CN103759469A - 一种地热能复合型燃气热电冷联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深度回收烟气冷凝热的地热能复合型燃气热电冷联供系统，包括燃气内燃机、发电机、吸收式热泵、电动热泵、第一喷淋式烟气换热器、第二喷淋式烟气换热器、地埋管换热器、水-水换热器、蓄热水箱以及各种连接管道和阀门,该系统能够实现供热、制冷两种工况。本发明能够深度回收烟气的冷凝热，大幅降低排烟温度，减少污染物排放，并且能够提取浅层地热，实现了化石能源与可再生能源的互补，有利于提高系统的能源利用效率。

Description

一种地热能复合型燃气热电冷联供系统
技术领域
本发明涉及一种燃气热电冷联供系统，特别是关于一种深度回收烟气冷凝热的地热能复合型燃气热电冷联供系统。
背景技术
燃气热电冷联供系统由于其高效、环保等优势在国内外得到重视和快速发展。为了进一步提高燃气热电冷联供系统的能源利用效率，通常会采用一定的技术手段挖掘发动机排烟的热量用于供热、供冷等。然而，目前的技术对烟气热量的回收并不充分，仍然有大量的烟气冷凝热没有被回收，难以达到进一步提高系统能源利用效率的目的。因此，亟待开发一种能够深度回收烟气冷凝热的燃气热电冷联供系统。另一方面，随着化石能源的逐渐枯竭，可再生能源在能源结构中的比重将越来越大，如果能够在燃气热电冷联供系统中实现化石能源与可再生能源互补，将会进一步提高系统的能源利用效率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够深度回收烟气的冷凝热，大幅降低排烟温度的地热能复合型燃气热电冷联供系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种地热能复合型燃气热电冷联供系统，包括燃气内燃机、发电机、吸收式热泵、电动热泵、第一喷淋式烟气换热器、第二喷淋式烟气换热器、地埋管热换器、水-水换热器、蓄热水箱以及各种连接管道和阀门，在所述吸收式热泵内设置有第一发生器、第二发生器、蒸发器和吸收及冷凝器，在所述电动热泵内设置有蒸发器和冷凝器，其特征在于，所述发电机与所述燃气内燃机以及电动热泵连接，所述燃气内燃机的烟气出口与所述第一发生器的烟气进口相接，所述第一发生器的烟气出口与所述第一喷淋式烟气换热器的烟气进口相接，所述第一喷淋式烟气换热器的烟气出口与所述第二喷淋式烟气换热器的烟气进口相接；在供热工况下，所述燃气内燃机的缸套水水路出口与所述第二发生器的水路进口相接；所述第二发生器的水路出口与所述燃气内燃机的缸套水水路进口相接；所述吸收式热泵的蒸发器的水路出口分别与所述第一喷淋式烟气换热器的水路进口、所述地埋管换热器的水路进口相接；所述第一喷淋式烟气换热器的水路出口与所述吸收式热泵的蒸发器的水路进口相接；所述地埋管换热器的水路出口分别与所述吸收式热泵的蒸发器的水路进口、所述电动热泵的蒸发器的水路进口相接；所述电动热泵的蒸发器的水路出口分别与所述第二喷淋式烟气换热器的水路进口、所述地埋管换热器的水路进口相接；所述第二喷淋式烟气换热器的水路出口与所述电动热泵的蒸发器的水路进口相接；所述吸收及冷凝器的水路出口和所述冷凝器的水路出口均与一供热的供水相接；所述供热的回水与所述吸收及冷凝器的水路进口、所述冷凝器的水路进口相接；所述水-水换热器的高温侧水路出口、水路进口分别与所述燃气内燃机的中冷水或者高温缸套水水路进口、水路出口相接；所述水-水换热器的低温侧水路出口、水路进口分别与所述蓄热水箱的水路进口、水路出口相接；所述蓄热水箱的水路出口与一生活热水的供水相接；所述生活热水的回水与所述蓄热水箱的水路进口相接；在所述蓄热水箱附近，设置将所述水-水换热器的水路出口与所述生活热水的供水相接的旁通管以及将所述生活热水的回水与所述水-水换热器的水路进口相接的旁通管。
所述地埋管换热器的水路出口还与所述第一喷淋式烟气换热器的水路进口相接；所述第二喷淋式烟气换热器的水路出口还与所述地埋管换热器的水路进口相接。
