CN114251643A - 一种多能互补综合能源系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种多能互补综合能源系统，包括液化天然气供气单元、燃气轮机发电单元、余热锅炉、汽轮机发电单元、压缩空气制取装置、余压发电单元、余热制冷/制热装置、蓄冷模块；液化天然气供气单元连接蓄冷换热器和三级换热器，余热锅炉设有烟气换热器，烟气换热器的冷侧连接循环水管；蓄冷换热器的第一侧串接于液化天然气供气单元，蓄冷换热器的第二侧串接于蓄冷模块；三级换热器的第一侧串接液化天然气供气单元，所述三级换热器的第二侧连接所述循环水管。上述多能互补综合能源系统利用液化天然气的气化进行制冷，借助余热锅炉的低温烟气加热循环给水，给水加热天然气，实现系统的冷能、余热、余压的充分利用，显著提高系统的能量利用效率。
Description
技术领域
本申请涉及综合能源系统规划设计领域，特别涉及一种多能互补综合能源系统。
背景技术
能源发展水平是衡量一个国家综合国力和文明发达程度的重要指标。我国能源利用综合效率与发达国家还有一定差距，重要原因是有很多能量没有得到合理高效的利用，造成能量的浪费。以燃气轮机为原动机的燃气联供综合能源系统，是能够实现大幅度节能减排的能源系统，就近向用户输出电、冷、热等多种能源产品，对建设国家可持续能源体系具有重要的战略意义。以燃气联供系统为基础的多能互补综合能源系统存在多种能源的输入和输出，在能量转换和能量传输过程中的高效转化和利用是解决综合能源系统提质增效的关键。在双气源(管道天然气和液化天然气也即LNG)的综合能源系统中，系统的效率有待进一步提升。
发明内容
本申请的目的是提供一种多能互补综合能源系统，该多能互补综合能源系统能够充分利用液化天然气的气化进行制冷，借助余热锅炉的低温烟气加热循环给水，同时借助部分加热后的给水加速液化天然气气化，显著提高了系统的效率。
为实现上述目的，本申请提供一种多能互补综合能源系统，包括液化天然气供气单元、燃气轮机发电单元、余热锅炉和汽轮机发电单元；
所述液化天然气供气单元连接蓄冷换热器和三级换热器，所述余热锅炉设有烟气换热器，所述烟气换热器的冷侧连接循环水管；
所述蓄冷换热器的第一侧串接于所述液化天然气供气单元，所述蓄冷换热器的第二侧串接于蓄冷模块；所述三级换热器的第一侧串接所述液化天然气供气单元，所述三级换热器的第二侧连接所述循环水管。
可选地，所述蓄冷换热器包括一级换热器和二级换热器，所述蓄冷模块包括与所述一级换热器的第二侧连接且用于储存冷媒的第一蓄冷装置，以及与所述二级换热器的第二侧连接且用于储存冷水的第二蓄冷装置。
可选地，还包括有机朗肯循环单元，所述有机朗肯循环单元设有冷凝器和用于蒸发有机工质的蒸发换热器，所述蒸发换热器的高温侧连接所述循环水管，所述冷凝器的低温侧连接所述第二蓄冷装置，和/或，所述冷凝器的低温侧连接所述二级换热器的第二侧。
可选地，还包括压缩空气制取装置，所述第二蓄冷装置连接并用于冷却所述压缩空气制取装置，和/或，所述二级换热器的第二侧连接并用于冷却所述压缩空气制取装置。
可选地，所述余热锅炉连接中压蒸汽管和低压蒸汽管，所述中压蒸汽管连接所述汽轮机发电单元，所述汽轮机发电单元连接抽汽管，所述抽汽管连接第二余压发电单元，所述低压蒸汽管连接余热制冷/制热装置。
可选地，所述中压蒸汽管并联设置旁路管道，所述旁路管道串接第一余压发电单元。
可选地，所述旁路管道的入口前连接蒸汽参数检测模块，所述旁路管道位于所述第一余压发电单元的入口前设有第一阀组，所述中压蒸汽管与所述旁路管道的并联段设有第二阀组，还包括连接所述第一阀组、所述第二阀组和所述蒸汽参数检测模块的控制单元。
