CN103727703A - 一种再利用冷热电三联供系统 - Google Patents
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Abstract
一种再利用冷热电三联供系统，燃料在发动机中燃烧产生电能供给外电网，发动机排放的废气输入驱动溴化锂冷热水机组制冷或供热；所排放的气体再流经一级低温烟气换热器；一级低温烟气换热器输出的废气经余热管道进入二级低温烟气换热器，二级低温烟气换热器内部的载热剂回路连接蒸发器，蒸发器与压缩机、冷凝器、节流阀组成制冷剂回路，制冷剂回路中的冷凝器连接采暖热水回路。本发明通过二级换热器回收烟气的显热及大部分冷凝热，将烟气排放，从而收集的热量通过载热剂回路传递给制冷剂回路，供给采暖热水。本发明的技术方案解决了冷热电三联供系统排放低温气体的再利用问题，大幅度提高了三联供系统的能源利用率。
Description
技术领域
本发明属于分布式能源领域，是一种冷热电三联供能源系统。
技术背景
分布式冷热电三联供系统是目前分布能量系统的主要形式之一。公开发表的《分布式冷热电三联系统地单耗分析模型研究》（《工程热物理学报》，第28卷第6期，2007年11月）公开了一种典型的天然气分布式冷热电三联供系统，如图1所示，该系统以发电设备为核心，天然气在发动机中燃烧产生电能供给外电网，或者利用部分电力驱动热泵等进行制冷或供热自用，俗称第一级能源利用。发动机排放出来的高温尾气，驱动吸收式溴化锂冷热水机组或通过余热锅炉产生的蒸汽或热水制冷或供热，满足用户对冷、热、电能量的需求，俗称第二级能源利用。一般分布式天然气冷热电三联供的热效率在70～90%之间，排烟温度通常在120℃以上，受制于低温余热利用技术的难题，现有技术无法进一步提高冷热电三联供系统的能源利用效率。
发明内容
本发明的目的在于，将120℃以上的低温烟气的温度进一步降低，进行第三级能源利用，利用烟气水分的冷凝潜热，提高三联供系统的能源利用率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种冷热电三联供系统，包括发电机组、溴化锂冷热水机组、一级低温烟气换热器、二级低温烟气换热器、变配电系统以及压缩式热泵系统。发电机组产生的高温烟气，通过气路管道输送给溴化锂冷热水机组，溴化锂冷热水机组排放出低温气体，供给一级低温烟气换热器，一级低温烟气换热器排出的余热经烟气排放管路排出或供给二级低温烟气换热器；溴化锂冷热水机组中设置有生活冷/热循环水出水管、生活冷/热循环水进水管，溴化锂冷热水机利用高温烟气对来自用户的生活冷/热循环水进行热量传递，将冷/热水供给用户；一级低温烟气换热器中设置有水换热管道，直接为用户提供生活热水；发电机组的电力通过变配电系统与外部电力并网连接，所输出的部分电力输出给用户端，另一部分电力提供给压缩式热泵系统中的压缩机，驱动热泵系统工作；压缩式热泵系统包括电动压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、凉水塔，压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器依次连接组成制冷剂回路，蒸发器与二级低温烟气换热器之间通过载热剂回路相连，低温烟气通过二级低温烟气换热器时，将烟气热量传递给载热剂回路中的水，流经蒸发器时使制冷剂回路中的制冷剂吸热蒸发，载热剂回路水放热后沿载热剂回路流回二级低温烟气换热器，依次循环；用户空调的回水管道和冷水管道接入到载热剂回路中，空调回水经蒸发器降温后，为空调提供冷水；冷凝器与用户端之间通过采暖热水回路连通，制冷剂回路中通过蒸发器收取的热量利用压缩机将制冷剂冷凝，在冷凝器中放出的热量被采暖热水回路中的水吸收，依次循环，通过采暖热水通路提供给用户采暖。
