一種冷熱電三聯供系統及方法技術方案

本發明專利技術提供了一種冷熱電三聯供系統，包括燃氣內燃機、乏氣排放回路、缸套冷卻水回路、低溫冷卻水回路、供熱回路、溴化鋰吸收式制冷機、超臨界二氧化碳循環子系統、有機工質循環子系統。本發明專利技術還提供了一種冷熱電三聯供方法，燃氣內燃機工作并推動發電機發電，釋放的余熱通過乏氣排放回路、缸套冷卻水回路、低溫冷卻水回路回收和利用，對燃氣內燃機余熱進行分配，實現不同比例的冷量、熱量和電能輸出給供熱回路、超臨界二氧化碳循環子系統、有機工質循環子系統，實現冷熱電三聯供。本發明專利技術超臨界二氧化碳和有機工質聯合循環效率高，顯著提高了燃氣內燃機余熱發電效率和輸出功率。系統簡單，結構緊湊，成本低，可用于分布式能源。

Cold thermoelectric combined supply system and method

The present invention provides a system for cooling heating power, including gas engine and exhaust gas discharge circuit, cylinder cooling water loop, cooling water circuit, heating circuit, lithium bromide absorption chiller, supercritical carbon dioxide recycling system, organic Rankine cycle subsystem. The invention also provides a method for cooling heating power, gas engine and drive the generator to release the heat through the exhaust gas discharge circuit, cylinder cooling water loop, cooling water loop recycling and utilization, distribution of gas engine heat, not the same proportion of the quantity of cold, heat and power output to heating circuit, supercritical carbon dioxide recycling system, organic Rankine cycle subsystem, to achieve cchp. The combined cycle of the supercritical carbon dioxide and the organic working substance is high, and the waste heat power generation efficiency and the output power of the gas engine are remarkably improved. The system is simple, compact, low cost and can be used in distributed energy sources.

【技術實現步驟摘要】
一種冷熱電三聯供系統及方法
本專利技術涉及一種基于燃氣內燃機、超臨界二氧化碳及有機工質聯合循環的冷熱電三聯供系統及其工作方法，屬于分布式能源

