CN210948819U - 一种燃气内燃机余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种燃气内燃机余热利用系统，包括燃气内燃机、吸收式制冷机组、热交换器、吸收式除湿装置以及供热装置，其中，燃气内燃机分别通过输送管道与吸收式制冷机组和热交换器连接以输送烟气，并且通过输送管道与吸收式除湿装置和供热装置连接以输送缸套水。本公开通过对缸套水和烟气的利用，实现对燃气内燃机余热的有效利用。

Description

一种燃气内燃机余热利用系统

技术领域

本公开涉及余热处理领域，特别地涉及一种燃气内燃机余热利用系统。

背景技术

分布式能源系统是美国于1978年颁布公共事业政策后正式开始推广建设，然后被其他先进国家接受，是直接面向用户提供各种形式能量的中小型终端供能系统，符合吴仲华先生提倡的“温度对口，梯级利用”科学用能原则，具有较高能源利用率、低能源成本、较高供能安全性以及更好的环保性能等优点而被推广。冷热电联产系统是分布式能源系统中前景最为明朗，也是最具实用性和发展活力的系统，直接面向用户，按用户需求提供电、冷、热以及生活热水等，同时解决多重用能需求和实现多重供能目标。

目前，燃气轮机和燃气内燃机是冷热电联产系统中动力系统主要采用设备，1MW以下冷热电联产系统，燃气内燃机占据了绝对主导地位，对1～5MW的冷热电联产系统，燃气轮机数量大约为内燃机的一半。在燃气内燃机工作时，气缸内的燃气温度高达2000～2500℃，特别是直接与燃烧气体接触的缸盖、活塞、缸套和气门等零件受热强烈。在燃气内燃机运转过程中，这些零件会因为工作温度太高导致材料强度下降或热疲劳破坏，从而影响燃气内燃机的寿命及工作可靠性。因此，需要燃气内燃机冷却系统将受热部件所传导出来的热及时带走，以保证发动机在最适宜温度范围工作，需要用缸套水对燃气内燃机的内部部件进行循环冷却。缸套水出口温度一般低于100℃，这部分能量品位较低，但数量较大，随着缸套水排出的余热量占输入燃料的30％～40％。但在非供热地区，低品位的缸套水余热往往无法利用，这样大量的热量就被排放掉。另一方面，有些地区空气温度高、空气湿度大，不但造成燃气内燃机加注的压缩空气湿度大影响燃气内燃机效率，而且建筑空调内除湿是一个巨大的问题，往往需要消耗大量的空调负荷用于除湿。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本公开提供了一种燃气内燃机余热利用系统，以能充分利用燃气内燃机的余热。

为此，本公开提供一种燃气内燃机余热利用系统，包括燃气内燃机、吸收式制冷机组、热交换器、吸收式除湿装置以及供热装置，其中，燃气内燃机分别通过输送管道与吸收式制冷机组和热交换器连接以输送烟气，并且通过输送管道与吸收式除湿装置和供热装置连接以输送缸套水。

在一些实施例中，燃气内燃机通过第一管道与吸收式除湿装置相连接以向吸收式除湿装置输送缸套水，第一管道通过第一三通件与第二管道相连接，燃气内燃机通过第一管道和第二管道与供热装置相连接以向供热装置输送缸套水。

在一些实施例中，吸收式除湿装置还通过第五管道与建筑物相连接以对建筑物中的空调系统进行除湿操作。

在一些实施例中，吸收式除湿装置还通过第六管道与燃气内燃机的进气端相连接以将吸收式除湿装置产生的除湿空气输送至燃气内燃机并对燃气内燃机的进气进行除湿操作。

在一些实施例中，供热装置用于利用缸套水的热量向建筑物进行供热。

在一些实施例中，燃气内燃机通过第三管道与热交换器相连接以向热交换器输送烟气，第三管道通过第二三通件与第四管道相连接，燃气内燃机通过第三管道和第四管道与吸收式制冷机组相连接以向吸收式制冷机组输送烟气。