其中，发电机组可以采用燃气轮机，溴化锂冷热水机组为烟气型溴化锂冷热水机组；或者发电机组可以采用内燃机，溴化锂冷热水机组为烟气/热水型溴化锂冷热水机组，内燃机发电机组和烟气/热水型溴化锂冷热水机组间有缸套热水循环回路；或者发电机组可以采用燃料电池，气体燃料通过高温燃料电池输出直流电力，直流电通过逆变器将转换为交流电，再输送给变配电系统。
进一步，一级低温烟气换热器排出的余热通过三通阀提供给二级低温烟气换热器或经烟气排放管路排出。
此外，蒸发器两侧的载热剂回路上分别设置有三通阀，分别与空调回水管路或空调冷水管路连接。
再有，在采暖热水回路与采暖热水通路间还连接有凉水塔，采暖热水通路中的热水可以在通过凉水塔后经采暖热水回路返回冷凝器。
优选的，所述一级低温烟气换热器、二级低温烟气换热器采用热管式换热器、板式换热器等高效传热换热器。
本发明通过溴化锂冷热水机组后的余热排气管道通过一级低温烟气换热器制取生活热水后，进一步降温的低温气体通过二级低温烟气换热器，将烟气热量传递给载热剂回路中的水，烟气被吸收热量后进一步降温而后被排放。载热剂回路中的水吸收二级低温烟气换热器中的烟气热量后，将热量通过蒸发器传递给制冷剂，再通过载热剂回路循环。制冷剂回路中的制冷剂吸热蒸发后，通过制冷剂回路中的压缩机，通过冷凝器放热，所放热量被采暖回路热水吸收，将热量供给用户。
本发明通过二级换热器回收烟气的显热及大部分冷凝热，将烟气排放，从而收集的热量通过载热剂回路传递给制冷剂回路，供给采暖热水。本发明的技术方案解决了冷热电三联供系统排放低温气体的再利用问题，大幅度提高了三联供系统的能源利用率。
附图说明
图1是现有技术公开的分布式天然气冷热电三联系统的示意图；
图2是本发明冷热电三联供系统发电机组为燃气轮机发电机组的示意图；
图3是本发明冷热电三联供系统发电机组为内燃机发电机组的示意图；
图4是本发明冷热电三联供系统发电机组为燃料电池的示意图。
1-配电站 2-电网 3-内燃机发电机组汽轮机组发电机组
4-余热锅炉 5-补燃锅炉 6-热泵
7-电负荷 8-电制冷机 9-冷负荷
10-烟气/燃气直燃机 11-换热器 12-热负荷
13-吸收式制冷机
21-压缩机 22-变配电 23-蒸发器
24-4号三通阀 25-溴化锂冷热水机组 26-发电机组
27-冷凝器 28-节流阀 29-1号三通阀
30-凉水塔 31-2号三通阀 32-3号三通阀
33-用户端 34-一级低温烟气换热器 35-5号三通阀
36-二级低温烟气换热器 37-缸套热水 38-逆变器
具体实施方式
以下结合具体实施例及其附图，对本发明做进一步说明。
如图2所示，本发明的再利用冷热电三联供系统，包括发电机组26、溴化锂冷热水机组25、一级低温烟气换热器34、二级低温烟气换热器36、变配电系统22以及由电动压缩机21、冷凝器27、节流阀28、蒸发器23、凉水塔30组成的压缩式热泵系统。本发明各元件组成气路系统、电路系统、水路系统、制冷剂回路、载热剂回路和采暖热水回路。
气路系统中，燃料在发电机组26燃烧后产生的高温烟气，通过气路管道连接溴化锂冷热水机组25，完成二级能源利用，排放出120℃的低温气体，供给一级低温烟气换热器34，一级低温烟气换热器34排出的余热管道接入5号三通阀35，5号三通阀35为一进两出型，其中一出口端连接二级低温烟气换热器36，另一出口端直接连接烟气排放管路，通过二级低温烟气换热器36的烟气经烟气排放管道排出。
水路系统中，溴化锂冷热水机组25设置生活冷/热循环水出水管、生活冷/热循环水进水管，溴化锂冷热水机25利用高温烟气对来自用户的生活冷/热循环水进行热量传递，将冷/热水供给用户。一级低温烟气换热器34中设置有水换热管道，直接为用户提供生活热水。
电路系统中，发电机组的电力通过变配电系统22与外部电力并网连接，所输出的部分电力输出给用户端33，另一部分电力提供给压缩式热泵系统中的压缩机21，驱动热泵系统工作，完成一级能源利用。
