CN108443941A - 一种分布式能源岛系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式能源岛系统，包括：余热回收系统、储热系统和余热利用系统，通过导热油循环经过所述余热回收系统回收热量实现升温，通过所述储热系统将热量贮存在储热罐中，所述余热回收系统的出口通过控制阀Ⅰ连接储热系统热源入口，所述储热系统热源出口通过控制阀Ⅲ连接所述余热利用系统，通过控制阀Ⅱ所述余热回收系统可与所述余热利用系统直接连通。该系统加入储热装置回收间歇排放的余热资源和贮存富余热量，用于系统负荷调峰和提供稳定热源，保证发电系统在稳定工况下运行，提高了系统运行效率；构建回收、储存、利用一体化余热回收系统，冷、热、电三联产，形成分布式能源岛将余热资源最大化利用。

Description

一种分布式能源岛系统
技术领域
本发明涉及一种能源岛系统，具体涉及一种分布式能源岛系统。
背景技术
目前工业余热资源丰富，具有巨大的回收潜力，但余热源种类繁多、温度范围较广、资源分散并且不稳定存在间歇波动、腐蚀性等问题，使余热资源回收难度加大，资源回收率较低。科学用能指“按质用能，梯级利用”，为保证余热资源充分有效的利用并确保回收系统连续稳定可靠运行，有必要对不同温度强度下的气体和液体载热性余热按量与质进行分类，匹配最佳换热设备，实现逐级回收，并且结合蓄能技术构建回收、储存、利用一体化能源系统，实现多能输入、多能输出分布式能源体系，形成冷、热、电多联产“能源岛”。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种分布式能源岛系统，该系统可以解决了工业余热多样化、多温度段和不稳定性的特点导致的余热资源回收难度大和回收率低的问题。
技术方案：本发明所述的分布式能源岛系统，该系统包括：余热回收系统、储热系统和余热利用系统，通过导热油循环经过所述余热回收系统回收热量实现升温，通过所述储热系统将热量贮存在储热罐中，所述余热回收系统的出口通过控制阀Ⅰ连接储热系统热源入口，所述储热系统热源出口通过控制阀Ⅲ连接所述余热利用系统。
优选的，所述储热罐为多层复合相变储能器，其内置相变蓄热材料，由内到外分为四层，第一层充注高温相变材料，用于储存回收的高温余热，第二层为中温保温材料，第三层为中低温相变材料储存由第二层散失的热量恒定维持相变材料相变温度，第四层为低温保温层，用来减缓第三层温度散失速度。所述储热罐底部中心安置电加热棒(216)，当余热源不足时开启，用来辅助加热。
优选的，所述余热利用系统还包括供热系统，所述供热系统由热水换热器和热水箱组成，其通过控制阀Ⅳ与所述储热系统进行连通，通过回收被加热的导热油选择进入储热系统，后进入所述热水换热器，同时打开控制阀Ⅶ，冷水进入所述热水箱再进入所述热水换热器进行间壁换热，加热冷水产生热能。
优选的，所述余热利用系统包括发电系统，其与所述储热罐连通，打开控制阀Ⅲ，通过导热油循环经过所述余热回收系统回收热量实现升温，通过所述储热罐将热量贮存在罐中，流经所述发电系统将热能转换成电能实现热工转化。
优选的，所述余热利用系统还包括发电系统，通过导热油循环经过所述余热回收系统回收热量实现升温，通过所述储热罐将热量贮存在罐中，流经所述发电系统，降温后导热油再通过热水换热器换热输出热水。
