CN110173371B - 一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统，包括天然气内燃发电机组、烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组、烟气换热机组A、烟气换热机组B、蓄冷罐、蓄热罐、智能电网控制器，天然气内燃发电机组分别与市电、智能电网控制器连接，烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组连接到天然气内燃发电机组，蓄冷罐分别与烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组、蓄热罐连接，蓄热罐连接到用户。本发明，利用高品质高效运行的天然气内燃机分布式能源系统的最高发电效率并稳定运行及烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组和烟气换热器全部吸收并储存在冷热水罐中，用来做人员集中区域的空调供给系统，达到既节能又环保的目的。

Description

一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统及运行方法

技术领域

本发明涉及天然气能源然气稀薄燃烧、燃机满发、余热全利用和能源梯级利用技术领域，具体为一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统及运行方法。

背景技术

天然气在空气中的燃烧温度约1300度左右，其排烟气温度较高，该部分热量主要用于天然气热能发电。目前天然气的用处比较单一，主要用处为生活用气、取暖用气、发电用气等。天然气发电厂通过蒸汽然气联合循环其天然气的发电效率可以达到较高的发电效率57％(一定条件下)以上，但还是有一部分余热被散放到大气中。由于天然气燃烧后主要排放物为二氧化碳和水，仅含微量的二氧化硫，因此天然气又是一种清洁能源。城市的工业园区、高楼等建筑物是电、冷、热都需要的综合用能单位，其电、冷、热用能比例在不同的环境温度和热负荷条件下是不断变化的。因此迫切需要一种高品质高效运行的天然气内燃机分布式能源系统及运行方法以提高了天然气产生的二次能源的品质和综合能源效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统及运行方法，以解决上述背景技术中提出的问题。该高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统及运行方法在设定稳定状态下运行的 效率和能源综合效率最高，广泛适用于利用已有的消防水池或有条件建设冷热水罐的能完全消纳分布式能源产生的电力冷能和热能的分布式能源系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统，包括天然气内燃发电机组、烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组、烟气换热机组A、烟气换热机组B、蓄冷罐、蓄热罐、智能电网控制器，其中：所述天然气内燃发电机组分别与市电、智能电网控制器连接，所述烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组连接到天然气内燃发电机组，所述蓄冷罐分别与烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组、蓄热罐连接，所述蓄热罐连接到用户，所述烟气换热机组A一端连接到天然气内燃发电机组、烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组之间的高温烟气管路上，另一端与蓄热罐连接，所述烟气换热机组B一端连接到烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组，另一端连接到烟气换热机组A、蓄热罐之间的管路上。

进一步的，还包括缸套水热交换器，该缸套水热交换器一端连接到天然气内燃发电机组、烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组之间的缸套冷却水管路上，另一端与蓄热罐连接。

进一步的，所述天然气内燃发电机组与市电的连接采取并网不上网的运行模式。

进一步的，混合气分别进入到其连接的中冷器、节气门，该节气门与天然气内燃发电机组连接，该中冷器与废气涡轮增压器连接，所述天然气内燃发电机组连接废气涡轮增压器，所述智能电网控制器连接燃机控制器，该燃机控制器通过氧传感器与废气涡轮增压器控制连接。

进一步的，所述天然气内燃发电机组与市电之间连接有断路器，该断路器与智能电网控制器电性连接。

进一步的，所述所述蓄冷罐与蓄热罐之间连接有放冷泵，所述蓄热罐与用户之间连接有放热泵。

进一步的，所述蓄冷罐内通过斜温层分为热水腔、冷水腔，其中：所述热水腔连接蓄冷泵，所述冷水腔连接放冷泵。

本发明还提供一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统的运行方法，包括如下步骤：

步骤1：天然气内燃发电机组发出的电力通过断路器与市电并联运行，天然气内燃发电机组启动预热运行后通过智能电网控制器实现机组的并网运行；

步骤2：并联运行后天然气内燃发电机组的频率和市电一致，调节天然气内燃发电机组的节气门实现发电机组有功功率的输出，调节气门至发电机的额定负荷状态，调节发电机组的励磁电流来调节发电机的无功功率，使然气内燃发电机组分布式能源系统运行在稳定工况下；