技術介紹
天然氣是優質、穩定、高效、安全、無毒和低污染的清潔能源，在世界能源結構中占有重要地位，也是未來能源技術發展的主要方向之一。燃氣冷熱電分布式能源是天然氣高效利用的絕佳途徑，可以實現高品質的電與低品質的冷、熱三種能量需求的有機統一。國內外均十分重視燃氣冷熱電分布式能源，特別是美、日、歐等發達國家和地區，燃氣冷熱電分布式能源裝機容量增長迅速，技術應用上已處于成熟期。目前，我國分布式能源發展尚處于起步階段，但是市場需求迫切，發展前景廣闊。燃氣冷熱電分布式能源有著獨特的優勢，這對于我國緩解霧霾問題，降低能源利用成本，支持城鎮化進程均十分有利?；谌細鈨热紮C的冷熱電三聯供系統是應用最廣的分布式能源技術之一。燃氣內燃機突出優勢是發電效率高、環境適應性強、單位造價低、所需燃氣壓力低、操作簡單、運行可靠，但是，也存在余熱利用較為復雜的問題。燃氣內燃機的余熱主要包括：400-550℃的乏氣，90-110℃的缸套冷卻水，50-80℃的中冷器和潤滑油冷卻水，這些余熱可以回收，其它的熱量散失(如：機體散熱)占比很小且難收回收。余熱利用可視需求分別從不同系統獲得，高品質的乏氣余熱可用于發電，低品質的缸套冷卻水可用于制冷或供熱，中冷器和潤滑油冷卻水的余熱品質太低，只能用于要求不高的供熱場合。近年來，以超臨界二氧化碳作為工質的動力循環技術發展迅速，其系統簡單、結構緊湊、能量利用率高，中高溫余熱發電是這一循環的重要應用領域之一。有機工質循環也廣泛用于低品位余熱發電，效果十分顯著。燃氣內燃機的乏氣余熱溫度較高，十分適合超臨界二氧化碳循環，而超臨界二氧化碳透平排出工質的溫度正好適合有機工質循環，因此，三者可以組成聯合循環發電系統。燃氣內燃機的缸套冷卻水適合作為溴化鋰吸收式制冷機的熱源，產生的冷量可以作為超臨界二氧化碳循環的冷源，也可以用于供冷。在供熱需求大的情況下，燃氣內燃機余熱可直接輸入至熱負荷?；谏鲜隹紤]，燃氣內燃機、超臨界二氧化碳及有機工質聯合循環組成的冷熱電三聯供系統可以實現能源的“溫度對口，梯級利用”的目標，同時得益于超臨界二氧化碳循環和有機工質循環系統簡單、結構緊湊、成本較低的優勢，十分有利于燃氣冷熱電分布式能源的小型化。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是如何進一步提高燃氣內燃機發電系統的發電效率和能量綜合利用率，并且使余熱發電系統更加緊湊和小型化。為了解決上述技術問題，本專利技術的技術方案是提供一種冷熱電三聯供系統，其特征在于：包括以下部分：一、燃氣內燃機作為系統的原動機的燃氣內燃機與發電機一連接；二、乏氣排放回路燃氣內燃機的乏氣出口連接乏氣換熱器一、氣換熱器三、乏氣換熱器四的高溫側入口，換熱器一的高溫側出口連接乏氣換熱器二的高溫側入口，乏氣換熱器四的高溫側出口連接乏氣換熱器五的高溫側入口，乏氣換熱器二、乏氣換熱器三、乏氣換熱器五的高溫側出口均連接燃氣內燃機的乏氣入口；三、缸套冷卻水回路燃氣內燃機的缸套冷卻水出口連接缸套冷卻水換熱器的高溫側入口和溴化鋰吸收式制冷機的制冷機發生器的第一熱源入口，缸套冷卻水換熱器的高溫側出口和制冷機發生器的第一熱源出口連接燃氣內燃機的缸套冷卻水入口；四、低溫冷卻水回路燃氣內燃機的中冷器和潤滑油的冷卻水出口連接低溫冷卻水換熱器的高溫側入口，低溫冷卻水換熱器的高溫側出口連接燃氣內燃機的中冷器和潤滑油的冷卻水入口；五、供熱回路熱負荷的介質出口連接低溫冷卻水換熱器和乏氣換熱器二的低溫側入口，低溫冷卻水換熱器的低溫側出口連接缸套冷卻水換熱器的低溫側入口，缸套冷卻水換熱器和乏氣換熱器二的低溫側出口均連接乏氣換熱器一的低溫側入口，乏氣換熱器一的低溫側出口連接熱負荷的介質入口；六、溴化鋰吸收式制冷機溴化鋰吸收式制冷機包括：用于吸收熱量的制冷機發生器，用于排出冷量的冷媒水回路和制冷機冷卻水回路；溴化鋰吸收式制冷機的冷媒水出口連接冷負荷和二氧化碳多級壓縮機的水入口，二氧化碳多級壓縮機的水出口連接二氧化碳冷卻器的水入口，冷負荷