可选地，所述循环水管连接所述余热制冷/制热装置。
可选地，所述抽汽管连接所述低压蒸汽管，所述抽汽管和所述低压蒸汽管之间连接减压阀组。
可选地，所述压缩空气制取装置连接压缩空气储存装置。
相对于上述背景技术，本申请所提供的多能互补综合能源系统在利用液化天然气供气单元向燃气轮机发电单元供气过程中，充分利用液化天然气的气化过程制冷，实现液化天然气的冷能的梯级利用，借燃气轮机发电单元、余热锅炉和汽轮机发电单元联合提高热电转换效率，同时进一步借助余热锅炉的低温烟气经烟气换热器加热循环给水，既提高余热锅炉的进水温度，又能利用部分给水加速液化天然气的气化，充分利用液化天然气的冷能和烟气余热，提高系统的整体运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请所提供的多能互补综合能源系统的系统图。
其中：
1-一级换热器、2-二级换热器、3-三级换热器、4-第一蓄冷装置、5-蓄热装置、6-第二蓄冷装置、7-天然气管道、8-燃气轮机发电单元、9-余热锅炉、10-烟气换热器、11-中压蒸汽管、12-低压蒸汽管、13-第一余压发电单元、14-汽轮机发电单元、15-抽汽管、16-第二余压发电单元、17-循环水管、18-余热制冷/制热装置、19-有机朗肯循环单元、20-蒸发换热器、21-冷凝器、22-压缩空气制取装置、23-压缩空气储存装置。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
本申请提供一种多能互补综合能源系统，该综合能源系统可以利用液化天然气及管网天然气供气，采用燃气-蒸汽联合循环发电，实现梯级利用液化天然气的气化进行制冷，借助烟气换热器10吸收排烟余热加热循环给水，加速液化天然气的气化，高效利用系统烟气余热和液化天然气冷能，提高多能互补综合能源系统的运行效率。
请参考图1，本申请实施例所提供的多能互补综合能源系统至少包括液化天然气供气单元、燃气轮机发电单元8、余热锅炉9和汽轮机发电单元14，还可根据需要将燃气轮机发电单元8的燃气轮机燃烧室与天然气管道7连接，直接利用管网天然气供气。其中，液化天然气供气单元和天然气管道7均用来向燃气轮机发电单元8提高天然气燃料，二者与燃气轮机发电单元8的燃气轮机燃烧室连接，且液化天然气供气单元和管网天然气均设置对应的控制阀组。燃气轮机发电单元8包括燃气轮机和发电机，燃气轮机用来驱动发电机发电，燃气轮机排出的高温烟气则通入余热锅炉9，从而利用余热锅炉9产生的中压蒸汽驱动汽轮机发电单元14发电。
为充分利用液化天然气的冷能和余热锅炉9的排烟余热，提高系统的运行效率，液化天然气供气单元的供气管道上依次设置蓄冷换热器和三级换热器3，蓄冷换热器和三级换热器3的第一侧均与供气管道连接，蓄冷换热器的第二侧与蓄冷模块连接，通过向蓄冷换热器的第二侧通入冷媒/水等蓄冷介质，吸收液化天然气的气化时产生的冷量，储存在蓄冷模块内。余热锅炉9的烟道内设置烟气换热器10，烟气换热器10的冷侧连接循环水管17，通过向烟气换热器10通入循环给水，吸收烟气余热，高效利用烟气提高余热锅炉9的给水温度；同时，还可借助部分加热后的循环给水通入三级换热器3的第二侧，加速液化天然气气化，蓄冷换热器的入口前可根据需要设置节流组件。循环水管17还连接蓄热装置5，用来储存烟气加热升温后的循环给水备用。
