2)与真空热水锅炉(3)及电制冷机(14)的空调水回水管并联，并与真空热水锅炉(3)连接的空调水供水管连接，在烟气补燃型溴化锂制冷机(2)上设置冷却塔进水管、冷却塔出水管及空调水供水管、空调水回水管；真空热水锅炉(3)通过生活热水循环水进水管与水-水换热器(5)连接。

2、根据权利要求1所述的小型冷热电三联供系统，其特征在于所述的烟气-水换热器(4)和水-水换热器(5)分别采用螺旋板式换热器。

3、根据权利要求1或2所述的小型冷热电三联供系统，其特征在于所述的烟气-水换热器(4)上并联截止阀(12)。

4、根据权利要求1所述的小型冷热电三联供系统，其特征在于所述的燃气内燃机发电机组(1)与水-水换热器(5)一端连接的管路上分别设置恒温三通阀、第二十一蝶阀(147)，并分成两路，在一路管路上连接电动阀(148)，另一路管路上连接第二十二蝶阀(149)、温度传感器(150)，在水-水换热器(5)另一端管路上连接第二十三蝶阀(151)和温度高低位报警器(152)。

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