CN101799226B - 一种增热型热电冷联供系统 - Google Patents
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Abstract
一种增热型热电冷联供系统属于能源技术应用领域。该系统由燃气发动机、发电机、吸收式热泵、高温烟气-水换热器、中温烟气-水换热器、低温烟气-水换热器、水-水换热器、溶液除湿系统、地埋管或浅层地下水井或污水换热器以及各种连接管路和阀门等附件组成。该系统可以实现供热、供冷两种工况，在供热和供冷工况下均有多种管路切换形式，以适应不同情形的需要；可使燃气发动机的热量得到充分利用，在冬季充分回收了燃气发动机排烟余热，并实现了对低温热源的热量进行提取，进而提高系统的综合效率，减少对环境的污染；在夏季将低温烟气热量和冷却水热量排入低温热源进行储存，并且同溶液除湿以及生活热水相结合，提高了系统能源利用效率。
Description
技术领域
本发明属于能源技术应用领域，涉及热电冷联供系统的结构改进，具体涉及一种增热型热电冷联供系统。
背景技术
燃气热电冷联供能源系统以其高效、经济、环保等优势日益受到世界范围的广泛重视。目前的燃气热电冷联产系统一般采用高温排烟驱动吸收式机组，夏季吸收式制冷，冬季仅作为换热器使用，直接将这部分热量用于供暖，高能低用，排烟温度均在100℃以上，排放的中温烟气不仅有显热，更有大量的水蒸气汽化潜热未被利用，以天然气为例，这部分热量一般占天然气低位热值计算输入热量的10～15％左右。另外即使冬季采用吸收式热泵运行，采用高温段的烟气热量作为驱动热源回收利用低温烟气冷凝余热，仍然没有充分利用高温段烟气热量的做功能力，它还有能力回收除烟气低温余热之外的其它余热。因此如何在冬夏季进一步降低排烟温度，充分利用高温段烟气的做功能力，实现能源的梯级利用，提高能源利用效率，具有重要意义。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种增热型热电冷联供系统，可实现供热、供冷两种工况，它可使燃气发动机的热量得到充分利用，并且可以在冬季提取低温热源的热量，在夏季实现热量回灌，提高系统的综合效率，减少对环境的污染。
本发明采用的技术方案如下：该系统由燃气发动机、发电机、吸收式热泵、中温烟气-水换热器、低温烟气-水换热器、地埋管或浅层地下水井或污水换热器以及各种连接管路和阀门组成，吸收式热泵内设置有第一发生器、冷凝及吸收器和蒸发器。燃气发动机的烟气出口与吸收式热泵的第一发生器的烟气进口相接，吸收式热泵的第一发生器的烟气出口与中温烟气-水换热器的烟气进口相接，中温烟气-水换热器的烟气出口与低温烟气-水换热器的烟气进口相接。在供热工况下，吸收式热泵的蒸发器水路出口分别与低温烟气-水换热器的水路入口、地埋管水路入口或浅层地下水井水路入口或污水换热器水路入口相接；低温烟气-水换热器水路出口与吸收式热泵的蒸发器水路入口相接；地埋管水路出口或浅层地下水井水路出口或污水换热器水路出口分别与低温烟气-水换热器水路入口、吸收式热泵的蒸发器水路入口相接；采暖回水回路分别与吸收式热泵的冷凝及吸收器水路入口、中温烟气-水换热器水路入口相接；吸收式热泵的冷凝及吸收器水路出口、中温烟气-水换热器水路出口均与采暖供水回路相接；吸收式热泵的冷凝及吸收器水路出口与中温烟气-水换热器水路入口相接。烟气依次经过吸收式热泵的第一发生器、中温烟气-水换热器、低温烟气-水换热器；采暖回水并联通过吸收式热泵的冷凝及吸收器、中温烟气-水换热器，以获得热量；吸收式热泵的蒸发器出水串联依次通过地埋管或浅层地下水井或污水换热器、低温烟气-水换热器，回收烟气余热并提取低位热源热量。
在供热工况下，所述采暖回水串联依次通过吸收式热泵的冷凝及吸收器、中温烟气-水换热器，以获得热量。
所述吸收式热泵的蒸发器出水并联通过低温烟气-水换热器、地埋管或浅层地下水井或污水换热器，回收烟气余热并提取低位热源热量。
在制冷工况下，所述地埋管水路出口或浅层地下水井水路出口或污水换热器水路出口分别与低温烟气-水换热器的水路入口、吸收式热泵的冷凝及吸收器的水路入口相接，低温烟气-水换热器的水路出口、吸收式热泵的冷凝及吸收器的水路出口均与地埋管水路入口或浅层地下水井水路入口或污水换热器水路入口相接，吸收式热泵的蒸发器水路出口与制冷供水水路相接，制冷回水水路与吸收式热泵的蒸发器水路入口相接，中温烟气-水换热器水路出口与溶液除湿系统热水入口相接，溶液除湿系统热水出口与中温烟气-水换热器的水路入口相接；烟气余热和冷凝及吸收器热量回灌到地下或污水等低温热源，以便冬季供热时取用；中温烟气-水换热器接入热水管路供热水用于溶液除湿系统溶液再生，以满足一部分冷负荷。