在一些实施例中，吸收式制冷机组用于利用燃气内燃机输送的烟气驱动进行制冷操作，将通过制冷操作产生低温水并用于建筑物中的空调制冷。

在一些实施例中，热交换器用于利用燃气内燃机的烟气进行换热操作，从而能够为建筑物进行供热操作。

在一些实施例中，还包括余热锅炉，其与燃气内燃机相连接，当燃气内燃机排出的烟气的温度高于第一阈值，并且烟气的流量同时高于第二阈值的情况下，将燃气内燃机排出的烟气输送至余热锅炉以用于生产蒸汽。

在一些实施例中，还包括蒸汽轮机和发电机，蒸汽轮机和发电机与余热锅炉相连接，当余热锅炉排放的蒸汽的温度高于400℃，通过蒸汽驱动蒸汽轮机和发电机的运行。

与现有技术相比，本公开实施例的有益效果在于：实现对燃气内燃机余热的有效利用，包括1)充分利用低品位的燃气内燃机缸套水的余热，满足燃气内燃机进口空气除湿需求，大大提升内燃机燃烧和发电效率；2)充分利用低品位的燃气内燃机缸套水的余热，满足周边建筑等室内空气除湿需求，降低建筑空调电耗；3)利用燃气内燃机缸套水余热给建筑供暖或供生活热水；4)利用燃气内燃机的烟气余热驱动吸收式制冷机组，满足厂区及周边建筑空调制冷需求；5)利用燃气内燃机的烟气余热对建筑供暖和供生活热水。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为本公开实施例涉及的一种燃气内燃机余热利用系统的示意图。

图中的附图标记所表示的构件：

1-燃气内燃机；2-吸收式制冷机组；3-热交换器；4-吸收式除湿装置；5-供热装置；6-建筑；7-第一管道；8-第二管道；9-第三管道；10-第四管道；11-第五管道；12-第六管道。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

本公开第一实施例涉及一种燃气内燃机余热利用系统，燃气内燃机是一种往复式运动机械，可以将燃料(如天然气)与空气注入气缸混合，点火引发其爆炸做功，推动活塞运动，最终驱动发电机发电。

本实施例能够有效利用燃气内燃机产生的余热，本实施例涉及的燃气内燃机余热利用系统的结构如图1所示，该燃气内燃机余热利用系统包括燃气内燃机1、吸收式制冷机组2、热交换器3、吸收式除湿装置4以及供热装置5，其中，燃气内燃机1分别与吸收式制冷机组2、热交换器3、吸收式除湿装置4以及供热装置5相连接。

具体地，燃气内燃机1通过第一管道7与吸收式除湿装置4相连接，第一管道7通过第一三通件与第二管道8相连接，燃气内燃机1通过第一管道7和第二管道8与供热装置5相连接，其中，第一管道7和第二管道8优选地用于输送液体，这样，燃气内燃机1通过第一管道7和第二管道8将燃气内燃机1产生的缸套水分别输送至吸收式除湿装置4和供热装置5。这里，需要说明的是，燃气内燃机在运转过程中产生的缸套水的出口温度一般低于100℃，缸套水的能量品位较低，但数量较大，随着缸套水排出的余热量占输入燃料的30％～40％。

进一步，吸收式除湿装置是利用某些液体吸湿剂在常温常压下水蒸气分压力低的特性直接吸收空气中的水分，以实现除湿的目的，其中，用于吸收式除湿装置的液体吸湿剂有氯化钙、氯化锂、三甘醇等水溶液。在本实施例中，吸收式除湿装置4吸收燃气内燃机1输送的缸套水，利用缸套水的余热进行除湿操作。具体地，吸收式除湿装置4还通过第五管道11与建筑6相连接，从而能够将除湿空气输送至建筑6中，从而对建筑6中的空调系统进行除湿操作，降低建筑6内空调系统的除湿电耗。

进一步地，吸收式除湿装置4还通过第六管道12与燃气内燃机1相连接，第六管道9用于将吸收式除湿装置4产生的除湿空气输送至燃气内燃机1的进气端，从而为燃气内燃机1进气端的压缩空气进行除湿操作，最终提升燃气内燃机1的发电效率。这样，能够充分利用流量较大的燃气内燃机缸套水的余热，满足燃气内燃机1的入口压缩空气的除湿需求。

