CN103115457B - 烟气热能梯级利用耦合海水淡化技术的冷热水电四联供系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气热能梯级利用的冷热水电四联供系统，它包括燃气轮机发电机组、复合热源型双效溴化锂系统、海水淡化蒸发器、一级预热器、二级预热器、低位水箱。燃气轮机的排气出口与海水淡化蒸发器的烟气进口连接；蒸发器的烟气出口通过管道穿过溴化锂机组的高压发生器并连接该机组的烟气出口，蒸发器的水蒸汽出口分成两条管路:一条管路穿过溴化锂机组的低压发生器，另一条管路穿过复合热源型双效溴化锂系统的换热器一与低位水箱连通；溴化锂机组的凝结水出口连接低位水箱，烟气出口通过管道穿过二级预热器后排向环境。本发明具有烟气余热回收利用率高、装置能量利用率高、适应于不同工况下运行、冷热电负荷之间容易匹配等优点。

Description

烟气热能梯级利用耦合海水淡化技术的冷热水电四联供系统

技术领域

本发明属于海水淡化技术和分布式能源技术范畴，特别是涉及一种烟气热能梯级利用耦合海水淡化技术的冷热水电四联供系统。

背景技术

在能源供应日益紧缺的今天，合理利用能源、提高能源利用率已成为世界各国普遍关注的问题。冷热电三联供系统是实现能源梯级利用、提高一次能源利用率的重要技术手段，世界各国对冷热电等多联供技术的开发和利用方兴未艾。冷热电三联供系统中供热系统提供的热量主要来自动力系统的高温排气，通常使用余热锅炉或余热溴化锂吸收式机组回收热量。使用余热锅炉需要水处理设备，投资成本相对较大，使用余热溴化锂吸收式机组相对比较简单，同时可从环境中获得一部分热量供给用户，其能源利用率更高。常用的溴化锂吸收式机组分为单效和双效两种类型，双效溴化锂机组的性能系数和制冷量都大于单效溴化锂机组，但是双效溴化锂机组的高压发生器的发生温度要求较高，其排烟温度通常需控制在170～200℃之间，因此废热利用率比较低，为了提高废热利用率，应考虑进一步回收和利用排烟中的余热。双效溴化锂机组可以单独利用烟气作为热源进行驱动，也可以同时使用烟气、热水或水蒸汽作为复合热源进行驱动，复合热源驱动溴化锂机组的热力系数与单一烟气驱动溴化锂机组相比有略微降低，但其制冷量却明显增大，机组对低品位热能的综合利用率也明显提高。因此复合热源驱动的双效溴化锂机组在冷热电联供技术的发展中将占据越来越重要的地位。

与此同时，海水淡化是解决淡水资源短缺问题的有效战略途径，它是世界范围内涉及人类生存和社会发展的重大现实问题。目前海水淡化方法主要有蒸馏法和膜法。蒸馏法具有可利用低品位热源、装置生产能力大等优点, 是当前应用较为广泛的海水淡化技术。蒸馏法的加热方式一般都是用水蒸汽作为热源进行间接热交换，需要消耗大量饱和蒸汽，直接影响了海水淡化的成本。由于烟气余热具有数量大，分布广、能源品位高的特点，若采用烟气替代水蒸汽作为海水淡化的热源，将有利于降低海水淡化的成本。利用烟气余热的海水淡化技术开发是本发明申请人长期研究的课题，其核心内容已在此前申请的“新型高效海水淡化蒸发器” （专利授权号为ZL201110009250.8）专利中公开。但当时未考虑实际应用中的新型海水淡化装置与外部供热系统的耦合方式，以及水蒸汽的汽化潜热和热浓海水的余热回收利用等问题。

如能将海水淡化蒸发器和冷热电三联供系统进行耦合，利用冷热电三联供系统中的动力系统高温排气作为海水淡化蒸发器的驱动热源，利用海水淡化蒸发器的出口烟气及所产生水蒸汽的热能驱动复合热源型双效溴化锂机组工作，进一步回收溴化锂机组的排烟余热用来预热进料海水，则将使新耦合系统的能源利用率比冷热电三联供系统得到更进一步提高，同时可得到新的产品-淡水，新系统将更为经济节能。因此研究海水淡化蒸发器和冷热电三联供系统的耦合问题，提供新型的冷热水电四联供的分布式能源系统技术，具有非常广阔的市场应用前景。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种烟气余热回收利用率高、调节能力强、可适应不同工况下的运行烟气热能梯级利用耦合海水淡化技术的冷热水电四联供系统。