优选的，所述发电系统包括蒸发器、透平、发电机、回热器、冷凝器和工质泵，其与所述储热罐连通，打开所述控制阀Ⅲ，高温导热油进入蒸发器加热有机工质变成气态进入透平膨胀做功，带动发电机发电，输出电能实现热工转化，从透平排出的蒸汽进入回热器和从冷凝器出来的有机工质换热回到蒸发器，从回热器出来的蒸汽在冷凝器中放热凝结成液态，最后通过工质泵重新回到蒸发器，形成循环。
优选的，所述余热利用系统还包括制冷系统，所述制冷系统由吸收式制冷机和冷却塔组成，其通过控制阀Ⅻ和冷却塔连接，所述冷却塔为所述吸收式制冷机提供冷却水，通过回收被加热的导热油通过控制阀Ⅲ进入或不进入所述发电系统加热有机工质驱动发电，打开控制阀Ⅵ进入所述热水换热器加热冷水，打开控制阀Ⅹ，经过加热的水进入所述吸收式制冷机驱动制冷机进行制冷。
优选的，所述吸收式制冷机包括发生器、吸收器、蒸发器和冷凝器，所述冷却塔冷却水出口通过控制阀XI连接所述发电系统的冷凝器，通过控制阀Ⅻ连接所述吸收式制冷机的吸收器和冷凝器，在所述吸收式制冷机中冷却水先通过所述吸收器再通过所述冷凝器，从所述吸收式制冷机的冷凝器出来的冷却水和从所述发电系统的冷凝器出来的冷却水共同回到所述冷却塔冷却完成循环。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、加入储热装置回收间歇排放的余热资源和贮存富余热量，用于系统负荷调峰和提供稳定热源，保证发电系统在稳定工况下运行，提高了系统运行效率；2、构建回收、储存、利用一体化余热回收系统，在不加入外部热源的情况下实现多能输出，冷、热、电三联产，形成分布式能源岛将余热资源最大化利用。
附图说明
图1为本发明实施例1系统结构示意图；
图2为本发明所述储热罐的结构图。
图中包括：余热回收系统(1)，储热系统(2)，储热罐(21)，高温相变储热材料(211)，中温保温层(212)，中低温相变储热材料(213)，低温保温层(214)，导热油管(215)，电加热棒(216)，供热系统(3)，热水换热器(31)，热水箱(32)，发电系统(4)，蒸发器(41)，透平(42)，发电机(43)，回热器(44)，冷凝器(45)，工质泵(46)，制冷系统(5)，吸收式制冷机(51)，发生器(511)，吸收器(512)，蒸发器(513)，冷凝器(514)，冷却塔(6)，油泵(7)，水泵(8)，控制阀Ⅰ(9)，控制阀Ⅱ(10)，控制阀Ⅲ(11)，控制阀Ⅳ(12)，控制阀Ⅴ(13)，控制阀Ⅵ(14)，控制阀Ⅶ(15)，控制阀Ⅷ(16)，控制阀Ⅸ(17)，控制阀Ⅹ(18)，控制阀Ⅺ(19)，控制阀Ⅻ(20)，储油罐(22)。
具体实施方式
实施例1
如图1所述，一种分布式能源岛系统，该系统包括多级余热回收系统1、储热系统2和余热利用系统，其中，余热利用系统包括热水换热器31、发电系统4和吸收式制冷机51，通过回收被加热的导热油先进入发电系统4的蒸发器41加热有机工质驱动发电系统，产生电能，再经过热水换热器31加热冷水产生热水作为生活热水或供暖热水，产生热能，热水进入吸收式制冷机51发生器511作为驱动热源驱动制冷机运行，产生冷能，实现冷电联产。
发电系统4优选有机朗肯循环发电系统，其由蒸发器41、透平42、发电机43、回热器44、冷凝器45、工质泵46组成，有机朗肯循环用低沸点的有机工质代替水循环，降低了蒸发温度可实现中低温发电，回热器44回收透平42出口有机工质热量，实现了热功的高效转换，预热回到蒸发器41的工质，降低了蒸发器41换热工质温差，蒸发器41在有机朗肯循环发电系统中加热循环有机工质，作为发电系统驱动源。
