CN106895603A - 压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法，包括压缩子系统循环、吸收子系统循环以及燃气发动机系统的余热回收循环；在所述的压缩子系统循环、吸收子系统循环以及燃气发动机系统的余热回收循环过程中，分为制热模式运行、制冷模式运行和制冷供生活热水模式运行。采用本方法实现了燃气发动机废热的梯级高效利用，减少了系统损失，提高了整个热泵系统的制冷量。

Description

压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法

技术领域

本发明涉及复合热泵系统运行方法，特别涉及一种以燃气发动机为驱动力，压缩式热泵与双效吸收式热泵联合运行的压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法。

背景技术

目前，随着燃气机热泵技术的不断成熟，燃气机热泵系统已经在制冷制热领域得到了较为广泛的应用。燃气发动机热泵系统相比于传统的电热泵系统具有以下优点：(1)以天然气、石油气等清洁能源作为机组能源，减少了电力资源的使用，符合节能低碳的技术要求；(2)机组运行时，大量的燃气机废热可被再次回收利用，一次能源利用率大大提高；(3)燃气发动机的转速可调，因此燃气机热泵系统部分负荷性能较好。目前的燃气发动机废热回收利用方式主要有两种：一种是通过缸套换热器和烟气换热器来制取热水或实现冬季除霜，另一种是将燃气机废热作为热源驱动吸收式热泵系统，在吸收式热泵系统中实现制冷制热的功能。以燃气发动机为驱动力，采用压缩式热泵与吸收式热泵复合运行，可使机组一次能源利用率进一步提升。但在复合式热泵系统设计中，如何合理利用大量的燃气机废热是燃气机压缩/吸收闭式并联复合热泵系统设计中的重要问题。

申请号为201611112123.X的中国专利公开了“一种串并联切换的燃气机压缩吸收复合热泵供热方法”和申请号为201610087543.0的中国专利公开了“一种燃气机驱动蒸气压缩与吸收复合式热泵热水机组运行方法”，两者都构建了压缩/吸收复合热泵系统，且系统的一次能源利用率较传统燃气机热泵系统有所提升。但是，所研究的系统都为燃气机热泵与单效吸收循环复合，且仅仅利用高温烟气或者利用与高温烟气换热后的热水驱动发生器，未能按照能级高低不同充分利用燃气发动机废热。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种提高了燃气机热泵系统一次能源利用率的压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法。

本发明的压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法，包括压缩子系统循环、吸收子系统循环以及燃气发动机系统的余热回收循环；

所述的压缩子系统循环的循环过程如下：气态天然气进入燃气发动机内燃烧，燃气发动机运转为压缩机提供动力，压缩机将制冷剂压缩成气态，压缩后的气态制冷剂通过油分离器分离开润滑油和气态制冷剂，润滑油通过回油管返回压缩机，气态制冷剂分为两种模式进入第一冷凝器，在第一冷凝器中与在吸收器内二次吸热升温后的第一路循环水换热，使得第一路循环水三次吸热升温，同时气态制冷剂被冷却成液态，液态制冷剂依次流经储液器和第一膨胀阀，液态制冷剂在第一膨胀阀内膨胀为气液两相，随后进入第一蒸发器，气液两相制冷剂吸收经由第二蒸发器一次降温后的第二路循环水的热量后变成气态，气态制冷剂流经气液分离器后返回压缩机；

所述的吸收子系统循环的循环过程分为溶液的流动过程和冷剂水的流动过程，分别如下：

溶液的流动过程：来自燃气发动机的高温烟气作为高压发生器的驱动热源并与高压发生器内的溶液换热降温后形成低温烟气进入烟气换热器，热回收水吸收缸套水与低温烟气的热量后作为低压发生器的驱动热源；发生器内的溶液经溶液泵加压后，依次经过辅助换热器、低温溶液热交换器、高温溶液热交换器，进入高压发生器，溶液进入高压发生器后吸收高温烟气的热量，产生水蒸气并成为中间溶液，从高压发生器流出的中间浓度溶液在高温热交换器中放热后进入低压发生器，在低压发生器中被两种热源加热，一种是来自高压发生器的制冷剂蒸汽，另一种是吸收了缸套水和低温烟气热量后的热回收水，中间溶液在低压发生器中发生出一部分制冷剂蒸汽，溶液浓度升高形成浓溶液，低压发生器流出的浓溶液经过低温溶液热交换器冷却放热后进入吸收器，与吸收器中的稀溶液混合后吸收来自第二蒸发器的水蒸气发生放热反应，同时在第二冷凝器中一次吸热升温后的第一路循环水在吸收器中二次吸热升温；