本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的：

本发明是一种烟气热能梯级利用耦合海水淡化技术的冷热水电四联供系统，它包括燃气轮机发电机组、复合热源型双效溴化锂系统、海水淡化蒸发器、一级预热器、二级预热器、低位水箱、淡水管路、进料海水管道以及相关的水泵等。

所述的燃气轮机发电机组的排气出口通过管道与海水淡化蒸发器的烟气进口连接。

所述的复合热源型双效溴化锂系统包括溴化锂机组、热水泵、换热器一、热水负载、冷却塔、冷水泵、空调负载、换热器二以及相关的多个控制阀门。所述的溴化锂机组的烟气出口通过管道曲折或盘旋地穿过二级预热器后排向环境，该溴化锂机组的凝结水出口通过管道连接低位水箱；溴化锂机组循环冷却水回路的冷却水出口经由热水泵后分成两条管路，一条管路上依次设有控制阀门一、换热器一、热水负载，另一条管路上依次设有控制阀门二、冷却塔；溴化锂机组循环冷媒水回路的冷媒水出口经由冷水泵后分成两条管路，一条管路上依次设有控制阀门三、空调负载，另一条管路上依次设有控制阀门四、换热器二。

所述的海水淡化蒸发器的烟气出口通过管道曲折或盘旋地穿过溴化锂机组的高压发生器并连接该溴化锂机组的烟气出口；海水淡化蒸发器的水蒸汽出口分成两条管路:一条管路曲折或盘旋地穿过溴化锂机组的低压发生器并连接该溴化锂机组的凝结水出口，并在该管路上设有调节阀门一，另一条管路曲折或盘旋地穿过复合热源型双效溴化锂系统的换热器一与低位水箱连通，并在该管路上设有调节阀门二；海水淡化蒸发器的热浓海水出口通过管道曲折或盘旋地穿过一级预热器后由排污泵排向环境；

所述的低位水箱设有淡水管路并连接热水用户，在该管路上设有淡水泵；所述的进料海水管道按先后顺序曲折或盘旋地穿过一级预热器和二级预热器后与海水淡化蒸发器的海水进口连接，在该管路上设有高压泵。

采用上述方案后，本发明具有以下几个特点：

一、烟气余热回收利用率高。燃气轮机的排气先后在海水淡化蒸发器、复合型热源双效溴化锂机组、二级预热器中进行了梯级利用，最大程度上降低了排烟温度，增加了余热回收量。

二、装置能量利用率高。海水淡化蒸发器所得水蒸汽的汽化潜热在复合热源型双效溴化锂系统中得到了很好的利用，相当于蒸发器的有效利用热量在复合热源双效溴化锂系统中得到了重热利用；另外，海水淡化蒸发器排出的热浓海水的余热在一级预热器中用来加热进料海水得到了回收和利用。因此海水淡化蒸发器的能量利用率很高。

三、调节能力强、适应不同工况下的运行。当夏季只需运行空调制冷时，全部水蒸汽用来驱动复合热源型双效溴化锂机组，增加了溴化锂机组的制冷量；当冬季只需提供生活热水时，全部水蒸汽经过换热器一用来提高溴化锂机组全部或部分冷却水的出口温度，便于满足生活热水的流量和参数要求；另外，复合热源型双效溴化锂系统也可以在任何时候同时满足制热和制冷的需求，只需同时开启调节阀门并控制其管路上水蒸汽的流量就可以在一定范围内有效调节溴化锂机组冷、热负荷之间的分配情况。因此该溴化锂系统调节能力强、适应不同工况下的运行，可以单独或同时提供冷、热负荷，尤其适用于医院、酒店、机场等特殊场所的用能需求。

四、冷热电负荷之间容易匹配。由于燃气轮机发电机组与溴化锂机组之间“无缝”连接了海水淡化蒸发器，只要改变海水淡化蒸发器的运行模式，就可以调节驱动溴化锂机组的烟气温度，从而改变溴化锂机组的制冷量或供热量。另外，海水淡化蒸发器产生的水蒸汽在复合热源型双效溴化锂系统中的不同分配方式在一定范围内可以再次调节溴化锂机组的制冷量或供热量。因此，当电负荷不变时，冷（热）负荷可以在一定范围内任意变动；当电负荷改变时，冷（热）负荷也可以通过调节在一定范围内维持不变。本新型四联供系统在较大范围内同时满足了冷热电负荷的要求。

