CN111811164A - 一种天然气冷热联产方法 - Google Patents

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CN111811164A CN202010495327.6A CN202010495327A CN111811164A CN 111811164 A CN111811164 A CN 111811164A CN 202010495327 A CN202010495327 A CN 202010495327A CN 111811164 A CN111811164 A CN 111811164A
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范峻铭
孟伟
李璐伶
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Shenzhen Deep Combustion Gas Technology Research Institute
Shenzhen Gas Corp Ltd
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Shenzhen Deep Combustion Gas Technology Research Institute
Shenzhen Gas Corp Ltd
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Abstract

本发明公开了一种天然气冷热联产方法，所述方法同所述内燃机将天热气转换为电能，并基于所述电能输出冷却水以及水源，最后通过热回收单元吸收所述内燃机形成的燃机缸套水以及内燃机烟气的热量，以将冷却输出单元输入的水源升温后输出。本发明通过将产生的电能用于冷能和热能输出，这样可以避免其受到谷电价影响，使得天然气冷热联产无需停机，进而提高了天然气冷热联产的生产效率。

Description

一种天然气冷热联产方法
技术领域
本发明涉及超声技术领域，特别涉及一种天然气冷热联产方法。
背景技术
天然气冷热电三联供技术是基于“温度对口，梯级利用”基本原理，将天然气燃烧后热量按照“高温热量用于发电、中温热量用于制冷、低温热量用于制热”的基本原则实现冷热电三联供。
天然气冷热电三联供技术实现了天然气利用“高效-清洁-低碳”三位一体的目标。然而，当天然气冷热电三联供设备主要用于产生电能，然而当面对低谷电价时，天然气冷热电三联供设备产生的电能会低于生产成本，因而天然气冷热电三联供设备需关停，使得天然气冷热电三联供设备的生产率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种天然气冷热联产方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种天然气冷热联产方法，其中，所述方法包括：
提供一内燃机，所述内燃机将天热气转换为电能；
提供一冷热输出单元，所述冷热输出单元与所述内热机相连接，并基于所述电能输出冷却水以及水源；
提供一热回收单元，所述热回收单元与所述冷热输出单元和所述内燃机相连接；所述热回收单元吸收所述内燃机形成的燃机缸套水以及内燃机烟气的热量，以将冷却输出单元输入的水源升温后输出。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述冷热输出单元包括：压缩机、冷凝器以及蒸发器；所述压缩机、冷凝器以及所述蒸发器依次首尾连接冷媒流路，并通过所述蒸发器输出冷却水；所述压缩机与所述内燃机相连接，以为所述冷媒流路提供能源；所述冷凝器与所述换热单元相连接，并为所述换热单元提供水源。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述冷热输出单元与所述内热机相连接，并基于所述电能输出冷却水以及水源具体包括：
所述内热机为所述压缩机提供电能，所述压缩机对所述冷媒流路中的循环介质进行压缩；
压缩后的循环介质在所述冷凝器中对流入冷凝器的自来水进行加热，加热后的自来水作为换热单元的水源；
经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机，所述蒸发器为用户端提供冷却水。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机，所述蒸发器为用户端提供冷却水具体包括：