冷剂水的流动过程：高压发生器产生的蒸汽在低压发生器中放热后凝结成水进入第二冷凝器，低压发生器发生的制冷剂蒸汽也进入第二冷凝器中，将热量释放给第一路循环水后被冷凝为冷剂水，第一路循环水经过一次吸热升温，冷剂水经第二膨胀阀节流后进入第二蒸发器，在第二蒸发器中吸收第二路循环水的热量后成为水蒸气，此水蒸气在吸收器中被溶液吸收；

所述的燃气发动机系统的余热回收循环过程如下：缸套水与发动机缸套换热，带走发动机的多余热量，获得热量后的缸套水在缸套换热器中将热量释放给热回收水，热回收水经缸套换热器加热后流经烟气换热器，吸收低温烟气的热量，升温后的热回收水进入低压发生器作为驱动热源，在低压发生器中放出热量后返回缸套换热器；燃气发动机排放的烟气，依次经过高压发生器和烟气换热器，之后通过排烟出口排出；

在所述的压缩子系统循环、吸收子系统循环以及燃气发动机系统的余热回收循环过程中，分为制热模式运行、制冷模式运行和制冷供生活热水模式运行；

当系统在制热模式运行时，气态制冷剂通过第一种模式进入第一冷凝器，具体过程为：气态制冷剂通过第一截止阀进入第一冷凝器，将热量释放给第一路循环水，温度升高后的第一路循环水被输送到供热用户换热，所述的第二路循环水在第一蒸发器中换热降温后被输送到室外换热器吸收外界的热量；

当系统在制冷模式运行时，气态制冷剂通过第二种模式进入第一冷凝器，具体过程为：气态制冷剂通过第二截止阀进入辅助换热器，与来自吸收器的浓溶液进行热量交换，制冷剂从辅助换热器流出后进入第一冷凝器中将热量释放给第一路循环水，温度升高后的第一路循环水被输送到室外换热器将热量释放到外界；所述的第二路循环水在第一蒸发器中换热降温后被输送到供冷用户换热；

当系统在制冷供生活热水模式运行时，气态制冷剂通过第二种模式进入第一冷凝器，具体过程为：气态制冷剂通过第二截止阀进入辅助换热器，与来自吸收器的浓溶液进行热量交换，制冷剂从辅助换热器流出后进入第一冷凝器中将热量释放给第一路循环水，温度升高后的第一路循环水被输送到用户加热生活热水，所述的第二路循环水在第一蒸发器中换热降温后被输送到供冷用户换热。

本发明与现有技术相比的优点和效果如下：

(1)本发明提出的压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法，针对燃气机废热利用不合理的问题，在吸收式子系统中采用双效循环，利用高温烟气驱动吸收子系统高压发生器，利用热回收水驱动低压发生器，实现燃气发动机废热的梯级高效利用，减少了系统损失；

(2)本发明提出的压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法，在压缩子系统和吸收子系统之间设置一个辅助换热器，作为压缩子系统制冷剂的预冷凝和吸收子系统溶液的预加热，使压缩子系统和吸收子系统的性能都有所提高，从而提高了整个热泵系统的制冷量。

附图说明

图1为压缩/吸收闭式并联复合热泵系统流程图；

图中，1-燃气发动机，2-压缩机，3-油分离器，4-第一截止阀，5-第二截止阀，6-辅助换热器，7-第一冷凝器，8-储液器，9-第一膨胀阀，10-第一蒸发器，11-气液分离器，12-吸收器，13-溶液泵，14-低温溶液热交换器，15-高温溶液热交换器，16-高压发生器，17-低压发生器，18-第二冷凝器，19-第二膨胀阀，20-第二蒸发器，21-缸套换热器，22-烟气换热器，23-热回收水泵

