CN101498524A - 使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联供装置及方法 - Google Patents
使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联供装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联供装置及方法,以天然气(或其他可燃气)为燃料,燃料在燃烧室燃烧后产生的高温烟气推动燃气轮机发电后,排出的烟气首先作为吸收式制冷-热泵装置的补偿能源,然后再向热水换热器供热,热水换热器可一年四季向外提供生活热水,该装置包括:供电部分、制冷-热泵部分、供生活热水部分,其中:供电部分包括燃烧室(A)、燃气轮机(C)、发电机(D);制冷-热泵部分包括补燃室(B)、吸收式制冷-热泵装置(I)、分体式热管换热器蒸发段(F)、分体式热管换热器冷凝段(K)、地热源埋管换热器(S)、空调用户泵(U);吸收式制冷-热泵装置(I)包括发生器(J)、冷凝器(L)、蒸发器(N)、吸收器(P);供生活热水部分包括热水换热器(G)、热水换热器供水泵(W)。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种热电冷联产系统,尤其是使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联产系统。
背景技术
热电冷联产具有较高的能源综合利用效率,对我国循环经济和节能减排可持续发展战略部署具有重要意义。天然气作为清洁能源,可以作为热电冷联产系统的燃料,从而实现节能减排的目的。使用天然气作为燃料的热电冷联供系统,可作为分布式电源补充传统供电方式的不足,而且有利于改善能源消费结构。
在热电冷联供系统中,燃料在燃烧室燃烧后,驱动燃气轮机拖动发电机发电,输出电能。从燃气轮机排出的废气作为溴化锂吸收式制冷-热泵装置的驱动热源,可以充分利用这一部分尾气余热,提高燃气综合利用效率。溴化锂吸收式制冷-热泵装置主要由发生器,吸收器,蒸发器,冷凝器构成,夏季采用制冷循环模式,冷却水通过地埋管换热器与地下水或土壤换热冷却,将冷凝热排入地下,由蒸发器向用户供冷;冬季通过地埋管换热器与地下水或土壤换热的水向蒸发器供热,从地热源吸热,由吸收器和冷凝器向用户供热。考虑到吸收式制冷-热泵利用高温烟气驱动的特殊性,采用分体式热管换热器可以避免烟气与吸收式制冷-热泵装置的发生器直接接触,以便设备的使用与维修。
溴化锂吸收式制冷-热泵夏季供冷,冬季供热。在冬季运行时,如果采用空气作为低温热源,难免会造成换热器结霜,性能系数低等问题,同时因吸热温度过低、供热温度高,很难实现第一类吸收式热泵循环。利用地源作为吸收式制冷-热泵的冷却源与吸热源,夏季将冷凝热排入地下,冬季从地下吸取热量供热,不仅使吸收式制冷-热泵夏季供冷、冬季供热的性能得以提高,同时也很好地解决了空气源热泵冬季供暖时蒸发器结霜、运行性能系数低的问题。
另外为了热电冷之间的合理匹配,冬夏季尖峰空调负荷由补燃室提供必要的高温烟气热源来调节吸收式制冷-热泵向外提供的负荷需要。
发明内容
技术问题:本发明目的在于提供一种使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联供装置及方法,提高能源综合利用效率,满足用户的不同需求;系统采用地源吸收式制冷-热泵循环装置,避免了空气源热泵系统夏季供冷与冬季供热性能低、结霜等缺点;增加补燃室,解决系统产出与用户需求不匹配的问题,实现能源的综合利用。
技术方案:本发明使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联供装置包括:供电部分、制冷-热泵部分、供生活热水部分,其中:
供电部分包括燃烧室、燃气轮机、发电机:燃料在燃烧室燃烧后的高温高压烟气驱动燃气轮机,燃气轮机拖动发电机发电;
制冷-热泵部分包括补燃室、吸收式制冷-热泵装置、分体式热管换热器蒸发段、分体式热管换热器冷凝段、地热源埋管换热器、空调用户泵,地源水泵:燃气轮机的排气输出端和补燃室的输出端通过管道接分体式热管换热器的烟气输入端,分体式热管换热器的烟气输出端通过管道接热水换热器的烟气输入端,热水换热器的烟气输出端连通外部大气;
吸收式制冷-热泵装置包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器;其中,发生器中分体式热管换热器的冷凝段与分体式热管换热器中的蒸发段连接,冷凝器中的冷凝器换热管的入口端与吸收器中的吸收器换热管的出口端相连接,冷凝器中的冷凝器换热管的出口端分别通过第四阀门和第三阀门由管道与地埋管换热器的入口端和空调用户的入口端相连接,地埋管换热器的输出端由管道与地源水泵入口端相连接,地源水泵出口端分别通过第六阀门和第九阀门由管道与蒸发器换热管入口端和吸收器换热管的入口端相连接,蒸发器换热管的出口端分别通过第五阀门和第八阀门由管道与地埋管换热器的入口端和空调用户的入口端相连接,空调用户的出口端由管道与空调用户泵入口端相连接,空调用户泵出口端分别通过第七阀门和第十阀门与蒸发器换热管入口端和吸收器换热管的入口端相连接;
供生活热水部分包括热水换热器、热水换热器供水泵:热水换热器供水泵的输出端接热水换热器的水输入端,热水换热器的水输出端接热水用户,由分体式热管换热器排出的烟气送入热水换热器烟气输入端加热生活用水后排入大气。
使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联供装置的热电冷联供方法为:以然气为燃料,燃料在燃烧室燃烧后的高温高压烟气驱动燃气轮机,燃气轮机拖动发电机发电;
从燃气轮机排出的烟气余热由分体式热管换热器传输给溴化锂吸收式制冷-热泵的发生器,为吸收式制冷-热泵装置提供驱动热源,夏季供冷、冬季供热;夏季:吸收式制冷-热泵装置经必要的外部水系统管路阀门切换后,构成制冷循环,冷却水通过地埋管换热器与地下水或土壤换热冷却,将制冷循环吸收器与冷凝器放出的热量排入地下,由蒸发器向用户供冷;冬季:吸收式制冷-热泵装置经必要的外部水系统管路阀门切换后,构成热泵循环,通过地埋管换热器与地下水或土壤换热的水向蒸发器供热,从地源吸热,由吸收器和冷凝器向用户供热实现第一类吸收式热泵循环;
由分体式热管换热器排出的烟气再送入热水换热器加热生活用水后排入大气;由此实现该系统全年供电、供生活热水以及夏季供冷、冬季供热的热电冷联供循环;冬夏季尖峰负荷由补燃室提供必要的燃气热源来调节吸收式制冷-热泵向外提供的负荷需要。
天然气和压缩空气进入燃烧室混合燃烧后,驱动燃气轮机拖动发电机发电,燃气轮机排出的烟气与烟气换热器进行换热放出部分热量,再与热水换热器进一步换热降温后排入大气。热水换热器向外提供生活热水。
烟气换热器为分体式热管换热器的蒸发段,吸收式制冷-热泵装置的发生器为分体式热管换热器的冷凝段,分体式热管内工质在烟气换热器中吸收热量后蒸发为气体,经分体式热管的上升管进入吸收式制冷-热泵装置发生器(即分体式热管冷凝段),发生器中分体式热管冷凝段内的气态工质放热给管外的溴化锂溶液而冷凝为液体,经过分体式热管下降管返回分体式热管的蒸发段,完成分体式热管将烟气与溴化锂溶液间的热交换循环。
地源吸收式制冷-热泵有供冷和供热两种运行模式,两种运行模式都由燃气轮机排出的烟气余热驱动,冬夏尖峰空调负荷由补燃室提供必要的补充高温烟气热源来调节吸收式制冷-热泵向用户提供的负荷需要。
