一种基于燃气内燃机余热利用带蓄能装置的冷热电三联供系统
技术领域
本发明涉及天然气分布式多种能源供应、综合能源高效利用，尤其涉及冷热电联产、余热利用技术领域。
背景技术
燃气内燃机分布式供能系统是利用天然气作为燃料，内燃机膨胀做功并驱动发电机发电，结合溴化锂吸收制冷机、热水换热器等余热利用设备进行余热利用，为用户提供热负荷与冷负荷，实现冷热电联产，使得能源得到梯级利用，能耗较小、配置灵活、系统经济性好，能够使能源利用效率达到70%以上。
内燃机发电产生的烟气余热以及缸套水冷却水具有大量余热，配置相应的余热利用设备进行制冷、制热供应，实现冷热电综合利用，一方面实现综合能源系统的多能供应，另一方面结合并利用能量梯级利用原理，实现分布式能源系统的综合能源供应效率的提升。然而，内燃机冷热电三联供系统在运行时普遍存在冷热负荷因时段而造成负荷分布不均匀，尤其是存在负荷曲线偏差较大的情况，使得内燃机运行与制冷制热运行不匹配的情况，出现系统综合能源利用率较低，系统经济性较差等问题。
发明内容
鉴于燃气分布式系统的内燃机存在排气温度较高、缸套水温度较高的特点，内燃机在工作时，燃料燃烧释放的能力只有40%左右转换成了内燃机的有用功，其余很大部分的能量以废气、散热的方式损失掉。针对内燃机的能量利用不充分这一现象，本发明基于能量梯级利用原理，提出一种基于燃气内燃机余热利用带蓄能装置的冷热电三联供系统，实现内燃机、双效溴化锂吸收式制冷机、热水换热器直接的充分耦合，旨在充分利用内燃机的排热，并能够根据周围不同负荷需求，实现吸收式制冷机组的烟气驱动、缸套水驱动及混合驱动的功能，进一步满足不同能源产品的需求，实现综合能源利用率更加高效。同时配置相应的储热、储冷装置，避免内燃机与制冷制热装置之间运行不匹配的问题，以及实现供冷供热系统单独运行，满足内燃机高负荷运行，大大提高系统综合能源利用率及稳定性与抗干扰能力。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于燃气内燃机余热利用带蓄能装置的冷热电三联供系统，其特征是，包括内燃机排气系统、内燃机缸套水冷却系统、高温烟气驱动溴化锂溶液系统、低压溴化锂溶液系统、低温水驱动溴化锂溶液系统、吸收式溴化锂机组冷却水系统、冷冻水及蓄冷系统、以及供热水及蓄热系统；
所述内燃机排气系统包括燃气内燃机、一号控制阀、烟气热水换热器、烟气发生器和一号混合器，所述一号混合器与烟气发生器和烟气热水换热器相连，所述一号控制阀与燃气内燃机、烟气发生器和烟气热水换热器相连，通过一号控制阀控制燃气内燃机的高温排气进入烟气热水换热器和烟气发生器的排气流量，进一步控制系统供冷负荷与供热负荷的大小；
所述内燃机缸套水冷却系统包括燃气内燃机、二号控制阀、缸套水发生器、二号混合器和缸套水热水换热器，所述二号控制阀与燃气内燃机、缸套水发生器和缸套水热水换热器相连，所述二号控制阀控制燃气内燃机的缸套水进入缸套水发生器和缸套水热水换热器的流量大小，同时缸套水热水换热器作为内燃机缸套水冷却系统的冷却旁路，以防缸套水发生器流量过小时缸套水温度过高；
所述吸收式溴化锂机组冷却水系统包括吸收器、冷凝器和冷却水空冷塔，所述冷却水空冷塔的冷却水出口、吸收器、冷凝器和冷却水空冷塔的冷却水进口依次连接，冷却水由冷却水空冷塔进入吸收器之后进入冷凝器最后回流至冷却水空冷塔完成冷却水循环；
所述冷冻水及蓄冷系统包括蒸发器、蓄冷装置和冷用户，所述蒸发器的出口、蓄冷装置、冷用户和蒸发器的进口依次连接；所述蓄冷装置实现冷能的存储，在夏季日冷负荷量较大、夜间冷负荷较小时，蓄冷装置实现夜间蓄冷，白天释放、充分利用冷能；
