CN108827054A - 燃气发动机余热利用装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了燃气发动机余热利用装置及系统，涉及燃气发电机技术领域，包括燃气发电机组、烟气装置、变频循环水泵、热交换装置、调节组件、检测装置以及控制器，其中，热交换装置连接生活热水管道；燃气发电机组与烟气装置相连接，变频循环水泵以及烟气装置分别与热交换装置相连接，调节组件与变频循环水泵相连接，控制器分别与变频循环水泵、检测装置以及调节组件相连接；检测装置检测热交换后的生活热水的供水温度以及供水压力；控制器根据供水温度控制调节组件进行温度调节，以及根据供水压力控制变频循环水泵的频率。本发明可以自动调节供水温度以及控制变频循环水泵的频率，避免电能浪费，实现自动化控制。

Description

燃气发动机余热利用装置及系统
技术领域
本发明涉及燃气发电机技术领域，尤其是涉及一种燃气发动机余热利用装置及系统。
背景技术
燃气发动机在运行时产生的高温烟气以及冷却后的缸套热水，直接排放会造成大量的浪费，现如今在分布式能源的大环境下，利用烟气热量来满足用户的生活热水需求以及供热，即避免了能源浪费，也节省了生活热水及供热的费用。
目前，通常将燃气发动机的燃气发电机组排放的烟气通过烟气装置与循环水泵过来的冷水进行热交换，再并上缸套热水经过板式换热器后进入母管，形成生活热水以供使用。
由于循环水泵是定频运行，在生活热水需求不大的情况下造成电能浪费。并且循环水流量是固定的，随着燃气发电机组功率加大，烟气排放增大，水温也随之变化，生活水的温度得不到控制。因此，现有的燃气发动机余热利用方式容易造成电能浪费，并且缺乏自动化控制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供燃气发动机余热利用装置及系统，以缓解了现有的燃气发动机余热利用方式容易造成电能浪费，并且缺乏自动化控制的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种燃气发动机余热利用装置，包括燃气发电机组、烟气装置、变频循环水泵、热交换装置、调节组件、检测装置以及控制器，其中，所述热交换装置连接生活热水管道；
所述燃气发电机组与所述烟气装置相连接，所述变频循环水泵以及所述烟气装置分别与所述热交换装置相连接，所述调节组件与所述变频循环水泵相连接，所述控制器分别与所述变频循环水泵、所述检测装置以及所述调节组件相连接；
所述检测装置检测热交换后的生活热水的供水温度以及供水压力；
所述控制器根据所述供水温度控制所述调节组件进行温度调节，以及根据所述供水压力控制所述变频循环水泵的频率。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述检测装置包括设置于生活热水管道出口处的第一温度传感器以及第一压力传感器。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制器根据所述第一压力传感器检测的供水压力和设定压力之间的压力差PID调节所述变频循水泵的频率给定。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述调节组件包括调节阀，所述控制器根据所述第一温度传感器检测的供水温度和设定温度之间的温度差PID调节所述调节阀的开度。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括与所述烟气装置相连接的烟气阀门；所述控制器与所述烟气阀门相连接，用于控制所述烟气阀门的开启和关闭。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，当所述供水温度超过第一设定温度时，所述控制器自动打开所述调节阀；
当所述调节阀全开后，所述供水温度还未达到第二设定温度，所述控制器自动升高所述变频循环水泵的频率；
当所述变频循环水泵的频率达到预设值，所述供水温度未达到所述第二设定温度时，所述控制器自动控制所述烟气阀门关闭。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述检测装置还包括设置于所述变频循环水泵的总进水管口的第二温度传感器，所述第二温度传感器用于监控循环水进口的温度；
还包括设置于所述变频循环水泵的出水管道的第二压力传感器，所述第二压力传感器用于检测管道压力。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述热交换装置包括板式换热器，所述调节组件分别与所述烟气装置以及所述板式换热器的管道并联。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述变频循环水泵包括变频器以及循环水泵；所述控制器包括可编程逻辑控制器PLC。
第二方面，本发明实施例还提供一种燃气发动机余热利用系统，包括如上所述的燃气发电机余热利用装置，还包括与所述燃气发电机余热利用装置的控制器相连接的远程控制装置。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供了燃气发动机余热利用装置和系统，包括燃气发电机组、烟气装置、变频循环水泵、热交换装置、调节组件、检测装置以及控制器，其中，热交换装置连接生活热水管道；燃气发电机组与烟气装置相连接，变频循环水泵以及烟气装置分别与热交换装置相连接，调节组件与变频循环水泵相连接，控制器分别与变频循环水泵、检测装置以及调节组件相连接；检测装置检测热交换后的生活热水的供水温度以及供水压力；控制器根据供水温度控制调节组件进行温度调节，以及根据供水压力控制变频循环水泵的频率。可以自动调节供水温度以及控制变频循环水泵的频率，避免电能浪费，实现自动化控制。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的燃气发动机余热利用装置示意图；