当用户端存在冷负荷需求时，经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机，并通过所述蒸发器为用户端提供冷却水；
当用户端无冷负荷需求时，蒸发器转变为空气换热器，经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述冷热输出单元包括节流阀，所述节流阀位于所述冷凝器与所述蒸发器之间，并对流经所述节流阀的冷媒进行降压。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述换热单元包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器与所述内燃机相连接，并与所述内热机之间形成缸套水回路；所述第二换热器分别与所述冷热输出单元以及第二换热器相连接；所述第二换热器与所述内燃机相连接。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述天然气冷热联产系统还包括：电网并网模块，所述电网并网模块位于所述内燃机与所述冷热输出单元之间，通过所述电网并网模块将所述内热机产生的电能传输至所述冷热输出单元。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述电网并网模块位于所述内燃机与所述冷热输出单元之间，通过所述电网并网模块将所述内热机产生的电能传输至所述冷热输出单元具体包括：
当所述冷热输出单元在非满负荷条件下，电网并网模块能分别与所述冷热输出单元以及用户端连接；所述电网并网模块将所述内热机产生的部分电能传输至所述冷热输出单元，并部分电能传输至用户端相连接，以为所述用户端提供电能；
当所述冷热输出单元在满负荷条件下，电网并网模块能与所述冷热输出单元相连接；所述电网并网模块将所述内热机产生的部分电能传输至所述冷热输出单元。
一种天然气冷热联产系统，其中，所述系统包括：
内燃机；
冷热输出单元，所述冷热输出单元与所述内热机相连接，并基于所述电能输出冷却水以及水源；
热回收单元，所述热回收单元与所述冷热输出单元和所述内燃机相连接；所述热回收单元吸收所述内燃机形成的燃机缸套水以及内燃机烟气的热量，以将冷却输出单元输入的水源升温后输出。
所述天然气冷热联产系统，其还包括电网并网模块，所述电网并网模块位于所述内燃机与所述冷热输出单元之间，通过所述电网并网模块将所述内热机产生的电能传输至所述冷热输出单元。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种天然气冷热联产方法，所述方法同所述内燃机将天热气转换为电能，并基于所述电能输出冷却水以及水源，最后通过热回收单元吸收所述内燃机形成的燃机缸套水以及内燃机烟气的热量，以将冷却输出单元输入的水源升温后输出。本发明通过将产生的电能用于冷能和热能输出，这样可以避免其受到谷电价影响，使得天然气冷热联产无需停机，进而提高了天然气冷热联产的生产效率。
附图说明
图1为本发明提供的天然气冷热联产方法的流程图。
图2为本发明提供的天然气冷热联产系统的结构原理图。
具体实施方式
本发明提供一种天然气冷热联产方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本实施例提供了一种天然气冷热联产系统，如图1所示，所述联产系统包括内燃机10、冷热输出单元以及热回收单元；所述冷热输出单元和所述热回收单元分别与所述内燃机10相连接，所述内燃机10用于将天热气转换为电能，所述冷热输出单元用于基于所述电能输出冷却水以及水源，所述热回收单元吸收所述内燃机10形成的燃机缸套水以及内燃机10烟气的热量，以回收内燃机10产生的余热；所述冷热输出单元与所述热回收单元相连接，以为所述热回收单元提供水源；所述热回收单元通过内燃机10产生的余热对所述水源进行加热，以输出升温后的水源。本实施例通过冷热输出单元与内燃机10相连接，利用内燃机10产生的电能来形成冷却水以及对自来水进行预加热，并通过热回收单元对内燃机10产生的余热进行回收，且利用回收的余热对于加热的自来水(冷热输出单元提供的水源)进行再次加热以提高热水，从而实现了冷热联产。本实施例将内燃机10产生的电能均用于冷能和热能输出，这样可以避免其受到谷电价影响，使得天然气冷热联产无需停机，进而提高了天然气冷热联产的生产效率。
进一步，所述内燃机10可以使用于多种类型燃气，如天然气、生物燃气、合成气等。其中，所述内燃机10发电效率大于30％，产生的烟气温度在400℃-550℃之间，生成的高温缸套水温度在70℃-85℃之间。基于此，所述内燃机10产生的烟气和高温缸套水携带余热，可以为热回收单元提高余热。