进一步地，供热装置5吸收燃气内燃机1输送的缸套水，利用流量较大的缸套水的余热向建筑6进行供热操作，具体通过热量利用进行供热的方式可以是向建筑6输送供热用水或者进行对建筑6的采暖提供热能。

以上方式能够将燃气内燃机1的缸套水的余热进行充分利用，不但能提升燃气内燃机1的发电效率，还能为周边的建筑或者生活区提供生活热水或者为供暖提供热能，还能降低建筑物内的空调除湿电耗。

为了更好地利用燃气内燃机1的余热，进一步地，燃气内燃机1通过第三管道9与热交换器3相连接，第三管道9通过第二三通件与第四管道10相连接，燃气内燃机1通过第三管道9和第四管道10与吸收式制冷机组2相连接，其中，第三管道9和第四管道10优选地用于输送气体，这样，燃气内燃机1通过第三管道9和第四管道10将燃气内燃机1排出的高温烟气分别输送至吸收式制冷机组2和热交换器3。这里，需要说明的是，燃气内燃机在运转过程中产生的高温烟气的出口温度一般在400℃以上。

吸收式制冷机组的工作原理是以消耗热能，依靠液态制冷剂在蒸发器内汽化、吸热，迫使热量不断由低温传向高温的制冷技术，是常用的制冷方法之一。采用不同沸点且能相互溶解的两种物质所构成的二元溶液为工质(以高沸点者为吸收剂、低沸点者为制冷剂)，并利用该溶液的饱和浓度随温度与压力而变化的特点进行制冷循环。整个制冷机组由吸收器、循环泵、发生器、冷凝器、节流阀和蒸发器等主要设备组成。当二元溶液在发生器中受热时，其中制冷剂大量汽化成高压蒸汽与吸收剂分离，此蒸汽进入冷凝器中被凝结为液态；液态制冷剂经节流阀节流后进入蒸发器，在低压、低温条件下发生汽化吸取被冷却物体热量而制取低温；形成的低压制冷剂蒸汽与来自发生器经过减压的液态吸收剂一起流入吸收器，在吸收器中被冷却，吸收剂即吸收制冷剂蒸汽重新形成二元溶液，再由循环泵送往发生器内加热，如此不断循环。其中，按工质不同，吸收式制冷主要有氨-水吸收式制冷和水-溴化锂吸收式制冷两类。吸收式制冷具有直接利用热能来制冷，耗电甚少，噪音低，安全性高，调节范围广和使用寿命长等一系列优点。

进一步地，吸收式制冷机组2吸收燃气内燃机1输送的高温烟气以及余热，利用高温烟气驱动吸收式制冷机组2运行并进行制冷操作，从而，吸收式制冷机组2能够产生低温水并用于建筑6中的空调制冷。

进一步地，热交换器3吸收燃气内燃机1输送的高温烟气以及余热，利用高温烟气进行换热操作，从而，通过热交换器3能够为建筑6进行供热操作，具体通过热量利用进行供热的方式可以是向建筑6输送供热用水或者进行对建筑6的采暖提供热能。

以上方式能够将燃气内燃机1的高温烟气的余热进行充分利用，不但能驱动吸收式制冷机组2的运行便于周边的建筑或者生活区进行空调制冷，还能为周边的建筑或者生活区提供生活热水或者为供暖提供热能。

本公开第二实施例涉及一种燃气内燃机余热利用系统，其系统主体与第一实施例相同，与第一实施例的区别在于：为了更加有效地利用燃气内燃机1的余热，如果燃气内燃机1排出的烟气温度高于第一阈值，并且烟气的流量同时高于第二阈值的情况下，可以将余热锅炉与燃气内燃机1相连接，将燃气内燃机1排出的高温烟气输送至余热锅炉中，以用于生产蒸汽，满足周边对工业蒸汽的需求以及周边建筑或者生活区对采暖蒸汽的需求，其中，需要说明的是，第一阈值选择400℃，第二阈值满足大于驱动余热锅炉的最小烟气流量，其中，余热锅炉的最小烟气流量与余热锅炉的容量相关。