一种地热能复合型燃气热电冷联供系统，包括燃气内燃机、发电机、吸收式热泵、电动热泵、第一喷淋式烟气换热器、第二喷淋式烟气换热器、地埋管热换器、水-水换热器、蓄热水箱以及各种连接管道和阀门，在所述吸收式热泵内设置有第一发生器、第二发生器、蒸发器和吸收及冷凝器，在所述电动热泵内设置有蒸发器和冷凝器，其特征在于，所述发电机与所述燃气内燃机以及电动热泵连接，所述燃气内燃机的烟气出口与所述第一发生器的烟气进口相接，所述第一发生器的烟气出口与所述第一喷淋式烟气换热器的烟气进口相接，所述第一喷淋式烟气换热器的烟气出口与所述第二喷淋式烟气换热器的烟气进口相接；在制冷工况下，所述燃气内燃机的缸套水水路出口、水路进口分别与所述第二发生器的水路进口、水路出口相接；所述吸收及冷凝器的水路出口与所述地埋管换热器的水路进口相接；所述地埋管换热器的水路出口分别与所述吸收及冷凝器的水路进口、所述冷凝器的水路进口相接；所述冷凝器的水路出口与所述地埋管换热器的水路进口相接；所述吸收式热泵的蒸发器的水路出口和所述电动热泵的蒸发器的水路出口均与一供冷的供水相接；所述供冷的回水与所述吸收式热泵的蒸发器的水路进口、所述电动热泵的蒸发器的水路进口相接；所述第一喷淋式烟气换热器的水路出口、水路进口分别与所述水-水换热器的高温侧水路进口、水路出口相接；所述水-水换热器的低温侧水路出口、水路进口分别与所述蓄热水箱的水路进口、水路出口相接；所述蓄热水箱的水路出口与一生活热水的供水相接；所述生活热水的回水与所述蓄热水箱的水路进口相接；在所述蓄热水箱附近，设置将所述水-水换热器的水路出口与所述生活热水的供水相接的旁通管以及将所述生活热水的回水与所述水-水换热器的水路进口相接的旁通管。
所述吸收式热泵的蒸发器的水路出口还与所述电动热泵的蒸发器的水路进口相接。
所述水-水换热器的高温侧水路出口、水路进口还分别与所述燃气内燃机的中冷水水路进口、水路出口相接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了吸收式热泵、电动热泵和喷淋式烟气换热器,能够深度回收烟气的冷凝热，大大提高系统的能源利用效率，大幅降低排烟温度，减少污染物排放。2、本发明能够提取浅层地热，实现了化石能源与可再生能源的互补，有利于进一步提高系统的能源利用效率。3、本发明发电机组的发电通过联供系统内部消耗，用于供热、供冷，缓解了发电并网难的问题。
附图说明
图1是本发明的总体流程示意图；
图2是本发明供热工况1下的流程示意图；
图3是本发明供热工况2下的流程示意图；
图4是本发明供热工况3下的流程示意图；
图5是本发明供热工况4下的流程示意图；
图6是本发明制冷工况1下的流程示意图；
图7是本发明制冷工况2下的流程示意图；
图8是本发明制冷工况3下的流程示意图；
图9是本发明制冷工况4下的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所述，本发明包括燃气内燃机1、发电机2、吸收式热泵3、电动热泵11、第一喷淋式烟气换热器8、第二喷淋式烟气换热器9、地埋管换热器10、水-水换热器14、蓄热水箱15以及各种连接管道和阀门。在吸收式热泵3内设置有第一发生器4、第二发生器5、蒸发器6和吸收及冷凝器7。在电动热泵11内设置有蒸发器12和冷凝器13。发电机2与燃气内燃机1以及电动热泵11连接；燃气内燃机1的烟气出口与第一发生器4的烟气进口相接；第一发生器4的烟气出口与第一喷淋式烟气换热器8的烟气进口相接；第一喷淋式烟气换热器8的烟气出口与第二喷淋式烟气换热器9的烟气进口相接。
实施例1：
如图2所示，在供热工况1下，燃气内燃机1的缸套水水路出口与第二发生器5的水路进口相接；第二发生器5的水路出口与燃气内燃机1的缸套水水路进口相接；吸收式热泵3的蒸发器6的水路出口分别与第一喷淋式烟气换热器8的水路进口、地埋管换热器10的水路进口相接；第一喷淋式烟气换热器8的水路出口与吸收式热泵3的蒸发器6的水路进口相接；地埋管换热器10的水路出口分别与吸收式热泵3的蒸发器6的水路进口、电动热泵11的蒸发器12的水路进口相接；电动热泵11的蒸发器12的水路出口分别与第二喷淋式烟气换热器9的水路进口、地埋管换热器10的水路进口相接；第二喷淋式烟气换热器9的水路出口与电动热泵11的蒸发器