进一步，所述冷热输出单元包括：压缩机30、冷凝器40以及蒸发器50；所述压缩机30、冷凝器40以及所述蒸发器50依次首尾连接冷媒流路，并通过所述蒸发器50输出冷却水；所述压缩机30与所述内燃机10相连接，以为所述冷媒流路提供能源；所述冷凝器40与所述换热单元相连接，并为所述换热单元提供水源。其中，压缩机30的主要作用是将低温低压循环介质压缩至高温高压状态；所述冷凝器40用于将高温高压循环介质冷却至中温高压状态，该过程释放的热量与输入冷凝器40的常温水进行热交换，以将常温水变成低品位热水；所述蒸发器50用于将低温低压循环介质变成常温低压循环介质，该过程吸收的热量源自冷冻水，降温后的冷冻水可用作输送至用户端(例如，用作冷空调输出等)。
进一步，在一个具体实现方式中，所述冷热输出单元包括节流阀60，所述节流阀60位于所述冷凝器40与所述蒸发器50之间，并对流经所述节流阀60的冷媒进行降压。可以理解的是，所述节流阀60的输入端与冷凝器40相连接，所述节流阀60的输出端与所述蒸发器50相连接，所述节流阀60经过冷凝器40形成的中温高压循环介质变成低温低压循环介质，并将形成的低温低压循环介质输入蒸发器50。
进一步，在一个具体实现方式中，所述冷热输出单元中的蒸发器50可以基于用户端冷负荷需求进行更换，其中，当用户端存在冷负荷需求时，经过冷凝器40的循环介质经过所述蒸发器50回流至压缩机30，并通过所述蒸发器50为用户端提供冷却水；当用户端无冷负荷需求时，蒸发器50可以更换为空气换热器，经过冷凝器40的循环介质经过所述蒸发器50回流至压缩机30，这样在用户端无冷负荷需求时，可以提高热能的生产效率。例如，用户端存在冷负荷需求，低温低压循环介质可通过蒸发器50吸热变为常温低压循环介质，该过程吸收的热量可将冷冻水从约14℃将至约7℃；当用户端无冷负荷需求时，低温低压循环介质可通过空气换热器吸热变为常温低压循环介质。
进一步，在一个具体实现方式中，为了提高能源利用率，所述内燃机10与所述冷热输出单元之间设置有电网并网模块20，所述电网并网模块20位于所述内燃机10与所述冷热输出单元之间，通过所述电网并网模块20将所述内热机产生的电能传输至所述冷热输出单元。所述电网并网模块20用于控制输入至冷热输出单元的电能量，并且输入至冷热输出单元的电能量基于冷热输出单元的负荷情况确定。可以理解的是，电网并网模块20获取冷热输出单元的负荷信息，并基于所述负荷信息调整输入冷热输出单元的电能量，以使得输入冷热输出单元的电能量可以满足冷热输出单元的需求，又可以避免冷热输出单元产生多余的冷能和/或热能而造成能源浪费的问题。其中，所述电网并网模块20可以对内容燃机产生的电力的频率、电相、电压、电流等参数进行调节，使其与冷热输出单元所需的电能参数一致。
基于此，本实施例的一个具体实现方式中，所述电网并网模块20输入冷热输出单元的电能量与冷热输出单元的负荷的对应关系可以为：当所述冷热输出单元在非满负荷条件下，电网并网模块20能分别与所述冷热输出单元以及用户端连接；所述电网并网模块20将所述内热机产生的部分电能传输至所述冷热输出单元，并部分电能传输至用户端相连接，以为所述用户端提供电能；当所述冷热输出单元在满负荷条件下，电网并网模块20能与所述冷热输出单元相连接；所述电网并网模块20将所述内热机产生的部分电能传输至所述冷热输出单元。例如，当用户端所需冷能和热能不处于额定工况条件下时(提供的冷量和热量大于用户需求时)，获取冷热输出单元对应的用户端所需冷量需求(制冷温度)和热量需求(热水温度和流量)，电网并网模块20可以基于获取到冷量需求和热量需求对内燃机10产生的电能进行分配，燃气内燃机10产生的多余电能可经过电网并网模块20通过用户端电网母线传输，供用户内部电消费。
进一步，所述换热单元包括第一换热器80和第二换热器70，所述第一换热器80与所述内燃机10相连接，并与所述内热机之间形成缸套水回路；所述第二换热器70分别与所述冷热输出单元以及第二换热器70相连接；所述第二换热器70与所述内燃机10相连接。其中，所述第一换热器80包括第一流路和第二流路，所述第一流路的入口与所述内燃机10缸套水出口相连接，第一流路的出口与所述内燃机10缸套水出口相连接，以使得第一换热器80和内燃机10之间形成缸套水回路。所述第二流路的入口与所述冷热输出单元相连接，第二流路的出口与第二换热器70的水源流路的入口相连接；第二流路中的水源与第一流路中的内燃机10缸套水进行热交换，以通过回收内燃机10缸套水携带热量来对第二流路中的水源进行加热，实现了内燃机10缸套水的余热回收。