压缩式热泵系统中的压缩机21、冷凝器27、节流阀28和蒸发器23依次连接组成制冷剂回路，制冷剂回路中的蒸发器23与二级低温烟气换热器36之间通过载热剂回路相连。低温烟气通过二级低温烟气换热器36时，将烟气热量传递给载热剂回路中的水，流经蒸发器时使制冷剂回路中的制冷剂吸热蒸发，载热剂回路水放热后沿载热剂回路流回二级低温烟气换热器36，依次循环。用户空调的回水管道和冷水管道接入到载热剂回路中，空调回水经蒸发器降温后，为空调提供冷水。本实施例中，蒸发器23两侧的载热剂回路上设置有4号三通阀24和3号三通阀32，其中4号三通阀24为两进一出型，3号三通阀32为一进两出型。4号三通阀24另一进口端连接空调回水管道，3号三通阀32另一出口端连接空调冷水管道。3号三通阀32与4号三通阀24另一端口连通时可以形成与用户空调端接通的第二载热剂回路。
制冷剂系统中的冷凝器27与用户端33之间通过采暖热水回路连通。制冷剂回路中通过蒸发器23收取的热量利用压缩机21将制冷剂冷凝，在冷凝器27中放出的热量被采暖热水回路中的水吸收，依次循环，通过采暖热水通路提供给用户采暖。在采暖热水回路与采暖热水通路间还连接有凉水塔30，采暖热水通路中的热水可以在通过凉水塔30后经采暖热水回路返回冷凝器27。本实施例中，冷凝器27两侧的采暖用水回路上分别设置1号三通阀29和2号三通阀31，其中1号三通阀29为一进两出型，2号三通阀31为两进一出型。1号三通阀29的另一出口端与2号三通阀31另一进口端之间连接凉水塔。当1号三通阀29与2号三通阀31另一端口连通时，将会形成与凉水塔30联通的第二采暖回路。
当压缩式热泵系统采用制冷模式时，1号三通阀29和2号三通阀31处于和凉水塔30连通的状态，3号三通阀32和4号三通24阀处于和空调冷水回路连通的状态，通过5号三通阀35使低温烟气绕过二级低温烟气换热器36直接排放；当压缩式热泵系统采用制热模式时，1号三通阀29和2号三通阀31处于和采暖热水回路连通的状态，3号三通阀32和4号三通阀24处于和二级低温烟气换热器36连通的状态，通过5号三通阀35使低温烟气通过二级低温烟气换热器36换热后排放。
使用时，燃料在发动机26中燃烧产生动力，带动发电机发出电力。发出的电力经变配电系统22与外部电力并网，共同满足压缩式热泵和用户的电力需求。燃气轮机排出的高温烟气经溴化锂冷热水机组25，产生冷水或热水供应用户。通常经过溴化锂冷热水机组25之后的低温烟气温度仍然在120℃以上，该低温烟气先通过一级低温烟气换热器34制取生活热水，然后经5号三通阀35后有两种排放方式：
一种方式是在供暖季，低温烟气通过二级低温烟气换热器36，被来自蒸发器的循环水降温到露点温度以下，回收烟气的显热及大部分的冷凝热，然后将烟气排放。此时压缩式热泵机组处于制热模式，1号三通阀29和2号三通阀31处于和采暖热水回路连通的状态，3号三通阀32和4号三通阀24处于和二级低温烟气换热器36连通的状态。位于二级低温烟气换热器36和压缩式热泵蒸发器之间的循环水回路，将低温烟气的余热输送到蒸发器23，压缩式热泵系统中的制冷剂工质在蒸发器23中吸收该余热而蒸发。蒸发后的制冷剂蒸气经压缩机21压缩后在冷凝器27中冷凝放热。放出的热量被采暖热水回路带到用户端33。冷凝后的冷剂液体经节流阀28降压后进入蒸发器完成冷剂循环。
另一种方式是在制冷季，低温烟气经5号三通阀35后绕过二级低温烟气换热器36直接排放。此时压缩式热泵机组处于制冷模式，1号三通阀29和2号三通阀31处于和凉水塔30连通的状态，3号三通阀32和4号三通阀24处于和空调冷水回路连通的状态。压缩式热泵系统中的冷剂工质在蒸发器23蒸发吸收空调冷水回路的热量制得空调冷水。蒸发后的冷剂蒸汽经压缩机21压缩后在冷凝器27中冷凝放热。放出的热量被冷却水回路带到冷水塔30释放到环境中。冷凝后的冷剂液体经节流阀28降压后进入蒸发器23完成冷剂循环。
上述的一级、二级低温烟气换热器，采用高效传热的换热器形式，如热管式换热器、板式换热器。