针对有高温缸套水和低温中冷水存在的燃气发动机，在所述吸收式热泵的第一发生器的烟气出口与中温烟气-水换热器的烟气进口相接之间增设高温烟气-水换热器，吸收式热泵内增设第二发生器，同时系统增设水-水换热器。燃气发动机的缸套水出口与高温烟气-水换热器的水路入口相接，高温烟气-水换热器的水路出口与吸收式热泵的第二发生器的水路入口相接，吸收式热泵的第二发生器的水路出口与燃气发动机的缸套水入口相接，燃气发动机的中冷水出口与水-水换热器的高温侧水路入口相接，水-水换热器的高温侧水路出口与燃气发动机的中冷水入口相接，采暖回水回路和吸收式热泵的冷凝及吸收器水路出口均与水-水换热器低温侧水路入口相接，水-水换热器低温侧水路出口分别与采暖供水回路、中温烟气-水换热器水路入口相接；在供热工况下，采暖回水并联通过吸收式热泵的冷凝及吸收器、中温烟气-水换热器、水-水换热器以获得热量。
在供热工况下，所述采暖回水串联依次通过吸收式热泵的冷凝及吸收器、水-水换热器、中温烟气-水换热器以获得热量。
在制冷工况下，所述水-水换热器的低温水侧增设生活热水供水回路，水-水换热器接入热水管路供热水用于生活热水。
本发明的有益效果为：本发明采用的系统，与常规系统相比，可以有效地回收烟气潜热，降低排烟温度，实现能源的梯级利用，本系统同时和浅层地热、污水余热利用、溶液除湿以及生活热水相结合，综合提高系统的效率，同时减少污染物排放量。
附图说明
图1为本发明的总体结构流程示意图；
图2为本发明在供热工况1下的流程示意图；
图3为本发明在供热工况2下的流程示意图；
图4为本发明在供热工况3下的流程示意图；
图5为本发明在制冷工况下的流程示意图；
图6为本发明在供热工况4下的流程示意图。
图中标号：
1-燃气发动机；2-发电机；3-吸收式热泵；4-第-发生器；5-第二发生器；6-冷凝及吸收器；7-蒸发器；8-高温烟气-水换热器；9-低温烟气-水换热器；10-中温烟气-水换热器；11-水-水换热器；12-溶液除湿系统；13-地埋管；14-浅层地下水井；15-污水换热器；16-污水干渠。
具体实施方式
本发明提供了一种增热型热电冷联供系统，下面结合附图以及供热、供冷系统实际参数的要求，对本发明的具体实施方式进行说明。
实施例1：
实施例1如图2所示，燃气发动机1类型为燃气内燃机，500℃的高温烟气首先作为驱动热源进入吸收式热泵3的第一发生器4放热降温至170℃排出，再进入高温烟气-水换热器8放热降温至120℃排出，再进入中温烟气-水换热器10放热降温到60℃排出，最后进入低温烟气-水换热器9放热降温到25℃排向大气。高温缸套水进入高温烟气-水换热器8同烟气换热后，进入吸收式热泵3的第二发生器5后流回至燃气内燃机。低温中冷水进入水-水换热器11后流回至燃气内燃机。在该供热工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第五阀门V5、第六阀门V6、第八阀门V8、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十九阀门V19至第二十四阀门V24阀门开启，采暖回水依次进入吸收式热泵3的冷凝及吸收器6、中温烟气-水换热器10、水-水换热器11后供给热用户。低温烟气-水换热器9，地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15并联通过循环水路与吸收式热泵3的蒸发器7相连。
实施例2：
实施例2如图3所示，燃气发动机1类型为燃气内燃机，烟气和高温缸套水、低温中冷水的流程同实施例1。
实施例2在实施例1的基础上增加了一条从地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15出水至低温烟气-水换热器9进水的管路以及位于该管路上的阀门第二十六阀门V26，在该供热工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第五阀门V5、第六阀门V6、第八阀门V8、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十九阀门V19、第二十一阀门V21、第二十二阀门V22、第二十四阀门V24、第二十五阀门V25、第二十六阀门V26开启，其余阀门关闭，采暖回水依次进入吸收式热泵3的冷凝及吸收器6、水-水换热器11、中温烟气-水换热器10后供给热用户。吸收式热泵3的蒸发器7出水依次经过地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15，低温烟气-水换热器9后流回至蒸发器7。
实施例3：