综上所述，本发明的优点是：将海水淡化蒸发器和冷热电三联供系统很好地耦合，实现了冷热水电四联供系统。本发明具有烟气余热回收利用率高、装置能量利用率高、适应于不同工况下运行、冷热电负荷之间容易匹配等优点。本发明不仅产生冷、热、电三种能量和淡水输出，同时也在较大程度上改进了目前的冷热电三联供技术，具有非常广阔的应用前景。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

     图2是本发明溴化锂机组内部连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种烟气热能梯级利用耦合海水淡化技术的冷热水电四联供系统，它包括燃气轮机发电机组1、复合热源型双效溴化锂系统2、海水淡化蒸发器3、一级预热器4、二级预热器5、低位水箱6、淡水管路7、进料海水管道8以及相关的水泵等。

所述的燃气轮机发电机组1的排气出口11通过管道与海水淡化蒸发器3的烟气进口31连接。

所述的复合热源型双效溴化锂系统2包括溴化锂机组21、热水泵22、换热器一23、热水负载24、冷却塔25、冷水泵26、空调负载27、换热器二28以及相关的控制阀门等。所述的溴化锂机组21的烟气出口211通过管道曲折或盘旋地穿过二级预热器5后排向环境，该溴化锂机组21的凝结水出口212通过管道连接低位水箱6；溴化锂机组21循环冷却水回路的冷却水出口213经由热水泵22后分成两条管路，一条管路上依次设有控制阀门一291、换热器一23、热水负载24，另一条管路上依次设有控制阀门二292、冷却塔25；溴化锂机组21循环冷媒水回路的冷媒水出口214经由冷水泵26后分成两条管路，一条管路上依次设有控制阀门三293、空调负载27，另一条管路上依次设有控制阀门四294、换热器二28。

所述的海水淡化蒸发器3的烟气出口32通过管道曲折或盘旋地穿过溴化锂机组21的高压发生器215（如图2所示）并连接该溴化锂机组21的烟气出口211；海水淡化蒸发器3的水蒸汽出口33分成两条管路:一条管路曲折或盘旋地穿过溴化锂机组21的低压发生器216（如图2所示）并连接该溴化锂机组21的凝结水出口212，并在该管路上设有调节阀门一295，另一条管路曲折或盘旋地穿过复合热源型双效溴化锂系统2的换热器一23与低位水箱6连通，并在该管路上设有调节阀门二296；海水淡化蒸发器3的热浓海水出口34通过管道曲折或盘旋地穿过一级预热器4后由排污泵91排向环境；

所述的低位水箱6设有淡水管路7并连接热水用户71，在该管路上设有淡水泵92；所述的进料海水管道8按先后顺序曲折或盘旋地穿过一级预热器4和二级预热器5后与海水淡化蒸发器3的海水进口35连接，在该管路上设有高压泵93。

    如图1、图2所示，本发明的工作原理分别按照烟气流程、汽水流程、海水流程、变工况控制过程进行阐述。

1、烟气流程：燃气轮机发电机组1的排气进入海水淡化蒸发器3加热海水使之产生温度为90～100℃的水蒸汽，海水淡化蒸发器3排出的烟气进入复合热源型双效溴化锂机组21的高压发生器215作为驱动热源，溴化锂机组21排出的烟气进入二级预热器5加热进料海水后排向环境；

2、汽水流程：海水淡化蒸发器3产生的水蒸汽分成两路：一路水蒸汽进入复合热源型双效溴化锂机组21的低压发生器216作为驱动热源，水蒸汽放出热量变成凝结水后流入低位水箱6；另一路水蒸汽进入复合热源型双效溴化锂系统2的换热器一23加热从溴化锂机组21引出的冷却水，水蒸汽放出热量变成凝结水后流入低位水箱6。低位水箱6的淡水通过淡水管路7由淡水泵92输送至热水用户71。