多级余热回收系统1的出口通过控制阀Ⅰ9连接储热罐21热源入口，储热罐21热源出口通过控制阀Ⅲ11连接发电系统4，多级余热回收系统1也可通过控制阀Ⅱ10直接与发电系统4进行连通。储热罐21通过控制阀Ⅳ12可与热水换热器31直接进行连通，而不经过发电系统4的蒸发器41，另外导热油流经控制阀Ⅳ12后可通过控制阀Ⅴ13和控制阀Ⅷ16直接与储油罐22连通，也可通过控制阀Ⅵ14与热水换热器31连接后再通过控制阀Ⅷ16与储油罐22连通，从热水换热器31换热输出热水，从而构成油回路，打开控制阀Ⅷ16，储油罐22为油环路提供、补充循环油，与储油罐22连接的油泵7提升油循环系统动力。
热水换热器31为间壁式换热器通过油和水换热加热低温水用于冬季供暖、生活用水或作为吸收式制冷机51驱动热源。余热通过多级换热器逐级升温实现余热梯级回收，又通过蒸发器41和热水换热器31两级换热实现热量的梯级利用。
打开控制阀Ⅲ11，高温导热油进入蒸发器41加热有机工质变成气态进入透平42膨胀做功，带动发动机发电，输出电能实现热工转化，从透平42排出的蒸汽进入回热器44和从冷凝器45出来的有机工质换热回到蒸发器41，从回热器44出来的蒸汽在冷凝器45中和从冷却塔6出来的冷却水接触放热凝结成液态，最后通过工质泵46重新回到蒸发器41，形成循环。
其中，冷却塔6和水泵8连接，为系统提供冷却水，通过控制阀Ⅺ19，冷却塔6和发电系统4的冷凝器45进行连通，通过控制阀Ⅻ20，冷却塔6和吸收式制冷机51的吸收器512进行连通，在吸收式制冷机51中冷却水先通过吸收器512再通过冷凝器514，从吸收式制冷机51冷凝器514出来的冷却水和从有机朗肯循环发电系统4冷凝器45出来的冷却水共同回到冷却塔6冷却完成循环。由冷却塔6出来的冷却水分两路，一路进入朗肯循环冷凝器45冷凝有机工质，一路先进入吸收式制冷机51吸收器512冷却溴化锂稀溶液再进入吸收式制冷机51冷凝器514冷却高温高压水蒸气。
如图2，储热设备的储热罐21内置相变蓄热材料，通过蓄热材料回收储存间歇余热和富余热量，实现系统负荷调峰，利用相变材料在相变吸热和放热时温度几乎不变的特性，将间歇波动的余热资源转换成稳定热源实现系统的连续、稳定运行。
储热罐21为中高温相变储热罐，由于罐内储热温度高和环境温度相差较大，若保温隔热效果差将会导致系统热损较高，为了降低储热系统2热损，提高储热效率，设计多层复合相变储能器，储热罐21由内到外共分为四层，储热罐21内(第一层)充注高温相变储热材料211主要用于储存回收的高温余热，外包一层(第二层)中温保温材料212，第三层为中低温相变储热材料213储存由第二层散失的热量恒定维持相变材料相变温度，有效截止温度的散失，第四层为低温保温层214以减缓第三层温度散失速度，通过四层相变材料—保温层复合有效的降低了储热系统2的热损失。储热罐21中内置电加热棒216辅助加热，在余热源不足时开启。进入储热罐21的导热油在螺旋管内流动和相变储热材料通过管壁间接换热，为实现快速高效换热，通入储热罐21中导热油管215设置同心、等径、螺旋盘管，管外壁增设翅片增大换热面积。
热水换热器31通过控制阀Ⅶ15与热水箱32连接，冷水进入热水箱32，打开控制阀Ⅶ15进到热水换热器31和导热油进行换热，加热后的热水可提供生活热水、可用于冬季供暖，也可以通过控制阀Ⅹ18进入吸收式制冷机51发生器511，作为驱动热源驱动制冷机运行。同时也可通过控制阀Ⅸ17再次进入热水箱32构成循环。吸收式制冷机51通过回收余热驱动制冷机运行可用于夏季制冷。