图2为本发明实施例提供的另一燃气发动机余热利用装置示意图；
图3为本发明实施例提供的温度PID调节原理图；
图4为本发明实施例提供的压力PID调节原理图；
图5为本发明实施例提供的燃气发动机余热利用装置的部分工艺图；
图6为本发明实施例提供的变频循环水泵的工艺图。
图标：1-燃气发电机组；2-烟气阀门；21-烟气三通阀；3-烟气装置；31-烟气锅炉；4-热交换装置；41-板式换热器；5-变频循环水泵；6-调节组件；61-调节阀；7-控制器；8-检测装置；81-第一温度传感器；82-第一压力传感器；83-第二温度传感器；84-第二压力传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，由于循环水泵是定频运行，在生活热水需求不大的情况下造成电能浪费。并且循环水流量是固定的，随着燃气发电机组功率加大，烟气排放增大，水温也随之变化，生活热水的温度得不到控制。因此，现有的燃气发动机余热利用方式容易造成电能浪费，并且缺乏自动化控制。基于此，本发明实施例提供的一种燃气发动机余热利用装置及系统，可以自动调节供水温度以及控制变频循环水泵的频率，避免电能浪费，实现自动化控制。
燃气发动机余热利用系统的工作过程通常为：燃气发电机组运行后，通过烟气三通阀进入烟气装置，同时循环水泵开启，燃气发电机组排放的烟气通过烟气锅炉与循环水泵过来的冷水进行热交换，再并上缸套热水经过板式换热器后进入母管，形成生活热水供厂区使用，同时利用了燃气发电机组的烟气热量和燃气发电机组的缸套热水的热量，提升整个系统的效率。控制器控制烟气三通阀的开度，循环水泵运行以及监控生活热水温度。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种燃气发动机余热利用装置进行详细介绍。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种燃气发动机余热利用装置，包括燃气发电机组1、烟气装置3、变频循环水泵5、热交换装置4、调节组件6、检测装置8以及控制器7，可选地，烟气装置3采用烟气锅炉31，调节组件6采用调节阀61，控制器7采用可编程逻辑控制器PLC，其中，热交换装置4连接生活热水管道，具体可以采用板式换热器41；
燃气发电机组1与烟气装置3相连接，变频循环水泵5以及烟气装置33分别与热交换装置4相连接，调节组件6与变频循环水泵5相连接，控制器7分别与变频循环水泵5、检测装置8以及调节组件6相连接；
检测装置8检测热交换后的生活热水的供水温度以及供水压力；
控制器7根据供水温度控制调节组件6进行温度调节，以及根据供水压力控制变频循环水泵5的频率。
进一步地，还包括与烟气装置3相连接的烟气阀门2，具体可以采用烟气三通阀21，控制器7与烟气阀门2相连接，用于控制烟气阀门2的开启和关闭。
本实施例采用变频循环水泵5，控制器7可以根据需求自动调节给定变频循环水泵5频率的，节约电能以及成本，加入了调节组件6，通过控制器7的调节达到了自动调节生活热水的温度的作用，从而实现了自动化控制。
优选地，热交换装置4采用板式换热器41，烟气装置3采用烟气锅炉31，调节组件6采用调节阀61，调节阀61分别与烟气锅炉31以及板式换热器41的管道并联进入生活热水的母管道。
图5示出了燃气发动机余热利用装置的工艺图，烟气锅炉31以及板式换热器41均与循环水管道并联，调节阀61与烟气锅炉31以及板式换热器41的管道并联，然后一起进入生活热水管道。循环水(冷水)从变频循环水泵5出来后进入板式换热器41，燃气发电机组1运行产生的高温烟气进入烟气锅炉31，然后从烟气锅炉31进入板式换热器41，高温烟气与循环l冷水进行热交换后的循环水进入生活热水管道，另外，调节阀61所在的管道可以使循环冷水进入，以调节生活热水的温度。
进一步地，如图5所示，检测装置8包括设置于生活热水管道出口处的第一温度传感器81以及第一压力传感器82。控制器7根据第一压力传感器82检测的供水压力和设定压力之间的压力差PID调节变频循水泵的频率给定。进一步地，控制器7根据第一温度传感器81检测的供水温度和设定温度之间的温度差PID调节调节阀61的开度。
具体地，控制器7可以采用PLC，PID控制器(比例-积分-微分控制器7)是PLC中的一个功能模块，一个在工业控制应用中常见的闭环控制系统，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。PID控制调节阀61的流程图如图3所示，PLC7根据第一温度传感器81检测的供水温度和设定温度之间的温度差控制调节阀61的开度，以调节循环水的流量(循环水并入母管路)，从而将供水温度调到所需温度。PID控制变频循环水泵5的流程图如图4所示，PLC 7根据第一压力传感器82检测的供水压力和设定压力之间的差压PID调节变频循水泵的频率给定。
整个装置通过PLC 7把监控、自动控制、保护等功能集成于一体，自动化程度高，简单可靠，减少了运行值班人员，节省人力成本，也减少了值班的劳动强度，提高了工作效率。
燃气发动机余热利用装置的具体工作过程为：燃气发电机组1运行后，通过烟气三通阀21进入烟气锅炉31，同时变频循环水泵5开启，变频循环水泵5可以根据第一压力传感器82的供水压力和设定压力之间的压力差来调整频率，达到节省电能的目的。燃气发电机组1排放的烟气通过烟气锅炉31与变频循环水泵5过来的冷水进行热交换，再并上缸套热水经过板式换热器41后进入母管形成生活热水供厂区使用，同时利用了燃气发电机组1的烟气热量和燃气发电机组1的缸套热水的热量，提升整个系统的效率。