所述供热水及蓄热系统包括缸套水热水换热器、烟气热水换热器、蓄热装置和热用户，所述缸套水热水换热器的出水口与蓄热装置的进水口连接，所述蓄热装置的出水口与热用户的输入端连接，所述热用户的输出端与缸套水热水换热器和烟气热水换热器的进水口连接，所述烟气热水换热器的出水口与蓄热装置的进水口连接；所述蓄热装置实现热负荷的存储，在冬季热负荷因时段不匹配时，实现热负荷的调节；
所述高温烟气驱动溴化锂溶液系统包括燃气内燃机、烟气发生器、低压发生器、五号混合器、六号混合器、冷凝器、蒸发器、吸收器、工质泵、低压换热器、三号控制阀和高压换热器；所述燃气内燃机、烟气发生器、低压发生器、五号混合器、六号混合器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器、工质泵、低压换热器、三号控制阀、高压换热器和烟气发生器依次连接；所述燃气内燃机的高温排气作为热源进入烟气发生器，使烟气发生器中溴化锂溶液发生蒸发浓缩，高温水蒸汽蒸发逸出烟气发生器，经过低压发生器释放部分显热后经五号混合器和六号混合器流入冷凝器，低温水再经节流阀后成为低温水进入蒸发器将冷能释放给冷冻水，低温水蒸发气化为低温蒸汽进入吸收器被浓溴化锂溶液吸收，经稀释后的稀溴化锂水溶液经工质泵增压先后经低压换热器、三号控制阀和高压换热器加热后流入烟气发生器中继续循环；
所述低压溴化锂溶液系统包括四号控制阀、低压发生器、六号混合器、冷凝器、蒸发器、吸收器和低压换热器；所述四号控制阀、低压发生器、六号混合器、冷凝器、蒸发器和吸收器依次连接，所述烟气发生器与低压发生器连接，所述低压发生器、四号混合器、低压换热器和吸收器依次连接；所述四号控制阀流出的稀溴化锂溶液进入低压发生器，在来自烟气发生器的高温水蒸气的驱动下，蒸汽蒸发浓缩，蒸汽依次经过六号混合器、冷凝器、蒸发器和吸收器后再次成为稀溴化锂溶液；低压发生器中被浓缩的浓溴化锂溶液经四号混合器后进入低压换热器换热后进入吸收器；
所述低温水驱动溴化锂溶液系统包括三号控制阀、高压换热器、三号混合器、四号控制阀、缸套水发生器、五号混合器、六号混合器、冷凝器、蒸发器、吸收器和低压换热器；所述三号控制阀和高压换热器均与三号混合器连接，所述三号混合器与四号控制阀连接，所述四号控制阀、缸套水发生器、五号混合器、六号混合器、冷凝器、蒸发器和吸收器依次连接，所述缸套水发生器、四号混合器、低压换热器和吸收器依次连接；所述四号控制阀流出的稀溴化锂溶液进入缸套水发生器，在高温缸套水的驱动下，溴化锂稀溶液蒸发浓缩，蒸汽依次经过五号混合器、六号混合器、冷凝器、蒸发器和吸收器后再次成为稀溴化锂溶液；缸套水发生器中被浓缩的浓溴化锂溶液经四号混合器后进入低压换热器换热后进入吸收器。
进一步的，所述一号控制阀控制进入烟气发生器和烟气热水换热器的高温排气流量，起到调节供冷、供热负荷的作用；所述二号控制阀控制进入缸套水发生器和缸套水热水换热器的缸套水流量，根据不同季节、不同外部负荷需求，实现冷热负荷双向调节。
进一步的，所述三号控制阀和四号控制阀控制进入烟气发生器、缸套水发生器和低压发生器中稀溴化锂溶液的流量，进而实现双效吸收式溴化锂机组排气热源驱动单独运行、纯缸套水热源驱动单独运行及混合驱动运行工况。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