所述第二换热器70包括水源流路和烟气流路，水源流路的入口与第一换热器80相连接，水源流路的出口为用户端提供热水；烟气流路的入口与内燃机10的烟气出口相连接，烟气流路的出口将经过换热的烟气排除，水源流路中的水源与烟气流路中的烟气进行热交换，以通过回收烟气携带热量来对水源流路中的水源进行加热，实现了回收烟气余热。此外，在实际应用中，所述第二换热器70与内燃机10之间可以设置有内燃机10烟气排空阀，通过所述内燃机10烟气排空阀调整流程第二换热器70中的烟气流量，这样可以调节通过第二换热器70输出的生活热水的温度。例如，当用户端所需热量负荷小于预设阈值时，通过调节内燃机10烟气排空阀开度用以调节烟气流量大小，以此控制生成热量。
举例说明：常温水通过冷热输出单元中的冷凝器40进行换热后可升至30℃-40℃之间(额定流量下)，生成的低品位热水通过第一换热器80与内燃机10缸套水进行换热，热水温度可升至40℃-50℃之间，缸套水温差变化约15℃，冷却后的缸套水可重新送回内燃机10组用于冷却机组；升温后的热水通过第二换热单元与内燃机10烟气换热，生成50℃-60℃之间的生活热水。
基于上述天然气冷热联产系统，本实施例还提供了一种天然气冷热联产方法，如图2所示，所述方法包括：
S10、提供一内燃机，所述内燃机将天热气转换为电能；
S20、提供一冷热输出单元，所述冷热输出单元与所述内热机相连接，并基于所述电能输出冷却水以及水源；
S30、提供一热回收单元，所述热回收单元与所述冷热输出单元和所述内燃机相连接；所述热回收单元吸收所述内燃机形成的燃机缸套水以及内燃机烟气的热量，以将冷却输出单元输入的水源升温后输出。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述冷热输出单元包括：压缩机、冷凝器以及蒸发器；所述压缩机、冷凝器以及所述蒸发器依次首尾连接冷媒流路，并通过所述蒸发器输出冷却水；所述压缩机与所述内燃机相连接，以为所述冷媒流路提供能源；所述冷凝器与所述换热单元相连接，并为所述换热单元提供水源。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述冷热输出单元与所述内热机相连接，并基于所述电能输出冷却水以及水源具体包括：
所述内热机为所述压缩机提供电能，所述压缩机对所述冷媒流路中的循环介质进行压缩；
压缩后的循环介质在所述冷凝器中对流入冷凝器的自来水进行加热，加热后的自来水作为换热单元的水源；
经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机，所述蒸发器为用户端提供冷却水。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机，所述蒸发器为用户端提供冷却水具体包括：
当用户端存在冷负荷需求时，经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机，并通过所述蒸发器为用户端提供冷却水；
当用户端无冷负荷需求时，蒸发器转变为空气换热器，经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述冷热输出单元包括节流阀，所述节流阀位于所述冷凝器与所述蒸发器之间，并对流经所述节流阀的冷媒进行降压。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述换热单元包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器与所述内燃机相连接，并与所述内热机之间形成缸套水回路；所述第二换热器分别与所述冷热输出单元以及第二换热器相连接；所述第二换热器与所述内燃机相连接。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述天然气冷热联产系统还包括：电网并网模块，所述电网并网模块位于所述内燃机与所述冷热输出单元之间，通过所述电网并网模块将所述内热机产生的电能传输至所述冷热输出单元。
所述的天然气冷热联产方法，其中，所述电网并网模块位于所述内燃机与所述冷热输出单元之间，通过所述电网并网模块将所述内热机产生的电能传输至所述冷热输出单元具体包括：
当所述冷热输出单元在非满负荷条件下，电网并网模块能分别与所述冷热输出单元以及用户端连接；所述电网并网模块将所述内热机产生的部分电能传输至所述冷热输出单元，并部分电能传输至用户端相连接，以为所述用户端提供电能；
