CN105841395B - 冷量利用的热电冷汽暖淡六联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷量利用的热电冷汽暖淡六联产系统，包括海水淡化子系统、低温发电子系统、制冷空调子系统、热水蒸汽供暖子系统，所述的海水淡化子系统、低温发电子系统、制冷空调子系统、热水蒸汽供暖子系统通过管道连通在一起。由于本发明利用可储备的液化天然气作为唯一能源，同时生产热水、发电、制冷空调、蒸汽、供暖和海水淡化，功能较全，其组成设备主要包括热交换器、膨胀机和泵，不需要常规CCHP技术所要求的燃气轮机、溴化锂吸收式制冷机等，LNG冷量得到了充分利用，能源的综合阶梯利用系数高，具有投资省、操控简单、能效比高等优点。

Description

冷量利用的热电冷汽暖淡六联产系统

技术领域

本发明涉及热能领域，特别是涉及一种冷量利用的热电冷汽暖淡六联产系统。

背景技术

通常的液化天然气（LNG）多存储在112K、压力为0.1Mpa左右的低温储罐内，其密度为标准状态下甲烷的600多倍，体积能量密度为汽油的72%，十分有利于输送和储存。每生产一吨LNG的动力及公用设施耗电量约为850kWh，而在LNG用户终端，一般又需将LNG通过汽化器气化后使用，气化时放出很大的冷量，其值大约为830kJ/kg（包括液态天然气的汽化潜热和气态天然气从储存温度复温到环境温度的显热）。这一部分冷能通常在天然气汽化器中随海水或空气被舍弃了，造成了能源的浪费。国外已对LNG冷能的应用展开了广泛研究，并在低温发电、冷冻食品及空气液化等方面达到实用化程度，经济效益和社会效益非常明显。

一套热电冷（热水、发电、制冷）三联供系统，由燃气机燃烧、汽轮机发电，尾气余热充分利用将循环水加热成蒸汽后驱动一台溴化锂吸收式制冷机，溴化锂吸收式制冷机出口回水/汽的热量可以在回汽冷却器中被冷却水带走一部分以提供生活用热水。通过空调箱设置制冷或加热热交换器，可以方便地实施空调制冷或采暖。随着战略分布式能源的发展需求，这种三联供用能系统一定会有较大幅度的发展。由于实现了高效能量综合利用，小型系统也将成为未来复合能量利用系统的发展热点，但其发展的关键受限于小型燃气轮机或热气机的设计制造技术，以及小型溴化锂吸收式制冷系统制造技术有新的突破，从而使得单位功率集成能源系统的投资价格达到可以接受的程度。

近几十年来，全球人口的快速增长和工业化的快速发展造成了严重的能源短缺、淡水短缺和环境污染。有必要对经济和高效节能的复合能量系统进行耦合集成，尤其要充分考虑LNG的冷量利用和能源的综合阶梯利用。

液化天然气作为低温燃料，在气化时需要吸收大量的热量。LNG的这部分冷量可以被其它工艺过程有效地利用，可用于空分、发电、制造干冰、低温冷库、汽车空调、蓄冷装置等领域。LNG冷量的利用是气态天然气应用中所没有的。气态天然气是高品质能源，价格较高。为了降低能源供应成本，提高天然气能源利用率，就必须考虑能源的综合阶梯利用。热电冷联产（CCHP）是唯一合理和现实的途径。CCHP技术包括：先进的燃气涡轮机、微型涡轮机，燃料电池，吸收式制冷机，热泵，控制及系统集成技术，能源回收及电动驱动系统，热能的储存及传输技术等。CCHP系统可同时提供电力、制冷或供暖、卫生热水或其他用途的热能。目前，国内外对以上两个方向的研究是独立展开的，没有对系统进行集成和配套研究，形成真正意义上的LNG热电冷联产系统，这势必影响了液化天然气的综合能源利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能较全、能效比高、实施简单可靠的冷量利用的热电冷汽暖淡六联产系统。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种冷量利用的热电冷汽暖淡六联产系统，包括海水淡化子系统、低温发电子系统、制冷空调子系统、热水蒸汽供暖子系统；

所述的海水淡化子系统包括第一换热器、结晶器、海水/冰晶分离器、洗涤融化器；所述的第一换热器的第一出口通过管道与结晶器进口连通，结晶器的出口通过管道与海水/冰晶分离器的进口连通，海水/冰晶分离器设有两个出口，一个出口为浓海水出口，另一个出口为淡水出口，该淡水出口通过管道与洗涤融化器的进口连通，洗涤融化器的出口排出淡水，结晶器与液化天然气管道连通，结晶器的冷量由液化天然气提供；