实施例3如图4所示，燃气发动机1类型为燃气内燃机，烟气、高温缸套水、低温中冷水的流程同实施例1。实施例3在实施例1的基础上增加了一条采暖回水至吸收式热泵3的冷凝及吸收器6出水管路以及位于管路上的第三阀门V3，增加了一条冷凝及吸收器6出水至采暖供水的管路以及位于管路上的第四阀门V4，增加了一条采暖回水至中温烟气-水换热器10进水的管路以及位于管路上的第七阀门V7，增加了一条水-水换热器11低温侧出水至采暖进水的管路以及位于管路上的第九阀门V9和第十阀门V10。在该供热工况下，第一阀门V1至第十阀门V10、第十九阀门V19至第二十五阀门V25开启，其余阀门关闭，吸收式热泵3的冷凝及吸收器6、中温烟气-水换热器10、水-水换热器11并联接入采暖水管路。低温烟气-水换热器9，地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15并联通过循环水路与吸收式热泵3的蒸发器7相连。
实施例4：
实施例4如图5所示，燃气发动机1类型为燃气内燃机，烟气和高温缸套水、低温中冷水的流程同实施例1。实施例4在实施例1的基础上增加了溶液除湿系统12，增加了一条吸收式热泵3的冷凝及吸收器6出水至地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15进水的管路以及位于管路上的第四阀门V4、第十七阀门V17，增加了一条地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15出水至吸收式热泵3的冷凝及吸收器6进水的管路以及位于管路的第十八阀门V18，增加了一条吸收式热泵3的蒸发器7出水至冷冻水供水的管路以及位于管路的第二十七阀门V27，增加了一条冷冻水出水至吸收式热泵3的蒸发器7进水的管路以及位于管路的第二十八阀门V28，增加了一条连接低温烟气-水换热器9进出口的旁通管路以及位于管路的第二十九阀门V29，增加了一条从地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15出水至低温烟气-水换热器9进水的管路以及位于该管路上的第二十六阀门V26，增加了一条中温烟气-水换热器10水路出口至溶液除湿系统12热水进口的管路以及位于管路的第十三阀门V13，增加了一条溶液除湿系统12热水出口至中温烟气-水换热器10水路进口的管路以及位于管路的第七阀门V7、第十四阀门V14，增加了一条水-水换热器11低温侧出水至生活热水供水的管路以及位于管路的第九阀门V9、第十五阀门V15，增加了一条生活热水回水至水-水换热器11低温侧进水的管路以及位于管路的第十六阀门V16。
在该制冷工况时，第四阀门V4、第七阀门V7、第九阀门V9、第十三阀门V13至第十八阀门V18、第二十一阀门V21、第二十二阀门V22、第二十四阀门V24、第二十六阀门V26至第二十九阀门V29开启，其他阀门关闭。吸收式热泵3的蒸发器7接入冷冻水管路，低温烟气-水换热器9，地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15通过循环水路相连，中温烟气-水换热器10接入热水管路供热水用于溶液除湿系统12溶液再生，水-水换热器11接入热水管路供生活热水，吸收式热泵3的冷凝及吸收器6与地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15通过循环水路相连。
实施例5：
实施例5如图6所示，燃气发动机1类型为燃气轮机，500℃的高温烟气首先作为驱动热源进入吸收式热泵3的第一发生器4放热降温至110℃排出，再进入中温烟气-水换热器10放热降温到60℃排出，最后进入低温烟气-水换热器9放热降温到25℃排向大气。在该供热工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第十二阀门V12、第十九阀门V19至第二十五阀门V25开启，采暖回水依次进入吸收式热泵3的冷凝及吸收器6、中温烟气-水换热器10、水-水换热器11后供给热用户。低温烟气-水换热器9，地埋管13或浅层地下水井14或污水换热器15并联通过循环水路与吸收式热泵3的蒸发器7相连。
Claims (7)
1.一种增热型热电冷联供系统，由燃气发动机(1)、发电机(2)、吸收式热泵(3)、中温烟气-水换热器(10)、低温烟气-水换热器(9)、地埋管(13)或浅层地下水井(14)或污水换热器(15)以及各种连接管路和阀门组成，吸收式热泵(3)内设置有第一发生器(4)、冷凝及吸收器(6)和蒸发器(7)，
其特征在于：燃气发动机(1)的烟气出口与吸收式热泵(3)的第一发生器(4)的烟气进口相接，吸收式热泵(3)的第一发生器(4)的烟气出口与中温烟气-水换热器(10)的烟气进口相接，中温烟气-水换热器(10)的烟气出口与低温烟气-水换热器(9)的烟气进口相接；