步骤3：当蓄冷罐和蓄热罐蓄冷蓄热完毕时，停止天然气内燃发电机组；

步骤4：用户侧冷热负荷的变化通过蓄冷罐、蓄热罐的对应的放冷泵、放热泵在变频器作用下保持恒温调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明，在设定稳定状态下运行的 效率和能源综合效率最高，广泛适用于利用已有的消防水池或有条件建设冷热水罐的能完全消纳分布式能源产生的电力冷能和热能的分布式能源系统。

本发明，利用高品质高效运行的天然气内燃机分布式能源系统的最高发电效率并稳定运行及烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组和烟气换热器全部吸收并储存在冷热水罐中，用来做人员集中区域的空调供给系统，达到既节能又环保的目的。

附图说明

图1为本发明一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统图。

图2为本发明一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统供电示意图。

图3为本发明天然气内燃发电机组负荷和稀薄燃烧控制示意图。

图4为本发明蓄冷罐放冷和斜温层示意图。

图中：1-断路器、2-天然气内燃发电机组、3-缸套水热交换器、4-烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组、5-烟气换热机组A、6-烟气换热机组B、7-蓄冷罐、8-蓄热罐、9-用户、10-智能电网控制器、11-市电、12-放冷泵、13-放热泵、14-负载、15-废气涡轮增压器、16-中冷器、17-混合气、18-燃机控制器、19-节气门、20-氧传感器、21-斜温层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：

一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统，主要由天然气内燃发电机组2、烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组4、烟气换热机组A5、烟气换热机组B 6、蓄冷罐7、蓄热罐8、智能电网控制器10组成；

天然气内燃发电机组2在额定状态下可以保持最高发电效率并稳定运行，系统发出的电力完全被用户9的负载系统消纳，用户全部电力负荷在天然气内燃发电机组2额定负荷以上的变化部分负荷由(大电网)市电11来进行调节和平衡。天然气内燃发电机组2在额定状态下以最大发电效率运行时的缸套水余热和排烟余热通过烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组4和烟气换热机组A5、烟气换热机组B 6全部吸收并储存在蓄冷罐7、蓄热罐8中，用户9的用冷用热需求通过蓄冷罐7、蓄热罐8的放冷泵12、放热泵13根据用户9的实际需求进行调节和平衡。

天然气内燃发电机组2全额发出电力并且发出的电能能在用户9侧全部消纳，系统安全可靠稳定运行。此时天然气内燃发电机组2的发电效率处于最高效率，从而使天然气能源的电 效率最大化。

烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组4能完全吸收天然气内燃发电机组2的缸套水余热和烟气的余热并转化成冷水或者热水存在的系统的蓄冷罐7、蓄热罐8中，而不随用户9侧的冷热负荷随季节和天气的变化而变化。

用户9的冷热负荷变化通过与蓄冷罐7、蓄热罐8配套的放冷泵12、放热泵13通采用频控制系统进行温度准确调节。

本系统，其电、冷、热比例完全按分布式能源系统的机组特性以天然气内燃发电机组2额定功率供出电力，供出电力不随外界电热的变化，系统运行的 效率和能源综合效率最高。

本系统，要求天然气在天然气内燃发电机组2内通过燃机控制器以稀薄燃烧方式燃烧以减轻NOX的排放。

本发明的目的是针对现有分布式能源由于需要与用户9实现电冷热的平衡导致系统在部分负荷状态下发电效率不高而设计的一种然气稀薄燃烧、燃机满发、余热全利用的天然气内燃机分布式能源系统。现有天然气分布式能源并网运行时以热定电，天然气分布式能源系统孤网运行时以电定热，两种情况下需要中央控制系统根据用户9对天然气内燃发电机组2进行调节使之工作的部分负荷状态下而降低发电效率，发电效率的降低使分布式能源系统的电 效率降低，从而减少天然气产生的高品质二次能源电的数量。

本发明采用天然气内燃发电机组2在内燃机额定状态下以最高发电效率运行，发出的电由用户9侧全部消纳，用户9侧不够的并需要调节的部分由分供系统的电力供应。天然气内燃发电机组2的燃机组的烟气和缸套水余热由烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组4和烟气换热机组A5、烟气换热机组B 6全部吸收并储存的蓄冷罐7、蓄热罐8中，用户9侧冷热负荷的变化通过蓄冷罐7、蓄热罐8的放冷泵12、放热泵13在变频器作用下保持恒温调节。这样使天然气的综合能源利用率和 效率达到最大化。