所述的低温发电子系统包括膨胀机、丙烷冷凝器、丙烷泵、第一换热器；所述的膨胀机的出口通过管道与丙烷冷凝器的进口连通，丙烷冷凝器的出口通过管道与丙烷泵的进口连通，丙烷泵的出口通过管道与第一换热器的进口连通，第一换热器的第二出口与膨胀机的进口连通；丙烷冷凝器与液化天然气管道连通，丙烷冷凝器的冷量由液化天然气提供；

所述的制冷空调子系统包括制冷空调器、第二换热器；所述的制冷空调器的出口通过管道与第二换热器的进口连通，第二换热器的第一出口通过管道与制冷空调器的进口连通；第二换热器与液化天然气管道连通，第二换热器的冷量由液化天然气提供；

所述的热水蒸汽供暖子系统包括LNG储罐、LNG泵、丙烷冷凝器、结晶器、第二换热器、发生器、第三换热器、分离器、供暖器、蒸汽用户、吸收器、水泵；所述的LNG储罐、LNG泵、丙烷冷凝器、结晶器、第二换热器依次通过管道连通，第二换热器的第二出口与发生器的进口连通，发生器设有两个出口，一个出口通过管道与第三换热器连通，另一个出口通过管道与分离器连通，分离器的出口分为两路，一路通过管道与供暖器的进口连通，另一路通过管道与蒸汽用户的进口连通，供暖器的出口和蒸汽用户的出口皆通过管道与吸收器的进口连通，吸收器的出口通过管道与发生器的进口连通。

采用上述方案后，本发明具有以下优点：

1、利用可储备的液化天然气作为唯一能源，同时生产热水、发电、制冷空调、蒸汽、供暖和海水淡化，其中海水淡化包括制冰和淡水，功能较全。

2、组成设备简单，主要包括热交换器、膨胀机和泵，不需要常规CCHP技术所要求的燃气轮机、溴化锂吸收式制冷机等，投资省，操控简单。

3、LNG冷量得到了充分利用，能源的综合阶梯利用系数高，这些体现在低温发电、海水淡化和制冷空调上，LNG依次流经丙烷冷凝器、结晶器和第二换热器，其出口LNG的温度依次升高。

4、LNG高达55700KJ/Kg的发热量得到了充分利用，这体现在热水、蒸汽和供暖上，其中热水是利用了排烟的余热，能效比高。

5、系统运行不需要消耗额外的电能、热能和机械能，这些能源依靠系统本身可以自给自足，运行成本仅为LNG的消耗，运行成本低。

6、本发明的实施简单、可靠，相比传统的CCHP技术或者小型复合能量系统关键待突破的技术，本发明无需复杂的设备技术或者控制技术。

7、冷量利用的热电冷汽暖淡六联产系统适合于离岛、孤岛和远离大陆的海岛，可以提供日常生活、工作所需要的热水、电能、制冷空调、蒸汽、采暖和饮用淡水，也可以同时供给远洋渔船的冷藏保鲜用冰。需要强调的是以上各项产出是同时生产、同时提供。

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是本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种冷量利用的热电冷汽暖淡六联产系统，包括海水淡化子系统1、低温发电子系统2、制冷空调子系统3、热水蒸汽供暖子系统4。

所述的海水淡化子系统1包括第一换热器11、结晶器12、海水/冰晶分离器13、洗涤融化器14。所述的第一换热器11的第一出口通过管道与结晶器12进口连通，结晶器12的出口通过管道与海水/冰晶分离器13的进口连通，海水/冰晶分离器13设有两个出口，一个出口为浓海水出口，另一个出口为淡水出口，该淡水出口通过管道与洗涤融化器14的进口连通，洗涤融化器14的出口排出淡水，结晶器12与液化天然气管道连通，结晶器12的冷量由液化天然气提供。

所述的低温发电子系统2包括膨胀机21、丙烷冷凝器22、丙烷泵23、第一换热器11；所述的膨胀机21的出口通过管道与丙烷冷凝器22的进口连通，丙烷冷凝器22的出口通过管道与丙烷泵23的进口连通，丙烷泵23的出口通过管道与第一换热器11的进口连通，第一换热器11的第二出口与膨胀机21的进口连通；丙烷冷凝器22与液化天然气管道连通，丙烷冷凝器22的冷量由液化天然气提供。

所述的制冷空调子系统3包括制冷空调器31、第二换热器32。所述的制冷空调器31的出口通过管道与第二换热器32的进口连通，第二换热器32的第一出口通过管道与制冷空调器31的进口连通；第二换热器32与液化天然气管道连通，第二换热器32的冷量由液化天然气提供。