（1）本发明实现了燃气内燃机系统、吸收式制冷系统、制热系统、蓄冷与蓄热装置的耦合。
（2）本发明实现了双效吸收式溴化锂机组排气热源驱动单独运行、纯缸套水热源驱动单独运行及混合驱动运行的多工况运行方式。
（3）本发明具有黑启动、并网运行及离网运行模式。
（4）本发明实现了基于外界冷热负荷变换情况，实现制冷、制热设备的变工况运行，制冷、供热系统也可同时运行（夏季可提供热水），结合能量梯级利用原理，实现内燃机系统余热高效利用，内燃机的稳定运行，综合能源利用效率的大大提高。
附图说明
图1是本发明实施例的系统整体结构示意图。
图中：燃气内燃机1、烟气发生器2、低压发生器3、缸套水发生器4、冷凝器5、蒸发器6、吸收器7、工质泵8、低压换热器9、高压换热器10、缸套水热水换热器11、冷却水空冷塔12、节流阀13、蓄热装置14、热用户15、蓄冷装置16、冷用户17、烟气热水换热器18、一号控制阀K1、二号控制阀K2、三号控制阀K3、四号控制阀K4、一号混合器M1、二号混合器M2、三号混合器M3、四号混合器M4、五号混合器M5、六号混合器M6。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中，一种基于燃气内燃机余热利用带蓄能装置的冷热电三联供系统，包括内燃机排气系统、内燃机缸套水冷却系统、高温烟气驱动溴化锂溶液系统、低压溴化锂溶液系统、低温水驱动溴化锂溶液系统、吸收式溴化锂机组冷却水系统、冷冻水及蓄冷系统、以及供热水及蓄热系统；
内燃机排气系统包括燃气内燃机1、一号控制阀K1、烟气热水换热器18、烟气发生器2和一号混合器M1，一号混合器M1与烟气发生器2和烟气热水换热器18相连，一号控制阀K1与燃气内燃机1、烟气发生器2和烟气热水换热器18相连，通过一号控制阀K1控制燃气内燃机1的高温排气进入烟气热水换热器18和烟气发生器2的排气流量，进一步控制系统供冷负荷与供热负荷的大小；
内燃机缸套水冷却系统包括燃气内燃机1、二号控制阀K2、缸套水发生器4、二号混合器M2和缸套水热水换热器11，二号控制阀K2与燃气内燃机1、缸套水发生器4和缸套水热水换热器11相连，二号控制阀K2控制燃气内燃机1的缸套水进入缸套水发生器4和缸套水热水换热器11的流量大小，同时缸套水热水换热器11作为内燃机缸套水冷却系统的冷却旁路，以防缸套水发生器4流量过小时缸套水温度过高；
吸收式溴化锂机组冷却水系统包括吸收器7、冷凝器5和冷却水空冷塔12，冷却水空冷塔12的冷却水出口、吸收器7、冷凝器5和冷却水空冷塔12的冷却水进口依次连接，冷却水由冷却水空冷塔12进入吸收器7之后进入冷凝器5最后回流至冷却水空冷塔12完成冷却水循环；
冷冻水及蓄冷系统包括蒸发器6、蓄冷装置16和冷用户17，蒸发器6的出口、蓄冷装置16、冷用户17和蒸发器6的进口依次连接；冷冻水的供冷温度为7℃，冷冻水的回水温度为12℃；蓄冷装置16实现冷能的存储，在夏季日冷负荷量较大、夜间冷负荷较小时，蓄冷装置16实现夜间蓄冷，白天释放、充分利用冷能；
供热水及蓄热系统包括缸套水热水换热器11、烟气热水换热器18、蓄热装置14和热用户15，缸套水热水换热器11的出水口与蓄热装置14的进水口连接，蓄热装置14的出水口与热用户15的输入端连接，热用户15的输出端与缸套水热水换热器11和烟气热水换热器18的进水口连接，烟气热水换热器18的出水口与蓄热装置14的进水口连接；供热水的供水温度为60℃，供热水的回水温度为35℃；蓄热装置14实现热负荷的存储，在冬季热负荷因时段不匹配时，实现热负荷的调节；
