CN106369873A - 一种燃气机热泵烟气余热回收系统 - Google Patents

一种燃气机热泵烟气余热回收系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃气机热泵烟气余热回收系统，包括：燃气驱动系统、水源热泵系统、余热回收系统及末端供能系统；其中：所述燃气驱动系统，用于驱动所述水源热泵系统工作；所述水源热泵系统，用于提取水源侧的热量为末端用户供暖；所述余热回收系统，用于回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量；所述末端供能系统，用于利用所述余热回收系统回收的热量为末端用户供冷。因此采用本发明方案可以利用燃气和水源侧的能量同时为末端用户进行供暖与供冷。

Description

一种燃气机热泵烟气余热回收系统
技术领域
本发明涉及节能技术领域，特别涉及一种燃气机热泵烟气余热回收系统。
背景技术
随着我国经济的发展，出现了许多大型建筑物，如写字楼、商场、超市、航站楼等。在冬季与过渡季节，外区受围护结构传热的影响，一般需要供热，而内区基本不受建筑外围护结构的影响，其负荷主要为灯光、设备、人体的散热形成的空调冷负荷，即建筑中同时存在热负荷与冷负荷。《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)中规定此类建筑的内外区宜分设空调系统，同时满足内外区的冷负荷与热负荷需求。
对于同时有冷负荷与热负荷需求的大型公共建筑，若采用传统的电制冷机供冷，增加高品位能源的消耗。
现有技术的不足在于：在同时存在冷负荷和热负荷时，采用传统的电制冷机供冷，增加高品位能源的消耗。
发明内容
本发明提供了一种燃气机热泵烟气余热回收系统，用以利用燃气和水源侧的能量同时为末端用户进行供暖与供冷。
本发明实施例提供一种燃气机热泵烟气余热回收系统，包括：燃气驱动系统、水源热泵系统、余热回收系统及末端供能系统；其中：
所述燃气驱动系统，用于驱动所述水源热泵系统工作；
所述水源热泵系统，用于提取水源侧的热量为末端用户供暖；
所述余热回收系统，用于回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量；
所述末端供能系统，用于利用所述余热回收系统回收的热量为末端用户供冷。
较佳地，所述余热回收系统包括余热锅炉，所述余热锅炉用于回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量。
较佳地，所述余热回收系统进一步包括气水换热器，用于回收所述余热锅炉排放的烟气的热量。
较佳地，所述气水换热器设置于水源侧。
较佳地，所述末端供能系统包括吸收式制冷机组，所述吸收式制冷机组利用蒸汽制冷，所述蒸汽为所述余热锅炉回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量后产出的蒸汽。
较佳地，所述末端供能系统进一步包括电制冷机组，用于当所述吸收式制冷机组利用蒸汽制冷不能满足末端用户冷负荷需求时，作为调峰设备为末端用户供冷。
较佳地，所述末端供能系统进一步包括汽水换热器，用于当所述水源热泵系统提取水源侧的热量为末端用户供暖不能满足末端用户热负荷需求时，作为调峰设备为末端用户进行供暖。
较佳地，所述余热回收系统进一步包括水水换热器，用于回收燃气机缸套冷却水的热量。
较佳地，所述水水换热器设置于水源侧。
本发明有益效果如下：
在本发明实施例提供的技术方案中，燃气机热泵烟气余热回收系统包括：燃气驱动系统、水源热泵系统、余热回收系统及末端供能系统，燃气驱动系统的一部分能量用于驱动水源热泵系统工作，水源热泵系统提取水源侧的热量为末端用户供暖；还有一部分以烟气余热的形式释放，余热回收系统用于回收燃气驱动系统排放的烟气的热量，末端供能系统利用余热回收系统回收的热量为末端用户供冷，因此采用本方案可以利用燃气和水源侧的能量同时为末端用户进行供暖与供冷。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中燃气机热泵烟气余热回收系统示意图；
图2为本发明实施例中燃气机热泵烟气余热回收系统工艺流程图；
图3为本发明实施例中燃气机热泵烟气余热回收系统具体实施流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
发明人在发明过程中注意到：
燃气机热泵是一种以燃气(通常是天然气)发动机驱动的压缩式热泵装置，其以天然气为能量输入，实现向末端用户供冷或供热的目的。燃气机热泵具有一次能源利用率高、低温适应性强、部分负荷性好等优点。
对于同时有冷负荷与热负荷需求的大型公共建筑，若采用传统的电制冷机供冷，增加高品位能源的消耗。而在燃气机热泵系统中，燃气机余热量大，品味高，可以利用燃气机余热进行供冷。
另外，燃气机热泵由燃气机直接驱动，燃料燃烧的能量除一部分有用功驱动压缩机运转外，其余60％～80％热量均以余热的形式释放。为了实现能量的梯级利用，现有的余热回收装置主要包括燃气机缸套冷却水和排烟余热回收两部分。燃气机缸套余热以冷却水为介质，水温一般为80℃左右；排烟余热以烟气为介质，为530℃左右。传统的烟气余热利用方式多以加热用户侧循环水的方式进行，不利于能量的梯级利用。同时在冬季工况下，水源侧水温较低不利于热泵系统的高效运行。