实施例2
通过控制不同的控制阀的开关，可实现储热系统2、发电系统4、供热系统3和制冷系统5以及补油模式的不同系统和功能的切换，通过余热回收系统1回收工业余热加热导热油，打开控制阀Ⅰ9，关闭控制阀Ⅱ10，可将导热油的热量存储到储热罐21中，实现贮存富余热量的目的，用于系统负荷调峰和提供稳定热源，保证发电系统4在稳定工况下运行，提高了系统运行效率。
打开控制阀Ⅲ11和控制阀Ⅺ19，关闭控制阀Ⅳ12，发电系统4工作，高温导热油进入蒸发器41加热有机工质变成气态进入透平42膨胀做功，带动发动机发电，输出电能实现热工转化，从透平42排出的蒸汽进入回热器44和从冷凝器45出来的有机工质换热回到蒸发器41，从回热器44出来的蒸汽在冷凝器45中和从冷却塔6出来的冷却水接触放热凝结成液态，最后通过工质泵46重新回到蒸发器41，形成循环。从而余热回收系统1、储热系统2和发电系统4构成本发明一个实施例，该实施例加入了储热装置回收间歇排放的余热资源和贮存富余热量，用于系统负荷调峰和提供稳定热源，保证发电系统4在稳定工况下运行，提高了系统运行效率。
实施例3
打开控制阀Ⅰ9，导热油经过余热回收系统1加热后进入储热系统2，打开控制阀Ⅲ11，进入发电系统4的蒸发器41，控制阀Ⅵ14打开，控制阀Ⅴ13关闭，导热油进入热水换热器31，打开控制阀Ⅶ15冷水进到热水换热器31和从发电系统4的蒸发器41出来的导热油进行换热，加热后的热水可提供生活热水、可用于冬季供暖。因此余热回收系统1、储热系统2、发电系统4以及供暖系统构成本发明的一个实施例，该实施例不仅加入储热装置回收间歇排放的余热资源和贮存富余热量，用于系统负荷调峰和提供稳定热源，保证发电系统4在稳定工况下运行，提高了系统运行效率，并且实现了热电联产。
实施例4
打开控制阀Ⅰ9，高温导热油经过余热回收系统1，进入储热系统2，关闭控制阀Ⅲ11，打开控制阀Ⅳ12，高温导热油进入供热系统3的热水换热器31换热，加热后的热水可提供生活热水、可用于冬季供暖，因此余热回收系统1、储热系统2以及供热系统3构成本发明的另一个实施例。
并且关闭控制阀Ⅲ11，打开控制阀Ⅳ12，高温导热油进入供热系统3的热水换热器31换热，热水换热器31通过控制阀Ⅶ15与热水箱32连接，冷水进入热水箱32，打开控制阀Ⅶ15进到热水换热器31和导热油进行换热，打开控制阀Ⅹ18，加热后的热水进入吸收式制冷机51发生器511，作为驱动热源驱动制冷机运行。吸收式制冷机51通过回收余热驱动制冷机运行可用于夏季制冷。因此余热回收系统1、储热系统2、供暖系统以及制冷系统5构成本发明的另一个实施例，该实施例不仅加入储热装置回收间歇排放的余热资源和贮存富余热量，用于系统负荷调峰和提供稳定热源，也可提供稳定冷源，实现冷热联产。

Claims (9)

1.一种分布式能源岛系统，其特征在于，包括：余热回收系统(1)、储热系统(2)和余热利用系统，通过导热油循环经过所述余热回收系统(1)回收热量实现升温，通过所述储热系统(2)将热量贮存在储热罐(21)中，所述余热回收系统(1)的出口通过控制阀Ⅰ(9)连接储热系统(2)热源入口，所述储热系统(2)热源出口通过控制阀Ⅲ(11)连接所述余热利用系统。
2.根据权利要求1所述的分布式能源岛系统，其特征在于，所述储热罐(21)为多层复合相变储能器，其内置相变蓄热材料，由内到外分为四层，第一层充注高温相变储热材料(211)，用于储存回收的高温余热，第二层为中温保温材料(212)，第三层为中低温相变材料(213)储存由所述第二层散失的热量恒定维持相变材料相变温度，第四层为减缓第三层温度散失速度的低温保温层(214)。