图中，管路中流体的流向用箭头方向表示。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进行详细说明。

本发明的压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法，包括压缩子系统循环、吸收子系统循环以及燃气发动机系统的余热回收循环；

所述的压缩子系统循环的循环过程如下：气态天然气进入燃气发动机1内燃烧，燃气发动机运转为压缩机2提供动力，压缩机2将制冷剂压缩成气态(通常温度为55～75℃)，压缩后的气态制冷剂通过油分离器3分离开润滑油和气态制冷剂，润滑油通过回油管返回压缩机1，气态制冷剂分为两种模式进入第一冷凝器7，在第一冷凝器7中与在吸收器12内二次吸热升温后的第一路循环水换热，使得第一路循环水三次吸热升温，同时气态制冷剂被冷却成液态，液态制冷剂依次流经储液器8和第一膨胀阀9，液态制冷剂在第一膨胀阀9内膨胀为气液两相(通常温度为-15～5℃)，随后进入第一蒸发器10，气液两相制冷剂吸收经由第二蒸发器20一次降温后的第二路循环水的热量后变成气态(通常温度为-5～10℃)，气态制冷剂流经气液分离器11后返回压缩机2；

所述的吸收子系统循环的循环过程分为溶液的流动过程和冷剂水的流动过程，分别如下：

溶液的流动过程：来自燃气发动机1的高温烟气(通常发动机排烟温度为400～600℃)作为高压发生器16的驱动热源并与高压发生器16内的溶液换热降温后形成低温烟气(通常为150℃左右)进入烟气换热器22，热回收水吸收缸套水与低温烟气的热量后作为低压发生器17的驱动热源；发生器12内的溶液经溶液泵13加压后，依次经过辅助换热器6、低温溶液热交换器14、高温溶液热交换器15，进入高压发生器16。溶液进入高压发生器16后吸收高温烟气的热量，产生水蒸气并成为中间溶液(当工质对为LiBr-H₂O时，中间溶液浓度通常在60％左右)。从高压发生器16流出的中间浓度溶液在高温热交换器15中放热后进入低压发生器17，在低压发生器17中被两种热源加热，一种是来自高压发生器16的制冷剂蒸汽，另一种是吸收了缸套水和低温烟气热量后的热回收水，中间溶液在低压发生器17中发生出一部分制冷剂蒸汽，溶液浓度升高形成浓溶液(当工质对为LiBr-H₂O时，浓溶液浓度通常在62％左右)，低压发生器17流出的浓溶液经过低温溶液热交换器14冷却放热后进入吸收器12，与吸收器中的稀溶液(当工质对为LiBr-H₂O时，稀溶液浓度通常在57％左右)混合后吸收来自第二蒸发器20的水蒸气发生放热反应，同时在第二冷凝器18中一次吸热升温后的第一路循环水在吸收器12中二次吸热升温；

冷剂水的流动过程：高压发生器16产生的蒸汽在低压发生器17中放热后凝结成水进入第二冷凝器18，低压发生器17发生的制冷剂蒸汽也进入第二冷凝器18中，将热量释放给第一路循环水后被冷凝为冷剂水，第一路循环水经过一次吸热升温。冷剂水经第二膨胀阀19节流后进入第二蒸发器20，在第二蒸发器20中吸收第二路循环水的热量后成为水蒸气，此水蒸气在吸收器12中被溶液吸收；

所述的燃气发动机系统的余热回收循环过程如下：缸套水与发动机缸套换热，带走发动机的多余热量，从而保证发动机的正常运行，获得热量后的缸套水在缸套换热器21中将热量释放给热回收水，热回收水经缸套换热器21加热后流经烟气换热器22，吸收低温烟气的热量，升温后的热回收水进入低压发生器17作为驱动热源，在低压发生器17中放出热量后返回缸套换热器21；燃气发动机排放的烟气，依次经过高压发生器16和烟气换热器22，之后通过排烟出口排出。