12的水路进口相接；吸收及冷凝器7的水路出口和冷凝器13的水路出口均与一供热的供水相接；供热的回水与吸收及冷凝器7的水路进口、冷凝器13的水路进口相接；燃气内燃机1的中冷水水路出口与水-水换热器14的高温侧水路进口相接；水-水换热器14的高温侧水路出口与燃气内燃机1的中冷水水路进口相接；水-水换热器14的低温侧水路出口与蓄热水箱15的水路进口相接；蓄热水箱15的水路出口与水-水换热器14的低温侧水路进口相接；蓄热水箱15的水路出口与一生活热水的供水相接；生活热水的回水与蓄热水箱15的水路进口相接；在蓄热水箱15附近，设置将水-水换热器14的水路出口与生活热水的供水相接的旁通管16以及将生活热水的回水与水-水换热器14的水路进口相接的旁通管17。
当该系统在供热工况1下工作时，燃气内燃机1的500℃的高温烟气进入第一发生器4放热降温至170℃，再进入第一喷淋式烟气换热器8放热降温至20℃，再进入第二喷淋式烟气换热器9放热降温至10℃排入大气；燃气内燃机1的高温缸套水进入第二发生器5放热后回到燃气内燃机1。地埋管换热器10的水路分两路，一路与第一喷淋式烟气换热器8的水路并联进入吸收式热泵3的蒸发器放热，另一路与第二喷淋式烟气换热器9的水路并联进入电动热泵11的蒸发器放热。吸收式热泵3和电动热泵11并联加热热网回水供给用户。燃气内燃机1的中冷水管路与水-水换热器14的高温侧水路相接，中冷水出水进入水-水换热器14放热后回到燃气内燃机1。中冷水的多余热量通过蓄热水箱15储存，以优先利用系统废热供应生活热水。在该供热工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第十二阀门V12、第十三阀门V13、第十四阀门V14、第十五阀门V15、第十六阀门V16、第十七阀门V17、第二十一阀门V21、第二十二阀门V22、第二十五阀门V25、第二十七阀门V27、第二十八阀门V28、第二十九阀门V29、第三十阀门V30、第三十一阀门V31开启，其余阀门关闭。
实施例2：
如图3所示，供热工况2在供热工况1的基础上，增加了一条从地埋管换热器10的水路出口到第一喷淋式烟气换热器8的水路进口的管路以及位于该管路上的阀门第十八阀门V18，增加了一条从第二喷淋式烟气换热器9的水路出口到地埋管换热器10的水路进口的管路以及位于该管路上的阀门第二十六阀门V26。吸收式热泵3的蒸发器6出水依次经过地埋管换热器10和第一喷淋式烟气换热器升温后回到蒸发器6放热。电动热泵11的蒸发器12出水依次经过第二喷淋式烟气换热器9和地埋管换热器10升温后回到蒸发器12放热。该供热工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第十二阀门V12、第十三阀门V13、第十四阀门V14、第十五阀门V15、第十八阀门V18、第二十一阀门V21、第二十二阀门V22、第二十六阀门V26、第二十七阀门V27、第二十八阀门V28、第二十九阀门V29、第三十阀门V30、第三十一阀门V31开启，其余阀门关闭。
实施例3：
如图4所示，供热工况3在供热工况1的基础上，减少了燃气内燃机1与水-水换热器14之间的中冷水管路，从燃气内燃机1出来的高温缸套水分两路，一路进入吸收式热泵3的第二发生器5放热后回到燃气内燃机1，一路进入水-水换热器14放热后回到燃气内燃机1。该供热工况下的阀门开闭情况与实施例1相同。
实施例4：
如图5所示，供热工况4在供热工况2的基础上，减少了燃气内燃机1与水-水换热器14之间的中冷水管路，从燃气内燃机1出来的高温缸套水分两路，一路进入吸收式热泵3的第二发生器5放热后回到燃气内燃机1，一路进入水-水换热器14放热后回到燃气内燃机1。该供热工况下的阀门开闭情况与实施例2相同。
实施例5：