在供热工况下，吸收式热泵(3)的蒸发器(7)水路出口分别与低温烟气-水换热器(9)的水路入口、地埋管(13)水路入口或浅层地下水井(14)水路入口或污水换热器(15)水路入口相接；低温烟气-水换热器(9)水路出口与吸收式热泵(3)的蒸发器(7)水路入口相接；地埋管(13)水路出口或浅层地下水井(14)水路出口或污水换热器(15)水路出口分别与低温烟气-水换热器(9)水路入口、吸收式热泵(3)的蒸发器(7)水路入口相接；采暖回水回路分别与吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)水路入口、中温烟气-水换热器(10)水路入口相接；吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)水路出口、中温烟气-水换热器(10)水路出口均与采暖供水回路相接；吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)水路出口与中温烟气-水换热器(10)水路入口相接；
烟气依次经过吸收式热泵(3)的第一发生器(4)、中温烟气-水换热器(9)、低温烟气-水换热器(10)；采暖回水并联通过吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)、中温烟气-水换热器(10)，以获得热量；吸收式热泵(3)的蒸发器(7)出水串联依次通过地埋管(13)或浅层地下水井(14)或污水换热器(15)、低温烟气-水换热器(9)，回收烟气余热并提取低位热源热量。
2.根据权利要求1所述的一种增热型热电冷联供系统，其特征在于：在供热工况下，所述采暖回水采用串联依次通过吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)、中温烟气-水换热器(10)的方式，代替并联方式，以获得热量。
3.根据权利要求1所述的一种增热型热电冷联供系统，其特征在于：所述吸收式热泵(3)的蒸发器(7)出水采用并联通过低温烟气-水换热器(9)、地埋管(13)或浅层地下水井(14)或污水换热器(15)的方式，代替串联方式，回收烟气余热并提取低位热源热量。
4.根据权利要求1所述的一种增热型热电冷联供系统，其特征在于：在制冷工况下，所述地埋管(13)水路出口或浅层地下水井(14)水路出口或污水换热器(15)水路出口分别与低温烟气-水换热器(9)的水路入口、吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)的水路入口相接，低温烟气-水换热器(9)的水路出口、吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)的水路出口均与地埋管(13)水路入口或浅层地下水井(14)水路入口或污水换热器(15)水路入口相接，吸收式热泵(3)的蒸发器(7)水路出口与制冷供水水路相接，制冷回水水路与吸收式热泵(3)的蒸发器(7)水路入口相接，中温烟气-水换热器(10)水路出口与溶液除湿系统(12)热水入口相接，溶液除湿系统(12)热水出口与中温烟气-水换热器(10)的水路入口相接；烟气余热和冷凝及吸收器(6)热量回灌到地下或污水等低温热源，以便冬季供热时取用；中温烟气-水换热器(10)接入热水管路供热水用于溶液除湿系统(12)溶液再生，以满足一部分冷负荷。
5.根据权利要求1所述的一种增热型热电冷联供系统，其特征在于：所述吸收式热泵(3)的第一发生器(4)的烟气出口与中温烟气-水换热器(10)的烟气进口相接之间增设高温烟气-水换热器(8)，吸收式热泵(3)内增设第二发生器(5)；
燃气发动机(1)的缸套水出口与高温烟气-水换热器(8)的水路入口相接，高温烟气-水换热器(8)的水路出口与吸收式热泵(3)的第二发生器(5)的水路入口相接，燃气发动机(1)的中冷水出口与水-水换热器(1)的高温侧水路入口相接，水-水换热器(11)的高温侧水路出口与燃气发动机(1)的中冷水入口相接，采暖回水回路和吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)水路出口均与水-水换热器(11)低温侧水路入口相接，水-水换热器(11)低温侧水路出口分别与采暖供水回路、中温烟气-水换热器(10)水路入口相接；在供热工况下，采暖回水并联通过吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)、中温烟气-水换热器(10)、水-水换热器(2)以获得热量。
6.根据权利要求5所述的一种增热型热电冷联供系统，其特征在于：在供热工况下，所述采暖回水采用串联依次通过吸收式热泵(3)的冷凝及吸收器(6)、水-水换热器(11)、中温烟气-水换热器(10)的方式，代替并联方式，以获得热量。
7.根据权利要求5所述的一种增热型热电冷联供系统，其特征在于：在制冷工况下，所述水-水换热器(3)的低温水侧增设生活热水供水回路，水-水换热器(11)接入热水管路供热水用于生活热水。
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