CN105909329A - 大型内燃机冷热电三联供优化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型内燃机冷热电三联供优化系统，其内燃机向供热系统提供余热水，向余热锅炉提供余热烟气和余热水，余热锅炉向汽轮发电机提供过热蒸汽，汽轮发电机向电制冷机提供电力，余热水还提供给制冷系统。本发明利用燃气燃烧做功产生高品位电能，通过溴化锂机组产生冷冻水，通过换热器产生热水为用户供暖，通过余热锅炉，产生蒸汽，驱动汽轮机及发电机进行发电；能源利用率高达92％以上。

Description

大型内燃机冷热电三联供优化系统

技术领域

本发明涉及内燃机冷热电三联供技术，具体地，涉及大型内燃机冷热电三联供优化系统。

背景技术

随着全球变暖和化石能源枯竭等环境问题的加重，提高能源利用效率、改变能源结构对我国而言非常重要。国家在“十三五”发展规划纲要中明确指出：加快发展风能、太阳能、生物质能、水能、地热能，安全高效发展核电；加强储能和智能电网建设，发展分布式能源，推行节能低碳电力调度。

目前利用内燃机进行冷热电三联供的分布式能源应用较多，技术也非常成熟，大都是和电网并网运行。传统分布式三联供的工艺流程为：燃气在内燃机中燃烧做功，驱动发电机发电，300℃以上的高温烟气和90℃左右的轴套水通过吸收式制冷机组产生冷量，或进入供热系统进行供热。其综合利用效率大约为80％左右，能源利用率不高，且传统的三联供对季节性变化供能的适应性低，比如：在冬季，因冷量需求不足，导致内燃机发电机组无法正常运行，从而大大影响系统的稳定性，因此有必要对其原有的系统进行优化，从而提供其运行的稳定性和灵活性。

经检索，发现如下相关检索结果。

相关检索结果1：

申请(专利)号：CN201520401479.X名称：一种燃气三联供系统的中冷水余热利用系统

摘要：该专利文献公开了一种燃气三联供系统的中冷水余热利用系统，它包括：燃气发电机组，散热水箱，换热装置，在燃气发电机组的中冷水出水管道上连接生活热水换热功能电动三通调节阀的第一端，生活热水换热功能电动三通调节阀的第二端与换热装置的进水管道连接，该生活热水换热功能电动三通调节阀的第三端通过连接管道与散热水箱功能电动调节阀第一端连接，换热装置的出水管道与连接管道连接，该散热水箱功能电动调节阀第三端与散热水箱的进水管连接。

技术要点比较：

该专利文献主要阐述燃气三联供系统的中冷水余热利用系统，节约了生活热水加热成本与中冷水散热成本。而本发明优化提高了整体系统能源利用效率，降低冷电负荷不匹配而导致的停机事件发生率。

相关检索结果2：

申请(专利)号：CN201010219570.1名称：一种四联供系统

摘要：该专利文献提供一种四联供系统，包括燃气三联供中心和数据中心，所述燃气三联供中心与数据中心相连，并向所述数据中心提供冷能和电能，在所述燃气三联供中心正常工作时，所述数据中心从燃气三联供中心获得电能；所述四联供系统通过其中的数据中心向四联供系统外部的用户提供信息服务，并通过所述燃气三联供中心向四联供系统外部的用户提供热能、冷能和电能。

技术要点比较：

该专利文献是阐述传统燃气三联供中心和数据中心之间的相互配合运行，具有降低碳排放量的作用。而本发明主要对传统的燃气三联供系统进行优化，达到提高综合能源利用率的效果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大型内燃机冷热电三联供优化系统。

根据本发明提供的一种大型内燃机冷热电三联供优化系统，包括内燃机、集中供热系统、余热锅炉、汽轮发电机、电制冷机以及制冷系统；

内燃机的第一缸套水管路出口连接集中供热系统的换热器热流路通道入口；集中供热系统的换热器热流路通道出口连接内燃机的第一缸套水管路入口；

内燃机的烟气出口连接余热锅炉的第一换热器热流路通道入口；余热锅炉的第一换热器热流路通道出口连接余热锅炉的第二换热器热流路通道入口；余热锅炉的第二换热器热流路通道出口延伸至余热锅炉的外部形成排烟口；

余热锅炉的第一换热器冷流路通道入口为进水口；余热锅炉的第一换热器冷流路通道出口为蒸汽排出口并连接至汽轮发电机的蒸汽输入口；汽轮发电机的电力输出线连接至电制冷机的电源接口；

内燃机的第二缸套水管路出口连接余热锅炉的第二换热器冷流路通道入口；余热锅炉的第二换热器冷流路通道出口连接至制冷系统的换热器热流路通道入口；制冷系统的换热器热流路通道出口连接内燃机的第二缸套水管路入口。