进一步地，如果通过余热锅炉与燃气内燃机1相连接，充分利用燃气内燃机1的余热使得余热锅炉排放的蒸汽的温度高于400℃，还可以将余热锅炉与蒸汽轮机和发电机相连接，以通过高温蒸汽带动蒸汽轮机和发电机的运行，增加机组的发电量。

采用上述燃气内燃机余热利用系统能够充分利用温度不高，但是流量较大的缸套水以及燃气内燃机1排出的高温烟气的余热，不但能够满足燃气内燃机1入口空气的除湿需求，提升燃气内燃机1的燃烧和发电效率，还能为周边的建筑或者生活区提供生活热水或者为供暖提供热能，还能降低建筑物内的空调除湿电耗；此外，不但能驱动制冷机组运行便于周边的建筑或者生活区进行空调制冷，还能为周边的建筑或者生活区提供生活热水或者为供暖提供热能。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本公开做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本公开的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃气内燃机余热利用系统，其特征在于，包括燃气内燃机(1)、吸收式制冷机组(2)、热交换器(3)、吸收式除湿装置(4)以及供热装置(5)，其中，所述燃气内燃机(1)分别通过输送管道与所述吸收式制冷机组(2)和所述热交换器(3)连接以输送烟气，并且通过输送管道与所述吸收式除湿装置(4)和所述供热装置(5)连接以输送缸套水。

2.根据权利要求1所述的燃气内燃机余热利用系统，其特征是，所述燃气内燃机(1)通过第一管道(7)与所述吸收式除湿装置(4)相连接以向所述吸收式除湿装置(4)输送缸套水。

3.根据权利要求2所述的燃气内燃机余热利用系统，其特征是，所述第一管道(7)通过第一三通件与第二管道(8)相连接，所述燃气内燃机(1)通过所述第一管道(7)和所述第二管道(8)与所述供热装置(5)相连接以向所述供热装置(5)输送缸套水。

4.根据权利要求2所述的燃气内燃机余热利用系统，其特征是，所述吸收式除湿装置(4)还通过第五管道(11)与建筑物相连接以对建筑物中的空调系统进行除湿操作。

5.根据权利要求1所述的燃气内燃机余热利用系统，其特征是，所述吸收式除湿装置(4)还通过第六管道(12)与所述燃气内燃机(1)的进气端相连接以将所述吸收式除湿装置(4)产生的除湿空气输送至所述燃气内燃机(1)并对所述燃气内燃机(1)的进气进行除湿操作。

6.根据权利要求3所述的燃气内燃机余热利用系统，其特征是，所述供热装置(5)用于利用缸套水的热量向建筑物进行供热。

7.根据权利要求1所述的燃气内燃机余热利用系统，其特征是，所述燃气内燃机(1)通过第三管道(9)与所述热交换器(3)相连接以向所述热交换器(3)输送烟气，所述热交换器(3)利用烟气热量向建筑供应生活热水或采暖热量。

8.根据权利要求7所述的燃气内燃机余热利用系统，其特征是，所述第三管道(9)通过第二三通件与第四管道(10)相连接，所述燃气内燃机(1)通过所述第三管道(9)和所述第四管道(10)与所述吸收式制冷机组(2)相连接以向所述吸收式制冷机组(2)输送烟气，所述吸收式制冷机组(2)用于利用所述燃气内燃机(1)输送的烟气驱动进行制冷操作，将通过所述制冷操作产生低温水并用于建筑物中的空调制冷。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的燃气内燃机余热利用系统，其特征是，还包括余热锅炉，其与所述燃气内燃机(1)相连接，当所述燃气内燃机(1)排出的所述烟气的温度高于第一阈值，并且所述烟气的流量同时高于第二阈值的情况下，将所述燃气内燃机(1)排出的烟气输送至所述余热锅炉以用于生产蒸汽。

10.根据权利要求9所述的燃气内燃机余热利用系统，其特征是，还包括蒸汽轮机和发电机，所述蒸汽轮机和发电机与所述余热锅炉相连接，当所述余热锅炉生产的过热蒸汽，通过所述蒸汽驱动的蒸汽轮机带动发电机进行发电。

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