在一实施例中，蓄冷换热器设置为两个，分别为一级换热器1和二级换热器2，蓄冷模块对应包括第一蓄冷装置4和第二蓄冷装置6。第一蓄冷装置4连接一级换热器1的第二侧，通过向一级换热器1的第二侧通入冷媒，冷媒在一级换热器1处吸收液化天然气气化产生的冷量变为低温冷媒，低温冷媒储存在第一蓄冷装置4内。第二蓄冷装置6连接二级换热器2的第二侧，通过向二级换热器2的第二侧通入冷水，冷水在二级换热器2处吸收液化天然气进一步气化产生的冷量进一步过冷，最后储存在第二蓄冷装置6内。
在一实施例中，上述多能互补综合能源系统还包括有机朗肯循环单元19，有机朗肯循环单元19是指利用低沸点的有机工质为介质进行朗肯循环实现利用低品位的余热发电的单元。本实施例中，有机朗肯循环单元19包括有机工质泵、蒸发换热器20、透平机、发电机和冷凝器21，蒸发换热器20的热侧或高温侧用来通入经烟气加热后的循环给水，也即蒸发换热器20的高温侧可连接至蓄热装置5或循环水管17；蒸发换热器20的低温侧供有机工质流过并吸热蒸发，蒸发后的有机工质在透平机膨胀做功，经冷凝器21降温冷凝，再次由有机工质泵输送至蒸发换热器20参与循环。冷凝器21的低温测连接第二蓄冷装置6，冷凝器21的高温侧供有机工质流过并降温冷凝，利用第二蓄冷装置6的低温冷水降低有机工质的冷凝温度，有机朗肯循环单元19的效率。可以想到的是，冷凝器21的低温侧还可以直接与二级换热器2的第二侧串接，在二级换热器2降温后的冷水直接流向冷凝器21，提高液化天然气的冷能利用效率。
此外，多能互补综合能源系统还包括压缩空气制取装置22，压缩空气制取装置22连接压缩空气储存装置23，第二蓄冷装置6或二级换热器2的第二侧可连接至压缩空气制取装置22对压缩空气制取装置22进行冷却，实现冷能的充分利用。压缩空气制取装置22制取的压缩空气则可以用于余热锅炉9以及烟气换热器10等受热面处的吹扫，避免传热面处积灰结垢造成传热恶化，保障换热效率。
余热锅炉9的蒸汽分别经中压蒸汽管11和低压蒸汽管12输出，中压蒸汽用于驱动汽轮机发电单元14发电，低压蒸汽管12则连接余热制冷/制热装置18，利用低压蒸汽制备冷水/热水，余热制冷/制热装置18实质上为一种热泵，其工作原理可参考现有技术，第二蓄冷装置6可连接至余热制冷/制热装置18的冷水供应管道，配合余热制冷/制热装置18供应冷水。汽轮机发电单元14包括汽轮机和与汽轮机连接的发电机，汽轮机的低压排汽口连接抽汽管15，抽汽管1抽出的蒸汽具有一定的余热余压，本申请在抽汽管15的后段连接第二余压发电单元16，第二余压发电单元16为蒸汽余压发电装置，当第二余压发电单元故障时，抽汽经喷水减温后输送至汽轮机发电单元14的冷凝器21。此外，抽汽管15还可连接至低压蒸汽管12，抽汽管15和低压蒸汽管12之间连接减压阀组，减压阀组根据第二余压发电单元16的运行状态导通或关断，保证低压蒸汽的供应。而上述余热制冷/制热装置18不仅可以利用低压蒸汽余热制取冷水/热水，还可以连接蓄热装置5或循环水管17，利用与烟气换热升温后的循环给水的余热运行。
为优化上述实施例，提高中压蒸汽能量的梯级利用，同时保证汽轮机发电单元14的进汽参数，中压蒸汽管11的局部段并联设置旁路管道，旁路管道设置第一余压发电单元13，旁路管道上第一余压发电单元13的进汽口前设置第一阀组，中压蒸汽管11上旁路管道的入口前则设有蒸汽参数检测模块，中压蒸汽管11与旁路管道并联的局部段设置第二阀组，蒸汽参数检测模块、第一阀组和第二阀组均连接至控制器，蒸汽参数检测模块用来检测蒸汽的温度和压力，控制器判断中压蒸汽的温度压力过高时，控制第一阀组导通并调整开度，第二阀组关断，中压蒸汽在第一余压发电单元13做功后再进入汽轮机发电单元14；当中压蒸汽的温度压力满足汽轮机发电单元14的进气参数要求时，控制器控制第一阀组关断、第二阀组导通并调整开度，中压蒸汽直接驱动汽轮机发电单元14运行。