优选地，制冷系统采用热水型溴化锂吸收式冷水机组。

优选地，内燃机的第一缸套水管路、第二缸套水管路为彼此独立的管道。

优选地，内燃机的第一缸套水管路、第二缸套水管路经过内燃机内部的不同部位。

优选地，内燃机的第一缸套水管路的管壁吸热面积小于内燃机的第二缸套水管路的管壁吸热面积。

优选地，内燃机的第一缸套水管路出口的出水温度低于内燃机的第二缸套水管路出口的出水温度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、利用燃气燃烧做功产生高品位电能；

2、利用内燃机的第一缸套水(90℃热水)，通过溴化锂机组产生冷冻水；

3、利用内燃机的第二缸套水(53℃热水)，通过换热器产生热水为用户供暖；

4、利用内燃机的余热烟气(375℃高温尾气)，通过余热锅炉，产生蒸汽，驱动汽轮机及发电机进行发电；

5、本发明所提供系统的能源利用率高达92％以上。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的大型内燃机冷热电三联供优化系统的结构图。

图中：

1-内燃机

2-集中供热系统

3-余热锅炉

4-汽轮发电机

5-电制冷机

6-制冷系统

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种大型内燃机冷热电三联供优化系统，包括内燃机1、集中供热系统2、余热锅炉3、汽轮发电机4、电制冷机5以及制冷系统6；

内燃机1的第一缸套水管路出口连接集中供热系统2的换热器热流路通道入口；集中供热系统2的换热器热流路通道出口连接内燃机1的第一缸套水管路入口；

内燃机1的烟气出口连接余热锅炉3的第一换热器热流路通道入口；余热锅炉3的第一换热器热流路通道出口连接余热锅炉3的第二换热器热流路通道入口；余热锅炉3的第二换热器热流路通道出口延伸至余热锅炉3的外部形成排烟口；

余热锅炉3的第一换热器冷流路通道入口为进水口；余热锅炉3的第一换热器冷流路通道出口为蒸汽排出口并连接至汽轮发电机4的蒸汽输入口；汽轮发电机4的电力输出线连接至电制冷机5的电源接口；

内燃机1的第二缸套水管路出口连接余热锅炉3的第二换热器冷流路通道入口；余热锅炉3的第二换热器冷流路通道出口连接至制冷系统6的换热器热流路通道入口；制冷系统6的换热器热流路通道出口连接内燃机1的第二缸套水管路入口。

制冷系统6采用热水型溴化锂吸收式冷水机组。内燃机1的第一缸套水管路、第二缸套水管路为彼此独立的管道。内燃机1的第一缸套水管路、第二缸套水管路经过内燃机1内部的不同部位，从而得到温度高低的两种不同温度的余热水。内燃机1的第一缸套水管路的管壁吸热面积小于内燃机1的第二缸套水管路的管壁吸热面积。内燃机1的第一缸套水管路出口的出水温度低于内燃机1的第二缸套水管路出口的出水温度，例如，第一缸套水管路出口的出水温度为53℃，第二缸套水管路出口的出水温度为90℃。

在一个举例中，以图1为例，目前大型内燃机单台可发电9000kW以上，以9340型为例，天然气在内燃机内燃烧做功发电量9340kW，输出能量有以下三种：

-180m³/h、温度53℃的热水；

-53400kg/h、375℃的高温烟气；

-180m³/h、温度90℃的热水。

为了优化利用高温烟气及低温热水，本发明采用的创新性优化的工艺流程和旧有的工艺流程有着本质的区别。

传统的内燃机冷热电三联供的工艺流程如下：

1、180m³/h、温度53℃的热水直接通过冷却塔进行降温。

2、53400kg/h、375℃的高温烟气和180m³/h、温度90℃的热水直接进入烟气热水型溴化锂机组进行制冷。

传统的内燃机冷热电三联供的缺点：

1、排烟温度较高约140℃～160℃，导致内燃机的能源可利用率不到80％。

2、因季节原因导致用冷负荷变化较大，当用冷负荷较低时，导致较多的热资源浪费，或系统无法运行而停机。

而本发明提供的大型内燃机冷热电三联供优化系统的工艺流程图详见图1。其主要优化点有以下三点：

1、180m³/h、温度53℃热水在冬季可以进入换热器进行集中供热，不需要供热时通过冷却塔进行降温。

2、53400kg/h、375℃的高温烟气进入余热锅炉，产生5.1t/h、220℃的低压饱和蒸汽，输入汽轮机做功发电800kW，如冷量需求大时，再通过电制冷机提供冷量。不需要冷量时，800kW可直接上网。

3、考虑到余热锅炉的排烟温度较高(约160℃)，可在余热锅炉后面增加低温热交换器，用160℃的余热锅炉烟气加热180m³/h、温度90℃的热水，提高热水温度至95℃，然后再将180m³/h、温度95℃热水输入热水型溴化锂型机组产生冷量，从而提高溴化锂型机组的COP值。这时余热锅炉烟气的排放温度降至98℃，极大提高系统的能源可利用率。