如图6所示，在制冷工况1下，燃气内燃机1的缸套水水路出口与第二发生器5的水路进口相接；第二发生器5的水路出口与燃气内燃机1的缸套水水路进口相接；吸收及冷凝器7的水路出口与地埋管换热器10的水路进口相接；地埋管换热器10的水路出口分别与吸收及冷凝器7的水路进口、冷凝器13的水路进口相接；冷凝器13的水路出口与地埋管换热器10的水路进口相接；吸收式热泵3的蒸发器6的水路出口和电动热泵11的蒸发器12的水路出口均与一供冷的供水相接；供冷的回水与吸收式热泵3的蒸发器6的水路进口、电动热泵11的蒸发器12的水路进口相接；第一喷淋式烟气换热器8的水路出口与水-水换热器14的高温侧水路进口相接；水-水换热器14的高温侧水路出口与第一喷淋式烟气换热器8的水路进口相接；水-水换热器14的低温侧水路出口与蓄热水箱15的水路进口相接；蓄热水箱15的水路出口与水-水换热器14的低温侧水路进口相接；蓄热水箱15的水路出口与一生活热水的供水相接；生活热水的回水与蓄热水箱15的水路进口相接；在蓄热水箱15附近，设置将水-水换热器14的水路出口与生活热水的供水相接的旁通管16以及将生活热水的回水与水-水换热器14的水路进口相接的旁通管17。
当该系统在制冷工况1下工作时，燃气内燃机1的500℃的高温烟气进入第一发生器4放热降温至170℃，再进入第一喷淋式烟气换热器8放热降温至30℃后经第二喷淋式烟气换热器9排入大气；燃气内燃机1的高温缸套水进入第二发生器5放热后回到燃气内燃机1。吸收式热泵3和电动热泵11并联制取冷水向用户供冷。吸收及冷凝器7出水和冷凝器13出水并联，并与地埋管换热器10的进水相接，将热量排至土壤后分别回到吸收式热泵3和电动热泵11。第一喷淋式烟气换热器8的出水进入水-水换热器14放热后，回到第一喷淋式烟气换热器8。烟气的多余热量通过蓄热水箱15储存，以优先利用系统废热供应生活热水。该供冷工况下，第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第九阀门V9、第十阀门V10、第十一阀门V11、第十九阀门V19、第二十阀门V20、第二十三阀门V23、第二十四阀门V24、第三十阀门V30、第三十一阀门V31、第三十二阀门V32、第三十三阀门V33开启，其余阀门关闭。
实施例6：
如图7所示，供冷工况2在供冷工况1的基础上，增加了一条从吸收式热泵3的蒸发器6的水路出口到电动热泵11的蒸发器12的水路进口的管路以及位于该管路上的阀门第八阀门V8，供冷回水依次经过吸收式热泵3的蒸发器6和电动热泵11的蒸发器12放热后供给制冷用户。该供冷工况下，第五阀门V5、第六阀门V6、第八阀门V8、、第十阀门V10、第十一阀门V11、第十九阀门V19、第二十阀门V20、第二十三阀门V23、第二十四阀门V24、第三十阀门V30、第三十一阀门V31、第三十二阀门V32、第三十三阀门V33开启，其余阀门关闭。
实施例7：
如图8所示，供冷工况3在供冷工况1的基础上，增加了燃气内燃机1与水-水换热器14之间的中冷水管路，燃气内燃机1的中冷水水路出口与水-水换热器14的高温侧水路进口相接；水-水换热器14的高温侧水路出口与燃气内燃机1的中冷水水路进口相接。燃气内燃机1的中冷水出水与第一喷淋式烟气换热器8的出水并联进入水-水换热器14放热后分别回到燃气内燃机1和第一喷淋式烟气换热器8。中冷水和烟气的多余热量通过蓄热水箱15储存，以优先利用系统废热供应生活热水。该供冷工况在实施例5基础上增加开启第二十八阀门V28、第二十九阀门V29。
实施例8：
如图9所示，供冷工况4在供冷工况2的基础上，增加了燃气内燃机1与水-水换热器14之间的中冷水管路，燃气内燃机1的中冷水水路出口与水-水换热器14的高温侧水路进口相接；水-水换热器14的高温侧水路出口与燃气内燃机1的中冷水水路进口相接。燃气内燃机1的中冷水出水与第一喷淋式烟气换热器8的出水并联进入水-水换热器14放热后分别回到燃气内燃机1和第一喷淋式烟气换热器8。该供冷工况在实施例6基础上增加开启第二十八阀门V28、第二十九阀门V29。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种地热能复合型燃气热电冷联供系统，包括燃气内燃机、发电机、吸收式热泵、电动热泵、第一喷淋式烟气换热器、第二喷淋式烟气换热器、地埋管热换器、水-水换热器、蓄热水箱以及各种连接管道和阀门，在所述吸收式热泵内设置有第一发生器、第二发生器、蒸发器和吸收及冷凝器，在所述电动热泵内设置有蒸发器和冷凝器，其特征在于，所述发电机与所述燃气内燃机以及电动热泵连接，所述燃气内燃机的烟气出口与所述第一发生器的烟气进口相接，所述第一发生器的烟气出口与所述第一喷淋式烟气换热器的烟气进口相接，所述第一喷淋式烟气换热器的烟气出口与所述第二喷淋式烟气换热器的烟气进口相接；