基于此，本发明实施例中提供了一种燃气机热泵烟气余热回收的方案，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
图1为燃气机热泵烟气余热回收系统示意图，如图所示，系统中可以包括：燃气驱动系统101、水源热泵系统102、余热回收系统103及末端供能系统104；其中：
所述燃气驱动系统，用于驱动所述水源热泵系统工作；
所述水源热泵系统，用于提取水源侧的热量为末端用户供暖；
所述余热回收系统，用于回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量；
所述末端供能系统，用于利用所述余热回收系统回收的热量为末端用户供冷。
对于燃气驱动系统101，可以包括燃气机，是系统的能量输入端。一定压力的燃气与空气在燃气机燃烧后，一部分能量用来驱动水源热泵系统工作，还有一部分能量通过烟气余热的形式进行释放。
对于水源热泵系统102，可以包括压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器以及循环水泵等设备，是系统的能量转换站。供暖时，从水源中提取低品位热能，通过少量的高位电能输入，将低品位热能转移为高品位热能进行供暖。
水源热泵系统供暖的具体工作原理为：
水源热泵系统供暖时，水源为该系统的吸热源，制冷剂在蒸发器内吸取水源的热量蒸发，制冷剂再经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，进入冷凝器，加热循环水制取45度到50度(最高可达60度)的热水进行供暖。
下面对余热回收系统103的结构以及工作原理进行详细说明。
实施中，所述余热回收系统包括余热锅炉，所述余热锅炉用于回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量。
具体的，余热回收系统可以包括余热锅炉，余热锅炉回收燃气机排出的高温烟气。
实施中，所述余热回收系统进一步包括气水换热器，用于回收所述余热锅炉排放的烟气的热量。
具体的，余热锅炉回收燃气机排出的高温烟气的热量后会排出低温烟气，余热锅炉排放的低温烟气仍有很高的利用价值。余热回收系统还可以包括气水换热器，用于回收这部分热量，以实现能量的梯级利用。
实施中，所述气水换热器设置于水源侧。
具体的，在水源侧增设气水换热器，将余热锅炉排放的烟气与水源侧供水进行换热，提高了蒸发器的进水温度，解决了在冬季工况下水源侧水温较低导致的水源热泵系统运行效率降低的问题。
首先余热锅炉吸收燃气机排放的烟气的热量，再经过气水换热器进一步吸收余热锅炉排放的烟气的热量，实现了燃气机热泵烟气余热的梯级回收利用。
实施中，所述余热回收系统进一步包括水水换热器，用于回收燃气机缸套冷却水的热量。
具体的，余热回收包括燃气缸套冷却水和排烟余热回收两部分，余热回收系统还可以包括水水换热器，用于回收燃气缸套冷却水余热。
实施中，所述水水换热器设置于水源侧。
具体的，在水源侧增设水水换热器，将燃气缸套冷却水与水源侧供水进行换热，提高了蒸发器的进水温度，进一步提高了水源热泵系统的运行效率。
接下来对末端供能系统104的结构以及工作原理进行详细说明。
末端供能系统104可以包括供冷系统和供暖系统。
对于供冷系统，实施中，所述末端供能系统包括吸收式制冷机组，所述吸收式制冷机组利用蒸汽制冷，所述蒸汽为所述余热锅炉回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量后产出的蒸汽。
具体的，末端供能系统包括吸收式制冷机组，余热锅炉产出一定压力的蒸汽，吸收式制冷机组利用该蒸汽制冷供给末端用户，满足建筑冷负荷需求。
实施中，所述末端供能系统还可以进一步包括电制冷机组，用于当所述吸收式制冷机组利用蒸汽制冷不能满足末端用户冷负荷需求时，作为调峰设备为末端用户供冷。
具体的，末端供能系统还可以包括电制冷机组，当吸收式制冷机组不能满足建筑冷负荷需求时，可将电制冷机组作为调峰设备启动运行共同满足建筑冷负荷需求。
对于供暖系统，实施中，所述末端供能系统还可以进一步包括汽水换热器，用于当所述水源热泵系统提取水源侧的热量为末端用户供暖不能满足末端用户热负荷需求时，作为调峰设备为末端用户进行供暖。
具体的，末端供能系统还可以包括汽水换热器，当水源热泵系统不能满足建筑热负荷需求时，汽水换热器作为调峰设备启动运行共同满足建筑热负荷需求。
对于上述燃气机热泵烟气余热回收系统，首先燃气驱动系统与水源热泵系统为末端用户供暖，然后利用燃气驱动系统排放的烟气余热为末端用户供冷，实现了能量的梯级利用，其优势主要体现在：
(1)在烟气余热利用方面，燃气机排放的烟气首先经过余热锅炉吸收部分热量，再经热泵系统的水源侧气水换热器进一步吸收烟气的热量，实现了烟气余热的梯级利用。
(2)在供暖系统与供冷系统运行稳定性方面，将汽水换热器作为供暖系统调峰设备，保障冬季供暖系统的稳定运行；同时，可将电制冷机作为供冷系统的调峰设备，保障供冷系统的稳定运行。
(3)在水源热泵系统运行效率方面，将余热锅炉排放的烟气与水源热泵系统水源侧供水进行换热，提高了蒸发器的进水温度，解决了在冬季工况下水源侧水温较低导致的热泵系统运行效率降低的问题。
