CN2864507Y - 燃气冷热电三联供与水蓄能相结合的新型能源系统 - Google Patents

燃气冷热电三联供与水蓄能相结合的新型能源系统 Download PDF

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陈川辉
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Abstract

一种燃气冷热电三联供与水蓄能相结合的新型能源系统，包括连接电负荷和余热利用设备的燃气发电机，以及与余热利用设备输出端连接的冷热负荷，其特征在于系统还包括一个水蓄能系统。用以蓄存系统多余的冷量或热量，当用户的冷热负荷大于余热利用设备的供应能力时，这部分冷量或热量再通过放能系统释放到向用户的供能系统中去。有效地提高能源利用效率和能源供应稳定性。

Description

燃气冷热电三联供与水蓄能相结合的新型能源系统
技术领域
本本实用新型涉及一种用于楼宇型或区域型建筑供冷、供热和供电的能源供应系统，具有能源利用效率高和能源储备的新特点。
背景技术
便于节能、环保，以洁净燃料为一次能源、分布在用户附近的新型能源供应方式，燃气冷热电三联供能源系统用在商场、酒店、医院、工厂等建筑物以及小规模的居住、科研及各种商业、产业区域，为其供冷、供热和供电。
与本实用新型相关的现有技术，燃气冷热电三联系统CCHP(Combined Cooling，Heating and Power)，是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机发电机组运行，产生的电力满足用户的电负荷，系统排出的废热作为余热锅炉或者余热直燃机等余热利用设备向用户供热、供冷的动力。天然气燃烧后高温段的热能先用来发电，中温段的热能用以供热或供冷，最后没有被利用的热能直接排出系统，没有通过蓄能系统储备。
燃气冷热电三联供系统所采用的发电设备主要有燃气轮机、燃气内燃机和燃气微燃机等型式，采用的余热利用设备主要有余热锅炉以及蒸汽型吸收制冷机、热水型吸收制冷机和烟气型吸收式制冷机等型式，余热锅炉可以提供采暖负荷、热水负荷，制冷机可以提供冷负荷。选用的发电设备和余热利用设备不同，可以得到不同的冷热电联产系统组织形式。
现有的各式三联供系统没有连接蓄能设备，不具备蓄能功能，使得能源利用不尽合理，带来资源浪费。为了降低电峰值负荷，节省开支，电空调系统逐渐具有蓄能功能，用以移峰填谷，应对分时段峰谷平电价政策，对于要求较高的空调用户，采用蓄能空调相当于设置一个备用冷热源，蓄能空调为市场所需。而电空调的蓄能技术在三联供系统中无法使用。
蓄能空调系统是指在传统中央空调装置中，加装蓄能装置形成蓄能、放能循环的空调系统，峰值负荷季节，将建筑物所需空调负荷在非空调使用时间制备好，将其能量蓄存起来供需要空调时使用。其蓄能分蓄热和蓄冷，蓄冷分为冰蓄冷、水蓄冷、共晶盐蓄冷，蓄热分为水蓄热、相变蓄热等。
太阳能制冷、燃气蒸汽压缩式制冷(GHP)、燃气直燃吸收式制冷和各种余热利用形式吸收式制冷等，这些不需消耗电力的空调制冷方式得到发展。如吸收式制冷因为技术成熟、节能环保得到广泛应用，燃气冷热电三联供系统充分利用天然气发电以后的余热作为热源的吸收式制冷系统，是较好的吸收式制冷方案，由于没有设计蓄能系统，使资源利用不充分，其承受峰值负荷的能力较差。
常规电空调经常与冰蓄冷相结合，冰蓄冷系统在蓄冰工况下机组效率降低，设备投资较高，蓄冷温度低低于0℃以下，只能蓄冷不能蓄热。对于吸收式制冷来说，目前主要的吸收式空调设备通常采用的制冷剂是溴化锂(LiBr)溶液，其蒸发温度最低限制在5℃左右，因此三联供吸收式制冷系统不能采用冰蓄冷蓄能。
蓄能系统既可以实现制冷供热的移峰填谷，又可以提高整个三联供系统的能源利用效率。
将蓄能系统与燃气冷热电三联供相结合，发明人经过积极努力，研究出确具实用功效与产业利用价值之本实用新型。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的以上缺陷，本实用新型提供一种燃气冷热电三联供与水蓄能相结合的新型能源系统，能进一步提高三联供系统的能源综合利用效率和能源供应的稳定性。
为此，本实用新型提供如下的技术方案：一种燃气冷热电三联供与水蓄能相结合的新型能源系统，包括连接电负荷和余热利用设备的燃气发电机，以及与余热利用设备输出端连接的冷热负荷，余热利用设备输出端通过阀门结构连接有水蓄能系统。
作为本实用新型的优选技术方案，水蓄能系统包括一个自然分层蓄能装置，其设置有用于热水进出的顶部散流器，和用于冷水进出的底部散流器，顶部和底部散流器呈上下分布结构，水温高的水密度小，从顶部散流器进出，水温低的水密度大，从底部散流器进出，实现冷热水的自然分层，提高蓄能效率。
上述燃气发电机可以是燃气内燃机，燃气内燃机输出的高温烟气通过管道连接余热利用设备。
上述燃气发电机也可以是燃气轮机，燃气轮机输出的高温烟气通过管道连接余热利用设备。