所述的热水蒸汽供暖子系统4包括LNG储罐41、LNG泵42、丙烷冷凝器22、结晶器12、第二换热器32、发生器43、第三换热器44、分离器45、供暖器46、蒸汽用户47、吸收器48、水泵49。所述的LNG储罐41、LNG泵42、丙烷冷凝器22、结晶器12、第二换热器32依次通过管道连通，第二换热器32的第二出口与发生器43的进口连通，发生器43设有两个出口，一个出口通过管道与第三换热器44连通，另一个出口通过管道与分离器45连通，分离器45的出口分为两路，一路通过管道与供暖器46的进口连通，另一路通过管道与蒸汽用户47的进口连通，供暖器46的出口和蒸汽用户47的出口皆通过管道与吸收器48的进口连通，吸收器48的出口通过管道与发生器43的进口连通。

本发明的工作原理：

1、海水淡化：海水经过第一换热器11与丙烷热交换降温后进入结晶器12，海水降温形成冰晶；海水夹杂冰晶进入海水/冰晶分离器13，海水与冰晶分离；冰晶进入冰晶洗涤融化器14，利用淡水对冰晶进行洗涤，然后使冰晶融化成淡水；获得淡水。结晶器12里的冷量由液化天然气提供。

2、低温发电：膨胀机21出口的低压丙烷蒸气经过丙烷冷凝器22与液化天然气热交换降温冷凝成液体，通过丙烷泵23加压后进入第一换热器11与海水热交换升温气化成丙烷蒸气，随后经过膨胀机21膨胀降压做功驱动发电机发电。丙烷冷凝器22里的冷量由液化天然气提供。

3、制冷空调：制冷空调器31出口的冷媒水流经第二换热器32与结晶器12管程出口的液化天然气热交换降温后，进入制冷空调器31为冷却室内空气提供冷源。

4、热水、蒸汽和供暖：LNG供给于LNG储罐41储备，由LNG泵42加压送入丙烷冷凝器22与丙烷蒸气热交换升温后，进入结晶器12与第一换热器11出口的海水热交换升温后，送入第二换热器32与制冷空调器31出口的冷媒水热交换进一步升温后完全变成气态天然气（NG），天然气进入发生器43燃烧室燃烧，加热水变成高温高压的蒸汽，蒸汽经过分离器45分离成两路：一路提供给供暖器46供暖，冷凝下来的水流入吸收器48；另一路直接提供给蒸汽用户47使用，使用后的冷凝水也流入吸收器48。吸收器48里的汇集水经水泵49加压后送入发生器43。发生器43燃烧室出口的排烟经过第三换热器44与冷水热交换后排出，冷水吸收排烟余热升温成生活热水。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，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，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (1)

1.一种冷量利用的热电冷汽暖淡六联产系统，其特征在于：包括海水淡化子系统、低温发电子系统、制冷空调子系统、热水蒸汽供暖子系统；

所述的海水淡化子系统包括第一换热器、结晶器、海水/冰晶分离器、洗涤融化器；所述的第一换热器的第一出口通过管道与结晶器进口连通，结晶器的出口通过管道与海水/冰晶分离器的进口连通，海水/冰晶分离器设有两个出口，一个出口为浓海水出口，另一个出口为淡水出口，该淡水出口通过管道与洗涤融化器的进口连通，洗涤融化器的出口排出淡水，结晶器与液化天然气管道连通，结晶器的冷量由液化天然气提供；

所述的低温发电子系统包括膨胀机、丙烷冷凝器、丙烷泵、第一换热器；所述的膨胀机的出口通过管道与丙烷冷凝器的进口连通，丙烷冷凝器的出口通过管道与丙烷泵的进口连通，丙烷泵的出口通过管道与第一换热器的进口连通，第一换热器的第二出口与膨胀机的进口连通；丙烷冷凝器与液化天然气管道连通，丙烷冷凝器的冷量由液化天然气提供；

所述的制冷空调子系统包括制冷空调器、第二换热器；所述的制冷空调器的出口通过管道与第二换热器的进口连通，第二换热器的第一出口通过管道与制冷空调器的进口连通；第二换热器与液化天然气管道连通，第二换热器的冷量由液化天然气提供；

所述的热水蒸汽供暖子系统包括LNG储罐、LNG泵、丙烷冷凝器、结晶器、第二换热器、发生器、第三换热器、分离器、供暖器、蒸汽用户、吸收器、水泵；所述的LNG储罐、LNG泵、丙烷冷凝器、结晶器、第二换热器依次通过管道连通，第二换热器的第二出口与发生器的进口连通，发生器设有两个出口，一个出口通过管道与第三换热器连通，另一个出口通过管道与分离器连通，分离器的出口分为两路，一路通过管道与供暖器的进口连通，另一路通过管道与蒸汽用户的进口连通，供暖器的出口和蒸汽用户的出口皆通过管道与吸收器的进口连通，吸收器的出口通过管道与发生器的进口连通。