在供冷模式下,由阀门切换部分水路,使串联流经吸收器和冷凝器的冷却水通过地埋管与地下水或土壤换热冷却,将吸收与冷凝过程放出的热量排入地下,由通过蒸发器的冷媒水向用户供冷。
在供热模式下,由阀门切换部分水路,使通过地埋管与地下水或土壤换热的水向蒸发器供热,使吸收式制冷-热泵装置从地下吸收热量,由串联流经吸收器和冷凝器的热水向用户供热。
有益效果:本发明将供热、供电、供冷及生活热水一体化,提高能源综合利用效率,满足用户的不同需求,可作为分布式电源补充传统供电方式的不足,而且有利于改善能源消费结构。
附图说明
图1是使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联供装置的结构示意图。
其中:A为燃烧室,B为补燃室,C为燃气轮机,D为发电机,E为烟气换热器,F为分体式热管换热器的蒸发段,G为热水换热器,H为热水用户,I为吸收式制冷-热泵装置,J为吸收式制冷-热泵装置的发生器,K为分体式热管换热器的冷凝段,L为吸收式制冷-热泵装置的冷凝器,M为吸收式制冷-热泵装置的冷凝器换热管,N为吸收式制冷-热泵装置的蒸发器,0为吸收式制冷-热泵装置的蒸发器换热管,P为吸收式制冷-热泵装置的吸收器,Q为吸收式制冷-热泵装置的吸收器换热管,R为空调用户,S为地埋管换热器,T为地表水或者土壤,U为空调用户泵,V为地源水泵,W为热水换热器供水泵;第一阀门f1~第十阀门f10,第十一阀门f0。
具体实施方式
如图1中所示,该装置包括:供电部分、制冷-热泵部分、供生活热水部分,其中:供电部分包括燃烧室A、燃气轮机C、发电机D:燃料在燃烧室A燃烧后的高温高压烟气驱动燃气轮机C,燃气轮机C拖动发电机D发电;
制冷-热泵部分包括补燃室B、吸收式制冷-热泵装置I、分体式热管换热器蒸发段F、分体式热管换热器冷凝段K、地埋管换热器S、空调用户泵U,地源水泵V:燃气轮机C的排气输出端和补燃室B的输出端通过管道接分体式热管换热器E的烟气输入端,分体式热管换热器E的烟气输出端通过管道接热水换热器G的烟气输入端,热水换热器G的烟气输出端连通外部大气;
吸收式制冷-热泵装置I包括发生器J、冷凝器L、蒸发器N、吸收器P,其中,发生器J中分体式热管换热器的冷凝段K与分体式热管换热器E中的蒸发段F连接,冷凝器L中的冷凝器换热管M的入口端与吸收器P中的吸收器换热管Q的出口端相连接,冷凝器L中的冷凝器换热管M的出口端分别通过第四阀门和第三阀门由管道与地埋管换热器S的入口端和空调用户R的入口端相连接,地埋管换热器S的输出端由管道与地源水泵V入口端相连接,地源水泵V出口端分别通过第六阀门和第九阀门由管道与蒸发器换热管0入口端和吸收器换热管Q的入口端相连接,蒸发器换热管0的出口端分别通过第五阀门和第八阀门由管道与地埋管换热器S的入口端和空调用户R的入口端相连接,空调用户R的出口端由管道与空调用户泵U入口端相连接,空调用户泵U出口端分别通过第七阀门和第十阀门与蒸发器换热管0入口端和吸收器换热管Q的入口端相连接;
供生活热水部分包括热水换热器G、热水换热器供水泵W:热水换热器供水泵W的输出端接热水换热器G的水输入端,热水换热器G的水输出端接热水用户H,由分体式热管换热器E排出的烟气送入热水换热器G的烟气输入端加热生活用水后排入大气。
天然气由管道送入燃烧室A,同时压缩空气也由管道送入燃烧室A,天然气和压缩空气在燃烧室A内燃烧,燃烧后的高温高压烟气通过管道送入燃气轮机C,驱动燃气轮机拖动发电机D转动产生电能输出;燃气轮机排出的烟气通过管道送入烟气换热器E,在烟气换热器E中与热管换热器的蒸发段F内的工质换热,从烟气换热器E排出的烟气,通过管道送入热水换热器G烟气输入端,在热水换热器G中与水换热后通过管道排入大气。