3.根据权利要求1所述的分布式能源岛系统，其特征在于，所述储热罐(21)底部中心安置用来辅助加热的电加热棒(216)。
4.根据权利要求1所述的分布式能源岛系统，其特征在于，所述余热利用系统还包括供热系统(3)，所述供热系统(3)由热水换热器(31)和热水箱(32)组成，其通过控制阀Ⅳ(12)与所述储热系统(2)进行连通，通过回收被加热的导热油进入储热系统(2)，再进入所述热水换热器(31)，同时打开控制阀Ⅶ(15)，冷水进入所述热水箱(32)再进入所述热水换热器(31)进行间壁换热，加热冷水产生热能。
5.根据权利要求1所述的分布式能源岛系统，其特征在于，所述余热利用系统包括发电系统(4)，其与所述储热罐(21)连通，打开控制阀Ⅲ(11)，通过导热油循环经过所述余热回收系统(1)回收热量实现升温，通过所述储热罐(21)将热量贮存在罐中，流经将热能转换成电能实现热工转化的所述发电系统(4)。
6.根据权利要求4所述的分布式能源岛系统，其特征在于，所述余热利用系统还包括发电系统(4)，通过导热油循环经过所述余热回收系统(1)回收热量实现升温，通过所述储热罐(21)将热量贮存在罐中，流经所述发电系统(4)，降温后导热油再通过热水换热器(31)换热输出热水。
7.根据权利要求5或6所述的分布式能源岛系统，其特征在于，所述发电系统(4)包括蒸发器(41)、透平(42)、发电机(43)、回热器(44)、冷凝器(45)和工质泵(46)，其与所述储热罐(21)连通，打开所述控制阀Ⅲ(11)，高温导热油进入所述蒸发器(41)加热有机工质变成气态进入透平(42)膨胀做功，带动发电机(43)发电，输出电能实现热工转化，从透平(42)排出的蒸汽进入回热器(44)和从冷凝器(45)出来的有机工质换热回到所述蒸发器(41)，从所述回热器(44)出来的蒸汽在所述冷凝器(45)中放热凝结成液态，最后通过所述工质泵(46)重新回到所述蒸发器(41)，形成循环。
8.根据权利要求4或6所述的分布式能源岛系统，其特征在于，所述余热利用系统还包括制冷系统(5)，所述制冷系统(5)由吸收式制冷机(51)和冷却塔(6)组成，其通过控制阀Ⅻ(20)和冷却塔(6)连接，所述冷却塔(6)为所述吸收式制冷机(51)提供冷却水，通过回收被加热的导热油通过控制阀Ⅲ(11)进入或不进入所述发电系统(4)加热有机工质驱动发电，打开控制阀Ⅵ(14)进入所述热水换热器(31)加热冷水，打开控制阀Ⅹ(18)，经过加热的水进入所述吸收式制冷机(51)驱动制冷机进行制冷。
9.根据权利要求8所述的分布式能源岛系统，其特征在于，所述吸收式制冷机(51)包括发生器(511)、吸收器(512)、蒸发器(513)和冷凝器(514)，所述冷却塔(6)冷却水出口通过控制阀XI(19)连接所述发电系统(4)的冷凝器(45)，通过控制阀Ⅻ(20)连接所述吸收式制冷机(51)的吸收器(512)和冷凝器(514)，在所述吸收式制冷机(51)中冷却水先通过所述吸收器(512)再通过所述冷凝器(514)，从所述吸收式制冷机(51)的冷凝器(514)出来的冷却水和从所述发电系统(4)的冷凝器(45)出来的冷却水共同回到所述冷却塔(6)冷却完成循环。
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