(4)在建筑供能方式方面，燃气与水源侧储存的能量作为系统的能量输入，以烟气余热满足用户末端的冷负荷需求，以水源热泵系统供给用户末端的热负荷需求，同时燃气、水源侧储存的能量互为补充以保证系统功能的稳定性。
为了更清楚地理解本发明，下面以具体实施例进行说明。
图2为燃气机热泵烟气余热回收系统工艺流程图，如图所示，主要包括4个子系统，分别是：
(1)燃气驱动系统，由燃气机201组成，是燃气机源热泵系统的能量输入端；
(2)水源热泵系统，由压缩机202、冷凝器203、节流阀204、蒸发器205及循环水泵212等设备组成，是系统的能量转换站；
(3)余热回收系统，由余热锅炉207、气水换热器211等设备组成；
(4)末端供能系统，包括由分汽缸208、蒸汽LiBr(溴化锂)吸收式制冷机组210组成的供冷系统与由循环水泵206、汽水换热器209组成的供暖系统。
下面对于图2中燃气机热泵烟气余热回收系统的实施进行具体说明。
图3为燃气机热泵烟气余热回收系统具体实施流程示意图，如图所示，可以包括如下步骤：
步骤301、一定压力的燃气与空气在燃气机燃烧后，驱动压缩机工作，同时排出530℃左右的高温烟气，并同时转入步骤302和步骤305；
步骤302、将水源侧的低品位热能提取到冷凝器进行冬季供暖；
步骤303、判断是否满足建筑热负荷需求，若是，转入步骤302，若否，转入步骤304；
步骤304、启动汽水换热器，与水源热泵系统共同运行满足建筑热负荷需求，转入步骤303；
步骤305、余热锅炉回收燃气机排出的高温烟气，产出一定压力的蒸汽，并排出120℃左右的低温烟气，同时转入步骤306和309；
步骤306、蒸汽LiBr吸收式制冷机组利用该蒸汽制冷供给末端用户；
步骤307、判断是否满足建筑冷负荷需求，若是，转入步骤306，若否，转入步骤308；
步骤308、启动电制冷机组，与蒸汽LiBr吸收式制冷机组共同运行满足建筑冷负荷需求，转入步骤307；
步骤309、在水源侧增设气水换热器，回收余热锅炉排放的低温烟气；
步骤310、将余热锅炉排放的烟气与水源侧供水进行换热。
上述图3中实现了利用燃气和水源侧储存的能量同时满足建筑冷负荷与热负荷需求，进一步实现了烟气余热的梯级回收与利用。
综上所述，在本发明实施例提供的技术方案中，燃气机热泵烟气余热回收系统包括：燃气驱动系统、水源热泵系统、余热回收系统及末端供能系统，燃气驱动系统的一部分能量用于驱动水源热泵系统工作，水源热泵系统提取水源侧的热量为末端用户供暖；还有一部分以烟气余热的形式释放，余热回收系统用于回收燃气驱动系统排放的烟气的热量，末端供能系统利用余热回收系统回收的热量为末端用户供冷，因此采用本方案可以利用燃气和水源侧的能量同时为末端用户进行供暖与供冷。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种燃气机热泵烟气余热回收系统，其特征在于，包括：燃气驱动系统、水源热泵系统、余热回收系统及末端供能系统；其中：
所述燃气驱动系统，用于驱动所述水源热泵系统工作；
所述水源热泵系统，用于提取水源侧的热量为末端用户供暖；
所述余热回收系统，用于回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量；
所述末端供能系统，用于利用所述余热回收系统回收的热量为末端用户供冷。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述余热回收系统包括余热锅炉，所述余热锅炉用于回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述余热回收系统进一步包括气水换热器，用于回收所述余热锅炉排放的烟气的热量。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述气水换热器设置于水源侧。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述末端供能系统包括吸收式制冷机组，所述吸收式制冷机组利用蒸汽制冷，所述蒸汽为所述余热锅炉回收所述燃气驱动系统排放的烟气的热量后产出的蒸汽。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述末端供能系统进一步包括电制冷机组，用于当所述吸收式制冷机组利用蒸汽制冷不能满足末端用户冷负荷需求时，作为调峰设备为末端用户供冷。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述末端供能系统进一步包括汽水换热器，用于当所述水源热泵系统提取水源侧的热量为末端用户供暖不能满足末端用户热负荷需求时，作为调峰设备为末端用户进行供暖。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述余热回收系统进一步包括水水换热器，用于回收燃气机缸套冷却水的热量。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述水水换热器设置于水源侧。
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