本发明是这样实现的：天然气内燃发电机组2通过智能电网控制器10与分供系统的电网市电11并网运行，发出的电力由用户9全部消纳不上传。超出天然气内燃发电机组2电力的部分由分供系统的电网市电11提供。天然气内燃发电机组2的余热全部由烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组4和烟气换热机组A5、烟气换热机组B6吸收并通过蓄冷罐7、蓄热罐8进行储存，在蓄冷罐7、蓄热罐8的蓄冷和放冷过程中通过蓄冷罐7中的布水器严格控制斜温层21的高度而提高蓄冷罐7的蓄冷能力。用户9侧冷热负荷的变化通过放冷泵12、放热泵13利用变频器进行恒温控制，提高用户的舒适度。

本发明在如天然气内燃发电机组2等关键设备型号选定后其最佳运行工况下的电、冷、热比例是固定的情况下，本系统的前端电网能完全消纳系统产生的电力，分布式能源系统工程的后端能完全利用系统的余热所产生的一定量的冷能和热能。因此，本系统在城市范围得到广泛使用和推广，他不仅综合解决了建筑物的用电、用冷和用热问题同时提高了天然气产生的二次能源的品质和综合能源效率。较目前广泛使用的分供系统(市电供电并采用制冷供冷、锅炉燃烧制热水供热)相比具有节能和降低排放的优点。

本系统的应用还可起到天然气、分供电力的消峰填谷作用。夏季是用电的高峰，用气的低谷，其的运行不仅降低了用户夏季对电力的需求同时增加了用户在夏季对天然气的需求。

本系统的应用是城市分供系统供电的补充，提高了供电的安全性。天然气内燃发电机组2与市电11采取并网不上网的运行模式使天然气内燃发电机组2处在额定工况运行，其发电效率最高(同比天然气内燃发动机组在部分负荷状态下运行)，以产生最大的电能输出到用户11从而提高分布式能源系统输出能源的品质(电能的 效率为1，而分布式能源系统产生的冷能和热能在一定的环境温度/冷水温度/热水温度条件下的 效率分别为0.0821和0.1652)。天然气内燃发电机组2的高温烟气通过烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组4和烟气换热器(烟气换热机组A5、烟气换热机组B6)完全转化为冷能和热能储存在冷热水罐(蓄冷罐7、蓄热罐8)中使然气发电机余热全部利用，通过冷热水罐的放冷和放热泵(放冷泵12、放热泵13)与用户9的随季节和天气不断变化的冷热需求进行调节达到用需平衡。本发明由于采用了并网运行方式，用户9侧的电力负荷变化由市电11来做适应性调节，而天然气内燃发电机组2一致处于高效的额定稳态运行状态(然气供应量稳定在一定值)，系统采用的冷热水罐完全吸纳天然气内燃发电机组2的烟气和缸套水余热而不随用户负荷的变化而处于全负荷运行状态使得余热达到完全利用。因此该分布式能源系统在设定稳定状态下运行的 效率和能源综合效率最高，广泛适用于利用已有的消防水池或有条件建设冷热水罐的能完全消纳分布式能源产生的电力冷能和热能的分布式能源系统。

本发明与现有分布式能源系统相比具有然气内燃机发电效率高，系统天然气热效率高，可广泛适用于利用消防水池或有条件(需要一定的占地面积和建设资金的投入)建设冷热水罐的能完全消纳分布式能源产生的电力冷能和热能的分布式能源系统。

本发明还提供一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统的运行方法，包括如下步骤：

步骤1：天然气内燃发电机组2发出的电力通过断路器1与市电11并联运行，天然气内燃发电机组2启动预热运行后通过智能电网控制器10实现机组的并网运行；

步骤2：并联运行后天然气内燃发电机组2的频率和市电11一致，调节天然气内燃发电机组2的节气门19实现发电机组有功功率的输出，调节气门至发电机的额定负荷状态，调节发电机组的励磁电流来调节发电机的无功功率，使然气内燃发电机组2分布式能源系统运行在稳定工况下；