烟气换热器E为分体式热管换热器的蒸发段F,吸收式制冷-热泵装置I中的发生器J为分体式热管换热器的冷凝段K,分体式热管换热器蒸发段F内的工质在烟气换热器中吸收烟气热量后蒸发为气体,经分体式热管换热器的上升管进入吸收式制冷-热泵装置I中的发生器J(即分体式热管的冷凝段K),在分体式热管换热器的冷凝段K内放热给管外的溴化锂溶液后而冷凝为液体,经过分体式热管换热器的下降管返回分体式热管换热器的蒸发段F,分体式热管换热器完成烟气与溴化锂溶液间的热交换循环。
在热水换热器G中,生活用水由热水换热器供水泵W通过管路送入热水换热器G与烟气进行换热,升温后由管道送至热水用户H。
地源吸收式制冷-热泵装置I有供冷和供热两种运行模式,两种运行模式都由燃气轮机C排出的烟气余热驱动,冬夏季尖峰空调负荷由补燃室B提供必要的补充烟气热源来供给烟气换热器E,以调节吸收式制冷-热泵装置向用户提供的负荷需要。
在供冷模式下,第四阀门f4、第七阀门f7、第八阀门f8、第九阀门f9打开,第五阀门f5、第六阀门f6、第十阀门f10、第三阀门f3关闭,空调用户R出口冷媒水由管道接入水泵U的进口,水泵U出口冷媒水通过管道(第七阀门f7打开、第十阀门f10关闭、第六阀门f6关闭)进入吸收式制冷-热泵装置中蒸发器N,在蒸发器N换热管0中被管外制冷剂蒸发吸收热量而降温,出蒸发器降温后的冷媒水通过管道(第五阀门f5关闭、第八阀门f8打开、第三阀门f3关闭)送至空调用户R,完成空调用户R与吸收式制冷-热泵装置I间的冷媒水循环;
同时,地源水泵V出口的冷却水通过管道(第六阀门f6关闭、第九阀门f9打开、第十阀门f10关闭)进入吸收式制冷-热泵装置I中的吸收器P,在吸收器换热管Q中吸收管外制冷剂在吸收过程中放出的热量后,再经管道由吸收器换热管Q出口进入吸收式制冷-热泵装置I中的冷凝器L,在冷凝器换热管M中进一步吸收管外制冷剂在冷凝过程中放出的热量后,通过管道(第三阀门f3关闭、第四阀门f4开启、第五阀门f5关闭)送至地埋管换热器S,并联进入各地埋管与地下水或土壤换热冷却后,被地源水泵V吸入,完成地埋管换热器S与吸收式制冷-热泵装置I间的换热循环。
在供热模式下,第三阀门f3、第六阀门f6、第十阀门f10、第五阀门f5打开,第四阀门f4、第七阀门f7、第八阀门f8、第九阀门f9关闭,空调用户R出热媒水由管道接入水泵U的进口,水泵U出口热媒水通过管道(第七阀门f7关闭、第十阀门f10打开、第九阀门f9关闭)进入吸收式制冷-热泵装置中吸收器P,在吸收器换热管Q中吸收管外制冷剂在吸收过程中放出的热量后,再经管道进入吸收式制冷-热泵装置I中的冷凝器L,在冷凝器换热管M中进一步吸收管外制冷剂在冷凝过程中放出的热量后,通过管道(第四阀门f4关闭、第三阀门f3开启、第八阀门f8关闭)送至空调用户R,完成空调用户R与吸收式制冷-热泵装置I间的热媒水循环;
同时,地源水泵V出口的循环水通过管道(第九阀门f9关闭、第六阀门f6打开、第七阀门f7关闭进入吸收式制冷-热泵装置I中的蒸发器N,在蒸发器换热管0中被管外制冷剂在蒸发过程中吸收热量后,再经管道(第八阀门f8关闭、第五阀门f5开启、第四阀门f4关闭)送至地源埋管换热器S,并联进入各支路地源埋管换热器S与地下水或土壤换热冷却后,被地源水泵V吸入,完成地埋管换热器S与吸收式制冷-热泵装置I间的换热循环。
当空调用户R或者热水用户H的负荷增加时,通过补燃室增加经过烟气换热器E和热水换热器G的烟气流量和温度的方法解决这个问题。具体实施方法如下,第十一阀门f0、第一阀门f1、第二阀门f2打开,天然气经过管道进入补燃室B,同时压缩空气也经过管道进入补燃室B,天然气和压缩空气在补燃室B内燃烧后形成高温烟气,该烟气经过管道与燃气轮机C排出的烟气混合后进入烟气换热器E,从烟气换热器E排出的烟气经管道送入热水换热器G,从而达到调节冬夏季尖峰空调负荷与热水负荷的目的。