当所述冷热输出单元在满负荷条件下，电网并网模块能与所述冷热输出单元相连接；所述电网并网模块将所述内热机产生的部分电能传输至所述冷热输出单元。
此外，上述天然气冷热联产方法的具体实现过程与上述天然气冷热联产系统中工作过程相同，并且在天然气冷热联产系统中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种天然气冷热联产方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一内燃机，所述内燃机将天热气转换为电能；
提供一冷热输出单元，所述冷热输出单元与所述内热机相连接，并基于所述电能输出冷却水以及水源；
提供一热回收单元，所述热回收单元与所述冷热输出单元和所述内燃机相连接；所述热回收单元吸收所述内燃机形成的燃机缸套水以及内燃机烟气的热量，以将冷却输出单元输入的水源升温后输出。
2.根据权利要求1所述的天然气冷热联产方法，其特征在于，所述冷热输出单元包括：压缩机、冷凝器以及蒸发器；所述压缩机、冷凝器以及所述蒸发器依次首尾连接冷媒流路，并通过所述蒸发器输出冷却水；所述压缩机与所述内燃机相连接，以为所述冷媒流路提供能源；所述冷凝器与所述换热单元相连接，并为所述换热单元提供水源。
3.根据权利要求2所述天然气冷热联产方法，其特征在于，所述冷热输出单元与所述内热机相连接，并基于所述电能输出冷却水以及水源具体包括：
所述内热机为所述压缩机提供电能，所述压缩机对所述冷媒流路中的循环介质进行压缩；
压缩后的循环介质在所述冷凝器中对流入冷凝器的自来水进行加热，加热后的自来水作为换热单元的水源；
经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机，所述蒸发器为用户端提供冷却水。
4.根据权利要求2所述天然气冷热联产方法，其特征在于，所述经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机，所述蒸发器为用户端提供冷却水具体包括：
当用户端存在冷负荷需求时，经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机，并通过所述蒸发器为用户端提供冷却水；
当用户端无冷负荷需求时，蒸发器转变为空气换热器，经过冷凝器的循环介质经过所述蒸发器回流至压缩机。
5.根据权利要求2所述天然气冷热联产方法，其特征在于，所述冷热输出单元包括节流阀，所述节流阀位于所述冷凝器与所述蒸发器之间，并对流经所述节流阀的冷媒进行降压。
6.根据权利要求1所述天然气冷热联产方法，其特征在于，所述换热单元包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器与所述内燃机相连接，并与所述内热机之间形成缸套水回路；所述第二换热器分别与所述冷热输出单元以及第二换热器相连接；所述第二换热器与所述内燃机相连接。
7.根据权利要求1所述天然气冷热联产方法，其特征在于，所述天然气冷热联产系统还包括：电网并网模块，所述电网并网模块位于所述内燃机与所述冷热输出单元之间，通过所述电网并网模块将所述内热机产生的电能传输至所述冷热输出单元。
8.根据权利要求7所述天然气冷热联产方法，其特征在于，所述电网并网模块位于所述内燃机与所述冷热输出单元之间，通过所述电网并网模块将所述内热机产生的电能传输至所述冷热输出单元具体包括：
当所述冷热输出单元在非满负荷条件下，电网并网模块能分别与所述冷热输出单元以及用户端连接；所述电网并网模块将所述内热机产生的部分电能传输至所述冷热输出单元，并部分电能传输至用户端相连接，以为所述用户端提供电能；
当所述冷热输出单元在满负荷条件下，电网并网模块能与所述冷热输出单元相连接；所述电网并网模块将所述内热机产生的部分电能传输至所述冷热输出单元。
9.一种天然气冷热联产系统，其特征在于，所述系统包括：
内燃机；
冷热输出单元，所述冷热输出单元与所述内热机相连接，并基于所述电能输出冷却水以及水源；
热回收单元，所述热回收单元与所述冷热输出单元和所述内燃机相连接；所述热回收单元吸收所述内燃机形成的燃机缸套水以及内燃机烟气的热量，以将冷却输出单元输入的水源升温后输出。
10.根据权利要求9所述天然气冷热联产系统，其特征在于，其还包括电网并网模块，所述电网并网模块位于所述内燃机与所述冷热输出单元之间，通过所述电网并网模块将所述内热机产生的电能传输至所述冷热输出单元。
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