步骤3：当蓄冷罐7和蓄热罐8蓄冷蓄热完毕时，停止天然气内燃发电机组2；

步骤4：用户9侧冷热负荷的变化通过蓄冷罐7、蓄热罐8的对应的放冷泵12、放热泵13在变频器作用下保持恒温调节。

烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组4的运行工况使天然气内燃发电机组2的缸套水余热和烟气余热完全利用，并使冷冻水出水温度保持在7℃。

通过调接放冷泵12和放热泵13的运行频率是放冷量和放热量同用户9侧的用冷用热负荷平衡实现恒温提高舒适度。

本发明，利用高品质高效运行的天然气内燃机分布式能源系统的最高发电效率并稳定运行及烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组4和烟气换热器全部吸收并储存在冷热水罐中，用来做人员集中区域的空调供给系统，达到既节能又环保的目的。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统，其特征在于：包括天然气内燃发电机组(2)、烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组(4)、烟气换热机组A(5)、烟气换热机组B(6)、蓄冷罐(7)、蓄热罐(8)、智能电网控制器(10)，其中：所述天然气内燃发电机组(2)分别与市电(11)、智能电网控制器(10)连接，所述烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组(4)连接到天然气内燃发电机组(2)，所述蓄冷罐(7)分别与烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组(4)、蓄热罐(8)连接，所述蓄热罐(8)连接到用户(9)，所述烟气换热机组A(5)一端连接到天然气内燃发电机组(2)、烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组(4)之间的高温烟气管路上，另一端与蓄热罐(8)连接，所述烟气换热机组B(6)一端连接到烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组(4)，另一端连接到烟气换热机组A(5)、蓄热罐(8)之间的管路上；所述高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统还包括缸套水热交换器(3)，该缸套水热交换器(3)一端连接到天然气内燃发电机组(2)、烟气、热水型溴化锂双效吸收式冷水机组(4)之间的缸套冷却水管路上，另一端与蓄热罐(8)连接；混合气(17)分别进入到其连接的中冷器(16)、节气门(19)，该节气门(19)与天然气内燃发电机组(2)连接，该中冷器(16)与废气涡轮增压器(15)连接，所述天然气内燃发电机组(2)连接废气涡轮增压器(15)，所述智能电网控制器(10)连接燃机控制器(18)，该燃机控制器(18)通过氧传感器(20)与废气涡轮增压器(15)控制连接。

2.根据权利要求1所述的一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统，其特征在于：所述天然气内燃发电机组(2)与市电(11)的连接采取并网不上网的运行模式。

3.根据权利要求1所述的一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统，其特征在于：所述天然气内燃发电机组(2)与市电(11)之间连接有断路器(1)，该断路器(1)与智能电网控制器(10)电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统，其特征在于：所述所述蓄冷罐(7)与蓄热罐(8)之间连接有放冷泵(12)，所述蓄热罐(8)与用户(9)之间连接有放热泵(13)。

5.根据权利要求1所述的一种高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统，其特征在于：所述蓄冷罐(7)内通过斜温层(21)分为热水腔、冷水腔，其中：所述热水腔连接蓄冷泵，所述冷水腔连接放冷泵(12)。

6.一种如权利要求1~5任一项所述的高品效运行的天然气内燃机分布式能源系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：天然气内燃发电机组(2)发出的电力通过断路器(1)与市电(11)并联运行，天然气内燃发电机组(2)启动预热运行后通过智能电网控制器(10)实现机组的并网运行；

步骤2：并联运行后天然气内燃发电机组(2)的频率和市电(11)一致，调节天然气内燃发电机组(2)的节气门(19)实现发电机组有功功率的输出，调节气门至发电机的额定负荷状态，调节发电机组的励磁电流来调节发电机的无功功率，使然气内燃发电机组(2)分布式能源系统运行在稳定工况下；

步骤3：当蓄冷罐(7)和蓄热罐(8)蓄冷蓄热完毕时，停止天然气内燃发电机组(2)；

步骤4：用户(9)侧冷热负荷的变化通过蓄冷罐(7)、蓄热罐(8)的对应的放冷泵(12)、放热泵(13)在变频器作用下保持恒温调节。