Claims (2)
1.一种使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联供装置,其特征在于该装置包括:供电部分、制冷-热泵部分、供生活热水部分,其中:
供电部分包括燃烧室(A)、燃气轮机(C)、发电机(D):燃料在燃烧室(A)燃烧后的高温高压烟气驱动燃气轮机(C),燃气轮机(C)拖动发电机(D)发电;
制冷-热泵部分包括补燃室(B)、吸收式制冷-热泵装置(I)、分体式热管换热器蒸发段(F)、分体式热管换热器冷凝段(K)、地热源埋管换热器(S)、空调用户泵(U),地源水泵(V):燃气轮机(C)的排气输出端和补燃室(B)的输出端通过管道接分体式热管换热器(E)的烟气输入端,分体式热管换热器(E)的烟气输出端通过管道接热水换热器(G)的烟气输入端,热水换热器(G)的烟气输出端连通外部大气;
吸收式制冷-热泵装置(I)包括发生器(J)、冷凝器(L)、蒸发器(N)、吸收器(P),其中,发生器(J)中分体式热管换热器的冷凝段(K)与分体式热管换热器(E)中的蒸发段(F)连接,冷凝器(L)中的冷凝器换热管(M)的入口端与吸收器(P)中的吸收器换热管(Q)的出口端相连接,冷凝器(L)中的冷凝器换热管(M)的出口端分别通过第四阀门(f4)和第三阀门(f3)由管道与地埋管换热器(S)的入口端和空调用户(R)的入口端相连接,地埋管换热器(S)的输出端由管道与地源水泵(V)入口端相连接,地源水泵(V)出口端分别通过第六阀门(f6)和第九阀门(f9)由管道与蒸发器换热管(O)入口端和吸收器换热管(Q)的入口端相连接,蒸发器换热管(O)的出口端分别通过第五阀门(f5)和第八阀门(f8)由管道与地埋管换热器(S)的入口端和空调用户(R)的入口端相连接,空调用户(R)的出口端由管道与空调用户泵(U)入口端相连接,空调用户泵(U)出口端分别通过第七阀门(f7)和第十阀门(f10)与蒸发器换热管(O)入口端和吸收器换热管(Q)的入口端相连接;供生活热水部分包括热水换热器(G)、热水换热器供水泵(W):热水换热器供水泵(W)的输出端接热水换热器(G)的水输入端,热水换热器(G)的水输出端接热水用户(H),由分体式热管换热器(E)排出的烟气送入热水换热器(G)烟气输入端加热生活用水后排入大气。
2.一种如权利要求1所述的使用地源吸收式制冷-热泵的热电冷联供装置的热电冷联供方法,其特征在于:以然气为燃料,燃料在燃烧室(A)燃烧后的高温高压烟气驱动燃气轮机(C),燃气轮机(C)拖动发电机(D)发电;
从燃气轮机(C)排出的烟气余热由分体式热管换热器(E)传输给溴化锂吸收式制冷-热泵的发生器(J),为吸收式制冷-热泵装置(I)提供驱动热源,夏季供冷、冬季供热;夏季:吸收式制冷-热泵装置(I)经必要的外部水系统管路阀门切换后,构成制冷循环,冷却水通过地埋管换热器(S)与地下水或土壤换热冷却,将制冷循环吸收器(P)与冷凝器(L)放出的热量排入地下,由蒸发器(N)向用户供冷;冬季:吸收式制冷-热泵装置(I)经必要的外部水系统管路阀门切换后,构成热泵循环,通过地埋管换热器(S)与地下水或土壤换热的水向蒸发器(N)供热,从地源吸热,由吸收器(P)和冷凝器(L)向用户供热实现第一类吸收式热泵循环;
由分体式热管换热器(E)排出的烟气再送入热水换热器(G)加热生活用水后排入大气;由此实现该系统全年供电、供生活热水以及夏季供冷、冬季供热的热电冷联供循环;冬夏季尖峰负荷由补燃室提供必要的燃气热源来调节吸收式制冷-热泵向外提供的负荷需要。
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