高温烟气驱动溴化锂溶液系统包括燃气内燃机1、烟气发生器2、低压发生器3、五号混合器M5、六号混合器M6、冷凝器5、蒸发器6、吸收器7、工质泵8、低压换热器9、三号控制阀K3和高压换热器10；燃气内燃机1、烟气发生器2、低压发生器3、五号混合器M5、六号混合器M6、冷凝器5、节流阀13、蒸发器6、吸收器7、工质泵8、低压换热器9、三号控制阀K3、高压换热器10和烟气发生器2依次连接；燃气内燃机1的高温排气作为热源进入烟气发生器2，使烟气发生器2中溴化锂溶液发生蒸发浓缩，高温水蒸汽蒸发逸出烟气发生器2，经过低压发生器3释放部分显热后经五号混合器M5和六号混合器M6流入冷凝器5，低温水再经节流阀13后成为低温水进入蒸发器6将冷能释放给冷冻水，低温水蒸发气化为低温蒸汽进入吸收器7被浓溴化锂溶液吸收，经稀释后的稀溴化锂水溶液经工质泵8增压先后经低压换热器9、三号控制阀K3和高压换热器10加热后流入烟气发生器2中继续循环；
低压溴化锂溶液系统包括四号控制阀K4、低压发生器3、六号混合器M6、冷凝器5、蒸发器6、吸收器7和低压换热器9；四号控制阀K4、低压发生器3、六号混合器M6、冷凝器5、蒸发器6和吸收器7依次连接，烟气发生器2与低压发生器3连接，低压发生器3、四号混合器M4、低压换热器9和吸收器7依次连接；四号控制阀K4流出的稀溴化锂溶液进入低压发生器3，在来自烟气发生器2的高温水蒸气的驱动下，蒸汽蒸发浓缩，蒸汽依次经过六号混合器M6、冷凝器5、蒸发器6和吸收器7后再次成为稀溴化锂溶液；低压发生器3中被浓缩的浓溴化锂溶液经四号混合器M4后进入低压换热器9换热后进入吸收器7；
低温水驱动溴化锂溶液系统包括三号控制阀K3、高压换热器10、三号混合器M3、四号控制阀K4、缸套水发生器4、五号混合器M5、六号混合器M6、冷凝器5、蒸发器6、吸收器7和低压换热器9；三号控制阀K3和高压换热器10均与三号混合器M3连接，三号混合器M3与四号控制阀K4连接，四号控制阀K4、缸套水发生器4、五号混合器M5、六号混合器M6、冷凝器5、蒸发器6和吸收器7依次连接，缸套水发生器4、四号混合器M4、低压换热器9和吸收器7依次连接；四号控制阀K4流出的稀溴化锂溶液进入缸套水发生器4，在高温缸套水的驱动下，溴化锂稀溶液蒸发浓缩，蒸汽依次经过五号混合器M5、六号混合器M6、冷凝器5、蒸发器6和吸收器7后再次成为稀溴化锂溶液；缸套水发生器4中被浓缩的浓溴化锂溶液经四号混合器M4后进入低压换热器9换热后进入吸收器7。
供热工况运行时，一号控制阀K1向烟气热水换热器18全开，二号控制阀K2向缸套水热水换热器11全开，制冷系统关闭。
供冷工况运行时，一号控制阀K1向烟气发生器2控制烟气流量，二号控制阀K2向缸套水发生器4控制缸套水流量，调节制冷量大小。
本实施例中，一号控制阀K1控制进入烟气发生器2和烟气热水换热器18的高温排气流量，起到调节供冷、供热负荷的作用；二号控制阀K2控制进入缸套水发生器4和缸套水热水换热器11的缸套水流量，根据不同季节、不同外部负荷需求，实现冷热负荷双向调节。
本实施例中，三号控制阀K3和四号控制阀K4控制进入烟气发生器2、缸套水发生器4和低压发生器3中稀溴化锂溶液的流量，进而实现双效吸收式溴化锂机组排气热源驱动单独运行、纯缸套水热源驱动单独运行及混合驱动运行工况。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