具体地，变频循环水泵5包括变频器以及循环水泵。变频循环水泵5工作原理：当第一压力传感器82检测的供水压力小于设置的供水压力时，变频器频率加大，变频循环水泵5流量增大，以达到设置所需的供水压力。当检测的供水压力接近设置的供水压力时，变频器频率缓慢降低，直到检测的供水压力达到设置供水压力，变频器频率保持不动。如果检测的供水压力大于设置的供水压力时，变频器频率会缓慢降低，达到节能目的，同时变频循环水泵5可以采用一用一备的运行方式，保证系统的可靠运行。
调节阀61的工作原理为：由图5可知，生活热水由循环水(冷水)和经过高温烟气与循环水(冷水)热交换后的循环水并联而成，当第一温度传感器81检测的供水温度小于设置温度时，调节阀61缓慢关闭，从而减少了循环水(冷水)的量，从而使得生活热水的温度上升，当接近设定温度时，调节阀61将缓慢停止，直到第一温度传感器81检测的供水温度达到设定温度后，调节阀61停止调节，保持现有开度不变，当检测的供水温度高于设定温度时，调节阀61将打开，加大循环冷水的量，从而使得生活热水温度降低，以达到设定温度，当达到设定温度后，调节阀61停止调节，保持现有开度。
燃气发动机余热利用装置的联动及保护过程如下：当供水温度超过第一设定温度时，控制器7自动打开调节阀61；当调节阀61全开后，供水温度还未达到第二设定温度，控制器7自动升高变频循环水泵5的频率；当变频循环水泵5的频率达到预设值，供水温度未达到第二设定温度时，控制器7自动控制烟气阀门2关闭。
进一步地，如图6所示，检测装置8还包括设置于变频循环水泵5的总进水管口的第二温度传感器83，第二温度传感器83用于监控循环水进口的温度；还包括设置于变频循环水泵5的出水管道的第二压力传感器84，第二压力传感器84用于检测管道压力。变频循环水泵5运行且有水流通过时压力会增大，通过检测管道压力可以防止没有水流时水泵空转烧坏。
本实施例还提供了一种燃气发动机余热利用系统，包括上述的燃气发电机余热利用装置，还包括与燃气发电机余热利用装置的控制器相连接的远程控制装置。
具体地，控制器可以采用PLC，远程控制装置可以是电脑等终端，通过与PLC进行通信，可以实现燃气发电机余热利用装置的远程控制。
本发明实施例提供的燃气发动机余热利用系统，与上述实施例提供的燃气发动机余热利用装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃气发动机余热利用装置，其特征在于，包括燃气发电机组、烟气装置、变频循环水泵、热交换装置、调节组件、检测装置以及控制器，其中，所述热交换装置连接生活热水管道；
所述燃气发电机组与所述烟气装置相连接，所述变频循环水泵以及所述烟气装置分别与所述热交换装置相连接，所述调节组件与所述变频循环水泵相连接，所述控制器分别与所述变频循环水泵、所述检测装置以及所述调节组件相连接；
所述检测装置检测热交换后的生活热水的供水温度以及供水压力；
所述控制器根据所述供水温度控制所述调节组件进行温度调节，以及根据所述供水压力控制所述变频循环水泵的频率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测装置包括设置于生活热水管道出口处的第一温度传感器以及第一压力传感器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器根据所述第一压力传感器检测的供水压力和设定压力之间的压力差PID调节所述变频循水泵的频率给定。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述调节组件包括调节阀，所述控制器根据所述第一温度传感器检测的供水温度和设定温度之间的温度差PID调节所述调节阀的开度。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括与所述烟气装置相连接的烟气阀门；所述控制器与所述烟气阀门相连接，用于控制所述烟气阀门的开启和关闭。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，当所述供水温度超过第一设定温度时，所述控制器自动打开所述调节阀；
当所述调节阀全开后，所述供水温度还未达到第二设定温度，所述控制器自动升高所述变频循环水泵的频率；
当所述变频循环水泵的频率达到预设值，所述供水温度未达到所述第二设定温度时，所述控制器自动控制所述烟气阀门关闭。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测装置还包括设置于所述变频循环水泵的总进水管口的第二温度传感器，所述第二温度传感器用于监控循环水进口的温度；
还包括设置于所述变频循环水泵的出水管道的第二压力传感器，所述第二压力传感器用于检测管道压力。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热交换装置包括板式换热器，所述调节组件分别与所述烟气装置以及所述板式换热器的管道并联。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变频循环水泵包括变频器以及循环水泵；所述控制器包括可编程逻辑控制器PLC。
10.一种燃气发动机余热利用系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的燃气发电机余热利用装置，还包括与所述燃气发电机余热利用装置的控制器相连接的远程控制装置。
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