在供热工况下，所述燃气内燃机的缸套水水路出口与所述第二发生器的水路进口相接；所述第二发生器的水路出口与所述燃气内燃机的缸套水水路进口相接；所述吸收式热泵的蒸发器的水路出口分别与所述第一喷淋式烟气换热器的水路进口、所述地埋管换热器的水路进口相接；所述第一喷淋式烟气换热器的水路出口与所述吸收式热泵的蒸发器的水路进口相接；所述地埋管换热器的水路出口分别与所述吸收式热泵的蒸发器的水路进口、所述电动热泵的蒸发器的水路进口相接；所述电动热泵的蒸发器的水路出口分别与所述第二喷淋式烟气换热器的水路进口、所述地埋管换热器的水路进口相接；所述第二喷淋式烟气换热器的水路出口与所述电动热泵的蒸发器的水路进口相接；所述吸收及冷凝器的水路出口和所述冷凝器的水路出口均与一供热的供水相接；所述供热的回水与所述吸收及冷凝器的水路进口、所述冷凝器的水路进口相接；所述水-水换热器的高温侧水路出口、水路进口分别与所述燃气内燃机的中冷水或者高温缸套水水路进口、水路出口相接；所述水-水换热器的低温侧水路出口、水路进口分别与所述蓄热水箱的水路进口、水路出口相接；所述蓄热水箱的水路出口与一生活热水的供水相接；所述生活热水的回水与所述蓄热水箱的水路进口相接；在所述蓄热水箱附近，设置将所述水-水换热器的水路出口与所述生活热水的供水相接的旁通管以及将所述生活热水的回水与所述水-水换热器的水路进口相接的旁通管。
2.如权利要求1所述的一种地热能复合型燃气热电冷联供系统，其特征在于，所述地埋管换热器的水路出口还与所述第一喷淋式烟气换热器的水路进口相接；所述第二喷淋式烟气换热器的水路出口还与所述地埋管换热器的水路进口相接。
3.一种地热能复合型燃气热电冷联供系统，包括燃气内燃机、发电机、吸收式热泵、电动热泵、第一喷淋式烟气换热器、第二喷淋式烟气换热器、地埋管热换器、水-水换热器、蓄热水箱以及各种连接管道和阀门，在所述吸收式热泵内设置有第一发生器、第二发生器、蒸发器和吸收及冷凝器，在所述电动热泵内设置有蒸发器和冷凝器，其特征在于，所述发电机与所述燃气内燃机以及电动热泵连接，所述燃气内燃机的烟气出口与所述第一发生器的烟气进口相接，所述第一发生器的烟气出口与所述第一喷淋式烟气换热器的烟气进口相接，所述第一喷淋式烟气换热器的烟气出口与所述第二喷淋式烟气换热器的烟气进口相接；
在制冷工况下，所述燃气内燃机的缸套水水路出口、水路进口分别与所述第二发生器的水路进口、水路出口相接；所述吸收及冷凝器的水路出口与所述地埋管换热器的水路进口相接；所述地埋管换热器的水路出口分别与所述吸收及冷凝器的水路进口、所述冷凝器的水路进口相接；所述冷凝器的水路出口与所述地埋管换热器的水路进口相接；所述吸收式热泵的蒸发器的水路出口和所述电动热泵的蒸发器的水路出口均与一供冷的供水相接；所述供冷的回水与所述吸收式热泵的蒸发器的水路进口、所述电动热泵的蒸发器的水路进口相接；所述第一喷淋式烟气换热器的水路出口、水路进口分别与所述水-水换热器的高温侧水路进口、水路出口相接；所述水-水换热器的低温侧水路出口、水路进口分别与所述蓄热水箱的水路进口、水路出口相接；所述蓄热水箱的水路出口与一生活热水的供水相接；所述生活热水的回水与所述蓄热水箱的水路进口相接；在所述蓄热水箱附近，设置将所述水-水换热器的水路出口与所述生活热水的供水相接的旁通管以及将所述生活热水的回水与所述水-水换热器的水路进口相接的旁通管。
4.如权利要求3所述的一种地热能复合型燃气热电冷联供系统，其特征在于，所述吸收式热泵的蒸发器的水路出口还与所述电动热泵的蒸发器的水路进口相接。
5.如权利要求3或4所述的一种地热能复合型燃气热电冷联供系统，其特征在于，所述水-水换热器的高温侧水路出口、水路进口还分别与所述燃气内燃机的中冷水水路进口、水路出口相接。
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