本申请所提供的多能互补综合能源系统能够梯级利用液化天然气的冷量；提高余热锅炉9的烟气余热利用效率；借助第一余压发电装置和第二余压发电装置实现整理余压的梯级利用；运行液化天然气的冷能提高压缩空气制取装置22的生产效率；借助液化天然气的冷能和烟气余热，提高有机朗肯循环单元19的运行效率，实现烟气余热充分利用；而且能够根据系统的高效运行和用户侧的能量需要，以便控制各阀组的通断及开度大小控制，实现系统高效和能源综合利用；利用第一蓄冷装置4、第二蓄冷装置6、蓄热装置5和压缩空气储存装置23缓冲，实现系统的高效灵活运行。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本申请所提供的多能互补综合能源系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种多能互补综合能源系统，其特征在于，包括液化天然气供气单元、燃气轮机发电单元、余热锅炉和汽轮机发电单元；
所述液化天然气供气单元连接蓄冷换热器和三级换热器，所述余热锅炉设有烟气换热器，所述烟气换热器的冷侧连接循环水管；
所述蓄冷换热器的第一侧串接于所述液化天然气供气单元，所述蓄冷换热器的第二侧串接于蓄冷模块；所述三级换热器的第一侧串接所述液化天然气供气单元，所述三级换热器的第二侧连接所述循环水管。
2.根据权利要求1所述的多能互补综合能源系统，其特征在于，所述蓄冷换热器包括一级换热器和二级换热器，所述蓄冷模块包括与所述一级换热器的第二侧连接且用于储存冷媒的第一蓄冷装置，以及与所述二级换热器的第二侧连接且用于储存冷水的第二蓄冷装置。
3.根据权利要求2所述的多能互补综合能源系统，其特征在于，还包括有机朗肯循环单元，所述有机朗肯循环单元设有冷凝器和用于蒸发有机工质的蒸发换热器，所述蒸发换热器的高温侧连接所述循环水管，所述冷凝器的低温侧连接所述第二蓄冷装置，和/或，所述冷凝器的低温侧连接所述二级换热器的第二侧。
4.根据权利要求2所述的多能互补综合能源系统，其特征在于，还包括压缩空气制取装置，所述第二蓄冷装置连接并用于冷却所述压缩空气制取装置，和/或，所述二级换热器的第二侧连接并用于冷却所述压缩空气制取装置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多能互补综合能源系统，其特征在于，所述余热锅炉连接中压蒸汽管和低压蒸汽管，所述中压蒸汽管连接所述汽轮机发电单元，所述汽轮机发电单元连接抽汽管，所述抽汽管连接第二余压发电单元，所述低压蒸汽管连接余热制冷/制热装置。
6.根据权利要求5所述的多能互补综合能源系统，其特征在于，所述中压蒸汽管并联设置旁路管道，所述旁路管道串接第一余压发电单元。
7.根据权利要求6所述的多能互补综合能源系统，其特征在于，所述旁路管道的入口前连接蒸汽参数检测模块，所述旁路管道位于所述第一余压发电单元的入口前设有第一阀组，所述中压蒸汽管与所述旁路管道的并联段设有第二阀组，还包括连接所述第一阀组、所述第二阀组和所述蒸汽参数检测模块的控制单元。
8.根据权利要求5所述的多能互补综合能源系统，其特征在于，所述循环水管连接所述余热制冷/制热装置，且所述循环水管连接蓄热装置。
9.根据权利要求5所述的多能互补综合能源系统，其特征在于，所述抽汽管连接所述低压蒸汽管，所述抽汽管和所述低压蒸汽管之间连接减压阀组。
10.根据权利要求4所述的多能互补综合能源系统，其特征在于，所述压缩空气制取装置连接压缩空气储存装置。
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