进一步地，如果53℃的热水也被用来供热，本发明系统的整体能源利用效率高达92％，如果53℃的热水没有被利用，本发明系统的整体能源利用效率也可达84％，远远高于传统的工艺系统；本发明系统在应用中的冷量及电量易于合理分配，当冷量需求小时，可增加系统的发电量，从而克服传统系统的缺点。

其中，内燃机1的第一缸套水管路出口向集中供热系统2的换热器热流路通道入口提供180m³/h、温度53℃的热水；集中供热系统2的换热器热流路通道出口向内燃机1的第一缸套水管路入口提供温度45℃的水；内燃机1的烟气出口向余热锅炉3的第一换热器热流路通道入口提供53400kg/h、375℃的高温烟气；余热锅炉3的第二换热器热流路通道出口延伸至余热锅炉3的外部形成排烟口，以排放98℃的烟气；余热锅炉3的第一换热器冷流路通道出口向汽轮发电机4的蒸汽输入口提供220℃的蒸汽；内燃机1的第二缸套水管路出口向余热锅炉3的第二换热器冷流路通道入口提供180m³/h、温度90℃的热水；余热锅炉3的第二换热器冷流路通道出口向制冷系统6的换热器热流路通道入口提供180m³/h、温度95℃的热水；制冷系统6的换热器热流路通道出口向内燃机1的第二缸套水管路入口提供温度76℃的水。

在一个具体实施方式中，冬季集中供热：内燃机在工作时产生180m³/h、温度53℃的缸套热水，可通过循环泵，将此热水打入换热器中和循环供热介质进行热交换，达到集中供热的功能，不仅利用了缸套热水，还减少了冷却设备的运行费用。

在一个具体实施方式中，余热锅炉结合汽轮发电机：53400kg/h、375℃的高温烟气直接进入余热锅炉产生5.1t/h、220℃的低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽推动蒸汽汽轮机发电800kW，可以和9340kW的电量一起并入国家电网，也可以通过电制冷机组产生冷量。这时烟气温度可降至160℃，再和180m³/h、温度90℃的热水进行热交换，烟气温度降至98℃后排入大气，90℃的热水温度可升至95℃。

在一个具体实施方式中，制冷系统：180m³/h、温度95℃的热水通过循环水泵打入热水型溴化锂机组产生2782kW的冷量，温度降至76℃又回到内燃机冷却气缸。如果热水型溴化锂机组满足不了外界的需求，可以增加相应的电制冷机组。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种大型内燃机冷热电三联供优化系统，其特征在于，包括内燃机(1)、集中供热系统(2)、余热锅炉(3)、汽轮发电机(4)、电制冷机(5)以及制冷系统(6)；

内燃机(1)的第一缸套水管路出口连接集中供热系统(2)的换热器热流路通道入口；集中供热系统(2)的换热器热流路通道出口连接内燃机(1)的第一缸套水管路入口；

内燃机(1)的烟气出口连接余热锅炉(3)的第一换热器热流路通道入口；余热锅炉(3)的第一换热器热流路通道出口连接余热锅炉(3)的第二换热器热流路通道入口；余热锅炉(3)的第二换热器热流路通道出口延伸至余热锅炉(3)的外部形成排烟口；

余热锅炉(3)的第一换热器冷流路通道入口为进水口；余热锅炉(3)的第一换热器冷流路通道出口为蒸汽排出口并连接至汽轮发电机(4)的蒸汽输入口；汽轮发电机(4)的电力输出线连接至电制冷机(5)的电源接口；

内燃机(1)的第二缸套水管路出口连接余热锅炉(3)的第二换热器冷流路通道入口；余热锅炉(3)的第二换热器冷流路通道出口连接至制冷系统(6)的换热器热流路通道入口；制冷系统(6)的换热器热流路通道出口连接内燃机(1)的第二缸套水管路入口。

2.根据权利要求1所述的大型内燃机冷热电三联供优化系统，其特征在于，制冷系统(6)采用热水型溴化锂吸收式冷水机组。

3.根据权利要求1所述的大型内燃机冷热电三联供优化系统，其特征在于，内燃机(1)的第一缸套水管路、第二缸套水管路为彼此独立的管道。

4.根据权利要求3所述的大型内燃机冷热电三联供优化系统，其特征在于，内燃机(1)的第一缸套水管路、第二缸套水管路经过内燃机(1)内部的不同部位。

5.根据权利要求3所述的大型内燃机冷热电三联供优化系统，其特征在于，内燃机(1)的第一缸套水管路的管壁吸热面积小于内燃机(1)的第二缸套水管路的管壁吸热面积。

6.根据权利要求1所述的大型内燃机冷热电三联供优化系统，其特征在于，内燃机(1)的第一缸套水管路出口的出水温度低于内燃机(1)的第二缸套水管路出口的出水温度。