其余热利用设备可以是余热锅炉，其连接燃气内燃机的高温烟气输出端，余热锅炉通过换热器连接采暖负荷和热水负荷，换热器通过缸套回水和出水结构连接燃气内燃机；余热锅炉还通过余热直燃机分别连接冷负荷、采暖负荷和热水负荷。
其余热利用设备也可以是烟气型直燃机，其连接燃气内燃机的高温烟气输出端。
上述烟气型直燃机可以连接溴化锂吸收式制冷机，空调系统和水蓄能系统并接在溴化锂吸收式制冷机的输出端，完成蓄能功能。
天然气进入燃气发电机燃烧做功，带动发电机运转发电，做功后的烟气进入烟气型吸收式制冷机或余热锅炉，向用户供应所需要的冷负荷或热负荷，当用户的冷热负荷小于吸收式制冷机或余热锅炉的冷热供应量时，多余的冷量或热量通过蓄能系统进入水箱被蓄存起来，当用户的冷热负荷大于余热利用设备的供应能力时，这部分冷量或热量再通过放能系统释放到向用户的供能系统中去。
很明显地，与现有冷热电联产三联供能源系统相比较，本实用新型具有更高的能源利用效率和蓄备功能，可以有效的提高能源供应的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构图。
图2是本实用新型第一实施例的系统结构图。
图3是本实用新型第二实施例的系统结构图。
图4是本实用新型第三实施例的系统结构图。
图5是本实用新型第四实施例的系统结构图。
图6是本实用新型第五实施例的系统结构图。
图7是本实用新型第六实施例的系统结构图。
图8是水蓄能系统与空调系统连接的结构框图。
图9是水蓄能系统实现分层蓄能的多蓄水罐连接结构图。
图10是蓄能装置的内部结构原理图。
图11是燃气轮机与溴化锂制冷机结合的系统结构图。
图12是燃气内燃机与溴化锂制冷机结合的系统结构图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型水的新型能源系统，包括连接电负荷108和余热利用设备102的燃气发电机100，以及与余热利用设备102输出端连接的冷负荷105、热负荷(热水负荷107、或采暖负荷106)，余热利用设备102输出端通过阀门结构112连接有水蓄能系统103。参见图10，水蓄能系统103包括一个自然分层蓄能装置，其设置有用于热水进出的顶部散流器131，和用于冷水进出的底部散流器132，还可以设置斜温层，顶部和底部散流器呈上下分布结构。参见图9，分层蓄能装置还可以是多个散流器自上而下分层设置，用以便于不同温度的冷热水自然分层储存。
自然分层蓄能是一种蓄冷效率较高、经济效益较好的蓄冷方法，目前应用得较为广泛。水的密度与其温度密切相关，在水温大于4℃时，温度升高密度减小，而在0～4℃范围内，温度升高密度增大，3.98℃时水的密度最大。自然分层蓄能就是依靠密度大的水自然会聚集在蓄能罐的下部，形成高密度水层的趋势进行的。参见图9，在分层蓄能中使温度为4～6℃的冷水聚集在蓄能罐103的下部135，而10-18℃的热水自然地聚集在蓄能罐103的上部136，来实现冷热水的自然分层。参见图10，为了实现自然分层的目的，要求在蓄能和释能过程中，热水始终是从上部散流器131流入或流出，而冷水是从下部散流器132流入或流出，应尽可能形成分层水的上下平移运动，为了防止水的流入和流出对储存冷水的影响，在自然分层水蓄能罐中采用的散流器131、132应使水流以较小的流速均匀地流入蓄能罐103。
本实用新型水蓄能系统的自然分层蓄能装置与以下多种三联供系统连接，用以蓄存冷热能源。
参见图2第一实施例，燃气发电机100是燃气内燃机110，燃气内燃机110输出的高温烟气104通过管道连接余热蒸汽锅炉200，其连接燃气内燃机110的高温烟气104输出端，余热蒸汽锅炉200通过换热器111连接采暖负荷161和热水负荷171，换热器111通过缸套回水109和出水101结构连接燃气内燃机110；余热蒸汽锅炉200还通过余热蒸汽直燃机300分别连接冷负荷151、采暖负荷162和热水负荷172。
参见图3第二实施例。燃气发电机100是燃气内燃机110，燃气内燃机110输出的高温烟气104通过管道连接余热热水锅炉210，其连接燃气内燃机110的高温烟气104输出端，余热热水锅炉210通过换热器111连接采暖负荷161和热水负荷171，换热器111通过缸套回水109和出水101结构连接燃气内燃机110；余热热水锅炉210还通过余热热水直燃机310分别连接冷负荷151、采暖负荷162和热水负荷172。
参见图4第三实施例。燃气发电机100是燃气内燃机110，燃气内燃机110输出的高温烟气104通过管道连接烟气热水型直燃机220，其连接燃气内燃机110的高温烟气104输出端。直燃机220分别连接冷负荷105、采暖负荷106和热水负荷107。
参见图5第四实施例。燃气发电机100是燃气轮机120，燃气轮机120输出的高温烟气104通过管道连接余热蒸汽锅炉200，余热蒸汽锅炉200通过换热器111连接采暖负荷161和热水负荷171；余热蒸汽锅炉200还通过余热蒸汽直燃机300分别连接冷负荷151采暖负荷162和热水负荷172。