在所述的压缩子系统循环、吸收子系统循环以及燃气发动机系统的余热回收循环过程中，分为制热模式运行、制冷模式运行和制冷供生活热水模式运行；

当系统在制热模式运行时，气态制冷剂通过第一种模式进入第一冷凝器7，具体过程为：气态制冷剂通过第一截止阀4进入第一冷凝器7，将热量释放给第一路循环水，温度升高后的第一路循环水被输送到供热用户换热，所述的第二路循环水在第一蒸发器10中换热降温后被输送到室外换热器吸收外界的热量；所述的室外换热器可以为风冷式换热器或水冷式换热器等；

当系统在制冷模式运行时，气态制冷剂通过第二种模式进入第一冷凝器7，具体过程为：气态制冷剂通过第二截止阀5进入辅助换热器6，与来自吸收器12的浓溶液进行热量交换，制冷剂从辅助换热器6流出后进入第一冷凝器7中将热量释放给第一路循环水，温度升高后的第一路循环水被输送到室外换热器将热量释放到外界；所述的室外换热器可以为风冷式换热器或水冷式换热器等；所述的第二路循环水在第一蒸发器10中换热降温后被输送到供冷用户换热；

当系统在制冷供生活热水模式运行时，气态制冷剂通过第二种模式进入第一冷凝器7，具体过程为：气态制冷剂通过第二截止阀5进入辅助换热器6，与来自吸收器12的浓溶液进行热量交换，制冷剂从辅助换热器6流出后进入第一冷凝器7中将热量释放给第一路循环水，温度升高后的第一路循环水被输送到用户加热生活热水，所述的第二路循环水在第一蒸发器10中换热降温后被输送到供冷用户换热。

如附图所示的本发明在压缩子系统部分，制冷剂管道依次连接压缩机2、油分离器3、第二截止阀5、辅助换热器6、第一冷凝器7、储液器8、第一膨胀阀9、第一蒸发器10、气液分离器11，最后连接压缩机2入口。其中润滑油通过回油管返回压缩机2，第一截止阀4所在的管路一端连接在油分离器3和第二截止阀5之间并且另一端连接在辅助换热器6和第一冷凝器7之间；

在吸收子系统部分，吸收器12的溶液出口管道依次连接溶液泵13、辅助换热器6、低温溶液热交换器14、高温溶液热交换器15、高压发生器16，高压发生器16的溶液出口依次连接高温溶液热交换器15、低压发生器17、低温溶液热交换器14，最后连接吸收器12的溶液入口。高压发生器16的冷剂出口管道连接在低压发生器17的蒸汽热源管道入口，而后进入第二冷凝器18，第二冷凝器18的冷剂出口管道经第二膨胀阀19连接到第二蒸发器20，第二蒸发器20和吸收器12相通。

在燃气发动机系统部分，在缸套水循环回路中，缸套水管道连接在燃气发动机1的缸套和缸套换热器21之间。在热回收水循环回路中，缸套换热器21的热回收水管道出口依次连接烟气换热器22的热回收水管路、低压发生器17的热回收水管路、热回收水泵23，最后连接在缸套换热器21的热回收水管道入口。

Claims (1)

1.压缩/吸收闭式并联复合燃气热泵系统运行方法，其特征在于：包括压缩子系统循环、吸收子系统循环以及燃气发动机系统的余热回收循环；

所述的压缩子系统循环的循环过程如下：气态天然气进入燃气发动机内燃烧，燃气发动机运转为压缩机提供动力，压缩机将制冷剂压缩成气态，压缩后的气态制冷剂通过油分离器分离开润滑油和气态制冷剂，润滑油通过回油管返回压缩机，气态制冷剂分为两种模式进入第一冷凝器，在第一冷凝器中与在吸收器内二次吸热升温后的第一路循环水换热，使得第一路循环水三次吸热升温，同时气态制冷剂被冷却成液态，液态制冷剂依次流经储液器和第一膨胀阀，液态制冷剂在第一膨胀阀内膨胀为气液两相，随后进入第一蒸发器，气液两相制冷剂吸收经由第二蒸发器一次降温后的第二路循环水的热量后变成气态，气态制冷剂流经气液分离器后返回压缩机；