3、海水流程：进料海水按先后顺序进入一级预热器4和二级预热器5，进料海水被两次加热后温度升高变成预热海水，预热后海水由高压泵93输送至海水淡化蒸发器3中吸收烟气热量，海水蒸发后产生的水蒸汽从海水淡化蒸发器3的顶部自动排出，蒸发后剩下的热浓海水从海水淡化蒸发器3的底部排出，途经一级预热器4放出热量后，由排污泵91排向环境。

4、变工况控制过程：当夏季只需运行空调制冷时，调节阀门一295开启，调节阀门二296关闭，全部水蒸汽进入溴化锂机组21的低压发生器216，这时烟气和水蒸汽同时作为热源驱动溴化锂机组21运行。在该运行工况下，控制阀门一291关闭，控制阀门二292开启、控制阀门三293开启，控制阀门四294关闭；从溴化锂机组21引出的低温冷媒水对空调负载27提供冷量，溴化锂机组21的循环冷却水通过冷却塔25对环境排出热量。

当冬季只需提供生活热水时，调节阀门一295关闭，调节阀门二296开启，全部水蒸汽进入换热器一23加热全部或部分冷却水，这时只由烟气单独驱动溴化锂机组21运行。在该运行工况下，控制阀门一291开启，控制阀门二292关闭或部分开启，控制阀门三293关闭，控制阀门四294开启，溴化锂机组21通过换热器二28从低温热源得到热量，溴化锂机组21出口的全部或部分中高温冷却水由水蒸汽进一步加热后作为生活热水。

当必须同时满足制热和制冷的需求时，调节阀门一295部分开启，调节阀门二296部分开启，水蒸汽分成两路，分别进入溴化锂机组21的低压发生器216和换热器一23。在该运行工况下，控制阀门一291开启，控制阀门二292关闭或部分开启，控制阀门三293开启，控制阀门四294关闭，从溴化锂机组21引出的低温冷媒水对空调负载27提供冷量，溴化锂机组21出口的全部或部分冷却水由水蒸汽进一步加热后作为生活热水。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，各管路的布置可有多种方式，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (3)

1.一种烟气热能梯级利用耦合海水淡化技术的冷热水电四联供系统，其特征在于：它包括燃气轮机发电机组、复合热源型双效溴化锂系统、海水淡化蒸发器、一级预热器、二级预热器、低位水箱；所述的复合热源型双效溴化锂系统包括溴化锂机组、热水泵、换热器一、热水负载、冷却塔、冷水泵、空调负载、换热器二以及相关的管路和多个控制阀门；所述的溴化锂机组循环冷却水回路的冷却水出口经由热水泵后分成两条管路，一条管路上依次设有控制阀门一、换热器一、热水负载，另一条管路上依次设有控制阀门二、冷却塔；该溴化锂机组循环冷媒水回路的冷媒水出口经由冷水泵后分成两条管路，一条管路上依次设有控制阀门三、空调负载，另一条管路上依次设有控制阀门四、换热器二；所述的燃气轮机发电机组的排气出口通过管道与海水淡化蒸发器的烟气进口连接；所述的海水淡化蒸发器的烟气出口通过管道曲折或盘旋地穿过溴化锂机组的高压发生器并连接该溴化锂机组的烟气出口，该海水淡化蒸发器的水蒸汽出口分成两条管路:一条管路曲折或盘旋地穿过溴化锂机组的低压发生器并连接该溴化锂机组的凝结水出口，并在该管路上设有调节阀门一，另一条管路曲折或盘旋地穿过复合热源型双效溴化锂系统的换热器一与低位水箱连通，并在该管路上设有调节阀门二；所述的溴化锂机组的烟气出口通过管道曲折或盘旋地穿过二级预热器后排向环境，该溴化锂机组的凝结水出口通过管道连接低位水箱；所述的海水淡化蒸发器的热浓海水出口通过管道曲折或盘旋地穿过一级预热器后由排污泵排向环境。

2.根据权利要求1所述的烟气热能梯级利用耦合海水淡化技术的冷热水电四联供系统，其特征在于：所述的低位水箱设有淡水管路并连接热水用户，在该管路上设有淡水泵。

3.根据权利要求1所述的烟气热能梯级利用耦合海水淡化技术的冷热水电四联供系统，其特征在于：它还包括一进料海水管道，该进料海水管道按先后顺序曲折或盘旋地穿过一级预热器和二级预热器后与海水淡化蒸发器的海水进口连接，在该管路上设有高压泵。