参见图6第五实施例。燃气发电机100是燃气轮机120，燃气轮机120输出的高温烟气104通过管道连接余热热水锅炉210，余热热水锅炉210通过换热器111连接采暖负荷161和热水负荷171；余热热水锅炉210还通过余热热水直燃机310分别连接冷负荷151采暖负荷162和热水负荷172。
参见图7第六实施例。参见图5、图6、图7，燃气发电机100是燃气轮机120，燃气轮机120输出的高温烟气104通过管道连接烟气型直燃机230，直燃机230分别连接冷负荷105、采暖负荷106和热水负荷107。
参见图8，图8是水蓄能系统与空调系统连接的结构图。水蓄能系统103通过阀门结构和水泵连接在空调系统181的两端，由吸收式制冷系统180提供蓄备能源，并为空调系统提供蓄能冷热源。
参见图11，燃气内燃机110通过烟气型直燃机230，连接溴化锂吸收式制冷系统，空调系统181和水蓄能系统103并接在溴化锂吸收式制冷系统的输出端。
参见图12，燃气轮机120通过烟气型直燃机230，可以连接溴化锂吸收式制冷系统，空调系统181和水蓄能系统103并接在溴化锂吸收式制冷系统的输出端。
参见图11、12，其溴化锂吸收式制冷系统，包括高温发生器3、低温发生器4、冷凝器5、蒸发器6、吸收器7、高温热交换器8、低温热交换器9；高温发生器3内具有燃烧机45，高温发生器3水蒸汽输气管10与低温发生器4内的换热管11入口相连接，低温发生器4换热管11出口通过管道12与冷凝器5相连接，冷凝器5内设有冷却水换热管13，冷凝器冷却水换热管13出口与冷却塔进水管13a相连接；冷凝器5通过管道15与蒸发器6的一根喷淋管2相连接；蒸发器6内设有冷冻水换热管16，蒸发器冷冻水换热管16出口与空调系统入水管14相连接，蒸发器冷冻水换热管16进口与空调系统出水管18相连接，蒸发器6底部通过管道与一水泵19相连接，水泵19出口通过管道与蒸发器6的另一根喷淋管2a相连接；吸收器7内设有冷却水换热管46，冷却水换热管46入口与冷却塔出水管13b相连接，冷却水换热管46出口通过管道与冷凝器内冷却水换热管13入口相连接，吸收器7底部通过管道连接有一水泵23，水泵23出口分别与低温热交换器9和高温热交换器8的换热管道24、25相连接，低温热交换器9的换热管道24出口通过管道与低温发生器的喷淋管47相连接，高温热交换器8的换热管道25出口通过管道与高温发生器3相连接；高温发生器3通过管道与高温热交换器8入口相连接，高温热交换器8出口通过管道28与吸收器7的喷淋管48相连接，低温发生器4通过管道29与低温热交换器9入口相连接，低温热交换器9的出口通过管道与吸收器7的喷淋管48相连接。
燃气发电机110、120与溴化锂吸收式制冷机对接组成冷热电联产机组，其中溴化锂直燃机的高温发生器3加大，在加大部分增加一根烟气换热管32，该管连接至发电机组110、120的排烟管上，该管与溴化锂制冷机的排烟管并联，使溴化锂制冷机分别可以用燃气发电机110、120组的废烟气或直接燃烧天然气为高温发生器3提供热源。参见图12，该机组的溴化锂制冷机的低温发生器4增加了一个腔体，在使用内燃机110时这个增加的腔体为内燃发动机110的缸套水低温喷淋发生器22，该低温喷淋发生器22与内燃发动机的气缸冷却水套37、38及冷却水循环泵共同组成该机组的内燃发动机循环冷却水低温发生系统。该低温发生系统具体接管方法是：将内燃发电机组110的发动机气缸冷却水套出水管分成两支，其中一支管接至该机组溴化锂直燃机低温发生器4内增加的低温喷淋发生器22内的换热管，另一支管直接接入换热器，用来对外部用户直接供热。在夏季，内燃机缸套水41进入溴化锂直燃机低温发生器内换热，将管外的稀溶液加热，作为制冷的热源。该内燃发动机110循环冷却水低温发生系统用溴化锂水溶液作为其循环冷却水。在冬季，内燃机110缸套水41接入换热器，直接对外部用户供热。如没有冷热需求，缸套水41直接进入散热器散热。上述机组外部热用户可以是采暖热用户，也可以是卫生热水用户。在燃气发电机110排烟管处有一个三通阀装置，当只需电力负荷，而不需冷热负荷时，将旁通阀30关闭，直排阀33打开，烟气将直接通过直排管34排入大气。当热、电负荷同时需要时，将关闭直排阀33，打开旁通阀30，烟气通过旁通管31进入溴化锂制冷机高温发生器，作为制冷或采暖的热源，达到了能源的梯级利用，提高了能源的利用效率。当冷热负荷较低时，多余的冷热量通过水蓄能系统蓄存起来。
燃气发电机还可以使用微燃机。
发电机排烟口通过烟气三通阀的旁通阀30和管道31与高温发生器3内的换热管32相连接，通过烟气三通阀的直排阀33与排烟管道34相连接。溴化锂直燃机可以用发电机的废烟气或直接通过燃烧机45燃烧天燃气为高温发生器提供热源。微燃机与溴化锂直燃机对接的冷热电联产装置可以充分利用微燃机的余热，达到节约能源的目的。水蓄能系统更是有效地节约能源的利用效率和能源供应的稳定性。