所述的吸收子系统循环的循环过程分为溶液的流动过程和冷剂水的流动过程，分别如下：

溶液的流动过程：来自燃气发动机的高温烟气作为高压发生器的驱动热源并与高压发生器内的溶液换热降温后形成低温烟气进入烟气换热器，热回收水吸收缸套水与低温烟气的热量后作为低压发生器的驱动热源；发生器内的溶液经溶液泵加压后，依次经过辅助换热器、低温溶液热交换器、高温溶液热交换器，进入高压发生器，溶液进入高压发生器后吸收高温烟气的热量，产生水蒸气并成为中间溶液，从高压发生器流出的中间浓度溶液在高温热交换器中放热后进入低压发生器，在低压发生器中被两种热源加热，一种是来自高压发生器的制冷剂蒸汽，另一种是吸收了缸套水和低温烟气热量后的热回收水，中间溶液在低压发生器中发生出一部分制冷剂蒸汽，溶液浓度升高形成浓溶液，低压发生器流出的浓溶液经过低温溶液热交换器冷却放热后进入吸收器，与吸收器中的稀溶液混合后吸收来自第二蒸发器的水蒸气发生放热反应，同时在第二冷凝器中一次吸热升温后的第一路循环水在吸收器中二次吸热升温；

冷剂水的流动过程：高压发生器产生的蒸汽在低压发生器中放热后凝结成水进入第二冷凝器，低压发生器发生的制冷剂蒸汽也进入第二冷凝器中，将热量释放给第一路循环水后被冷凝为冷剂水，第一路循环水经过一次吸热升温，冷剂水经第二膨胀阀节流后进入第二蒸发器，在第二蒸发器中吸收第二路循环水的热量后成为水蒸气，此水蒸气在吸收器中被溶液吸收；

所述的燃气发动机系统的余热回收循环过程如下：缸套水与发动机缸套换热，带走发动机的多余热量，获得热量后的缸套水在缸套换热器中将热量释放给热回收水，热回收水经缸套换热器加热后流经烟气换热器，吸收低温烟气的热量，升温后的热回收水进入低压发生器作为驱动热源，在低压发生器中放出热量后返回缸套换热器；燃气发动机排放的烟气，依次经过高压发生器和烟气换热器，之后通过排烟出口排出；

在所述的压缩子系统循环、吸收子系统循环以及燃气发动机系统的余热回收循环过程中，分为制热模式运行、制冷模式运行和制冷供生活热水模式运行；

当系统在制热模式运行时，气态制冷剂通过第一种模式进入第一冷凝器，具体过程为：气态制冷剂通过第一截止阀进入第一冷凝器，将热量释放给第一路循环水，温度升高后的第一路循环水被输送到供热用户换热，所述的第二路循环水在第一蒸发器中换热降温后被输送到室外换热器吸收外界的热量；

当系统在制冷模式运行时，气态制冷剂通过第二种模式进入第一冷凝器，具体过程为：气态制冷剂通过第二截止阀进入辅助换热器，与来自吸收器的浓溶液进行热量交换，制冷剂从辅助换热器流出后进入第一冷凝器中将热量释放给第一路循环水，温度升高后的第一路循环水被输送到室外换热器将热量释放到外界；所述的第二路循环水在第一蒸发器中换热降温后被输送到供冷用户换热；

当系统在制冷供生活热水模式运行时，气态制冷剂通过第二种模式进入第一冷凝器，具体过程为：气态制冷剂通过第二截止阀进入辅助换热器，与来自吸收器的浓溶液进行热量交换，制冷剂从辅助换热器流出后进入第一冷凝器中将热量释放给第一路循环水，温度升高后的第一路循环水被输送到用户加热生活热水，所述的第二路循环水在第一蒸发器中换热降温后被输送到供冷用户换热。