上述的发电机组，所使用的燃料可以为气态燃料，如天燃气、液化石油气、沼气、合成气等，也可以为液态燃料，如燃料油、生物柴油、液态醚类燃料、醇类燃料等。
上述的发电机组，可以是燃气轮发电机组、内燃机发电机组或燃料电池。
根据上述发电机组所提供余热的方式不同，采用不同的溴化锂机组。
如图2所示，发电机组26采用燃气轮机时，溴化锂冷热水机组25为烟气型溴化锂冷热水机组。
如图3所示，发电机组26采用内燃机时，溴化锂冷热水机组25为烟气/热水型溴化锂冷热水机组，此时水路系统中，内燃机发电机组和烟气/热水型溴化锂冷热水机组间有缸套热水循环回路37。
如图4所示，发电机组26采用燃料电池时，气体燃料通过高温燃料电池输出直流电力，通过逆变器38将直流电转换为交流电，再连接变配电系统22与外部电力并网，共同满足压缩式热泵和用户的电力需求。
Claims (6)
1.一种冷热电三联供系统，包括发电机组、溴化锂冷热水机组、一级低温烟气换热器、二级低温烟气换热器、变配电系统以及压缩式热泵系统，其特征在于：
发电机组产生的高温烟气，通过气路管道输送给溴化锂冷热水机组，溴化锂冷热水机组排放出低温气体，供给一级低温烟气换热器，一级低温烟气换热器排出的余热经烟气排放管路排出或供给二级低温烟气换热器；
溴化锂冷热水机组中设置有生活冷/热循环水出水管、生活冷/热循环水进水管，溴化锂冷热水机利用高温烟气对来自用户的生活冷/热循环水进行热量传递，将冷/热水供给用户；
一级低温烟气换热器中设置有水换热管道，直接为用户提供生活热水；
发电机组的电力通过变配电系统与外部电力并网连接，所输出的部分电力输出给用户端，另一部分电力提供给压缩式热泵系统中的压缩机，驱动热泵系统工作；
压缩式热泵系统包括电动压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、凉水塔，压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器依次连接组成制冷剂回路，蒸发器与二级低温烟气换热器之间通过载热剂回路相连，低温烟气通过二级低温烟气换热器时，将烟气热量传递给载热剂回路中的水，流经蒸发器时使制冷剂回路中的制冷剂吸热蒸发，载热剂回路水放热后沿载热剂回路流回二级低温烟气换热器，依次循环；
用户空调的回水管道和冷水管道接入到载热剂回路中，空调回水经蒸发器降温后，为空调提供冷水；
冷凝器与用户端之间通过采暖热水回路连通，制冷剂回路中通过蒸发器收取的热量利用压缩机将制冷剂冷凝，在冷凝器中放出的热量被采暖热水回路中的水吸收，依次循环，通过采暖热水通路提供给用户采暖。
2.如权利要求1所述的冷热电三联供系统，其特征在于：发电机组可以采用燃气轮机，溴化锂冷热水机组为烟气型溴化锂冷热水机组；或者
发电机组可以采用内燃机，溴化锂冷热水机组为烟气/热水型溴化锂冷热水机组，内燃机发电机组和烟气/热水型溴化锂冷热水机组间有缸套热水循环回路；或者
发电机组可以采用燃料电池，气体燃料通过高温燃料电池输出直流电力，直流电通过逆变器将转换为交流电，再输送给变配电系统。
3.如权利要求1或2所述的冷热电三联供系统，其特征在于：一级低温烟气换热器排出的余热通过三通阀提供给二级低温烟气换热器或经烟气排放管路排出。
4.如权利要求1或2所述的冷热电三联供系统，其特征在于：蒸发器两侧的载热剂回路上分别设置有三通阀，分别与空调回水管路或空调冷水管路连接。
5.如权利要求1或2所述的冷热电三联供系统，其特征在于：在采暖热水回路与采暖热水通路间还连接有凉水塔，采暖热水通路中的热水可以在通过凉水塔后经采暖热水回路返回冷凝器。
6.如权利要求1或2所述的冷热电三联供系统，其特征在于：所述一级低温烟气换热器、二级低温烟气换热器采用热管式换热器、板式换热器等高效传热换热器。
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