Claims (10)

1、一种燃气冷热电三联供与水蓄能相结合的新型能源系统，包括连接电负荷和余热利用设备的燃气发电机，以及与余热利用设备输出端连接的冷热负荷，其特征在于：所述余热利用设备的输出端通过阀门结构连接有水蓄能系统。
2、如权利要求1所述的新型能源系统，其特征在于：所述水蓄能系统包括一个自然分层蓄能装置，其设置有用于热水进出的顶部散流器，和用于冷水进出的底部散流器，顶部和底部散流器呈上下分布结构。
3、如权利要求1所述的新型能源系统，其特征在于：所述燃气发电机是燃气内燃机，燃气内燃机输出的高温烟气通过管道连接余热利用设备。
4、如权利要求3所述的新型能源系统，其特征在于：所述余热利用设备是余热锅炉，其连接燃气内燃机的高温烟气输出端，余热锅炉通过换热器连接采暖负荷和热水负荷，换热器通过缸套回水和出水结构连接燃气内燃机；余热锅炉还通过余热直燃机分别连接冷负荷、采暖负荷和热水负荷。
5、如权利要求3所述的新型能源系统，其特征在于：所述余热利用设备是烟气型直燃机，其连接燃气内燃机的高温烟气输出端。
6、如权利要求1所述的新型能源系统，其特征在于：所述燃气发电机是燃气轮机，燃气轮机输出的高温烟气通过管道连接余热利用设备。
7、如权利要求6所述的新型能源系统，其特征在于：所述余热利用设备是余热锅炉，其连接燃气轮机的高温烟气输出端，余热锅炉通过换热器连接采暖负荷和热水负荷；余热锅炉还通过余热直燃机分别连接冷负荷、采暖负荷和热水负荷。
8、如权利要求6所述的新型能源系统，其特征在于：所述余热利用设备是烟气型直燃机，其连接在燃气轮机的高温烟气输出端。
9、如权利要求5所述的新型能源系统，其特征在于：所述烟气型直燃机连接有溴化锂吸收式制冷机，空调系统和水蓄能系统并接在溴化锂吸收式制冷机的输出端。
10、如权利要求8所述的新型能源系统，其特征在于：所述烟气型直燃机连接有溴化锂吸收式制冷机，空调系统和水蓄能系统并接在溴化锂吸收式制冷机的输出端。
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