和二氧化碳冷卻器的水出口均連接溴化鋰吸收式制冷機的冷媒水入口，形成所述冷媒水回路；乏氣換熱器三的低溫側出口與制冷機發生器的第二熱源入口連接，制冷機發生器的第二熱源出口連接乏氣換熱器三的低溫側入口；乏氣換熱器五的低溫側出口與制冷機發生器的第三熱源入口連接，制冷機發生器的第三熱源出口連接乏氣換熱器五的低溫側入口；七、超臨界二氧化碳循環子系統二氧化碳冷卻器、二氧化碳多級壓縮機、有機工質冷卻器、乏氣換熱器四、二氧化碳膨脹機、有機工質加熱器的二氧化碳通道依次首尾相連，構成超臨界二氧化碳循環子系統；發電機二連接二氧化碳膨脹機；八、有機工質循環子系統有機工質冷卻器、有機工質泵、有機工質加熱器、有機工質膨脹機的有機工質通道依次首尾相連，構成有機工質循環子系統；發電機三連接有機工質膨脹機。優選地，所述乏氣換熱器一將燃氣內燃機的乏氣的高溫段熱量傳遞給所述供熱回路的介質；乏氣換熱器二將燃氣內燃機的乏氣的低溫段熱量傳遞給所述供熱回路的介質。優選地，所述乏氣換熱器一將燃氣內燃機的乏氣的高溫段熱量傳遞給所述供熱回路的介質；乏氣換熱器二將燃氣內燃機的乏氣的低溫段熱量傳遞給所述供熱回路的介質。優選地，所述缸套冷卻水換熱器將燃氣內燃機的缸套冷卻水的熱量傳遞給所述供熱回路的介質。優選地，所述缸套冷卻水回路中的缸套冷卻水、乏氣換熱器三中的乏氣、乏氣換熱器五中的乏氣是所述制冷機發生器的三個熱源。優選地，所述超臨界二氧化碳循環子系統中：二氧化碳冷卻器，用于將二氧化碳工質從氣態冷卻至液態；二氧化碳多級壓縮機，用于將二氧化碳工質增壓并中間冷卻；有機工質冷卻器，用于將所述有機工質循環子系統中有機工質的熱量傳遞給二氧化碳工質；乏氣換熱器四，用于將燃氣內燃機乏氣的熱量傳遞給二氧化碳工質；二氧化碳膨脹機，用于加溫增壓后的二氧化碳膨脹做功，并推動發電機二發電；有機工質加熱器，用于將二氧化碳工質的熱量傳遞給所述有機工質循環子系統中的有機工質。優選地，所述有機工質循環子系統中：有機工質泵，用于將有機工質冷卻器輸入的有機工質增壓；有機工質膨脹機，用于加溫增壓后的有機工質膨脹做功，并推動發電機三發電。本專利技術還提供了一種冷熱電三聯供方法，其特征在于：采用上述的冷熱電三聯供系統，步驟為：燃氣內燃機工作并推動發電機一發電，釋放的余熱通過乏氣排放回路、缸套冷卻水回路、低溫冷卻水回路進行回收和利用，對燃氣內燃機余熱進行分配，實現不同比例的冷量、熱量和電能輸出，實現冷熱電三聯供；當燃氣內燃機余熱用于供冷時，缸套冷卻水作為溴化鋰吸收式制冷機的制冷機發生器的熱源，通過缸套冷卻水回路將熱量傳遞給制冷機發生器；或者乏氣也作為溴化鋰吸收式制冷機的熱源，通過乏氣換熱器三將熱量傳遞給制冷機發生器；冷媒水回路將溴化鋰吸收式制冷機產生的冷量供給冷負荷；當燃氣內燃機余熱用于供熱時，熱負荷通過介質獲得熱量；其中的一路介質依次通過低溫冷卻水換熱器、缸套冷卻水換熱器吸收熱量，另一路介質通過乏氣換熱器二吸收熱量，然后兩路介質合并后通過乏氣換熱器一吸收熱量，最后供給熱負荷；當燃氣內燃機余熱用于發電時，乏氣換熱器四內的乏氣作為超臨界本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種冷熱電三聯供系統，其特征在于，包括以下部分：一、燃氣內燃機作為系統的原動機的燃氣內燃機(1)與發電機一(2)連接；二、乏氣排放回路燃氣內燃機(1)的乏氣出口連接乏氣換熱器一(8)、氣換熱器三(12)、乏氣換熱器四(21)的高溫側入口，換熱器一(8)的高溫側出口連接乏氣換熱器二(9)的高溫側入口，乏氣換熱器四(21)的高溫側出口連接乏氣換熱器五(28)的高溫側入口，乏氣換熱器二(9)、乏氣換熱器三(12)、乏氣換熱器五(28)的高溫側出口均連接燃氣內燃機(1)的乏氣入口；三、缸套冷卻水回路燃氣內燃機(1)的缸套冷卻水出口連接缸套冷卻水換熱器(7)的高溫側入口和溴化鋰吸收式制冷機(13)的制冷機發生器(14)的第一熱源入口，缸套冷卻水換熱器(7)的高溫側出口和制冷機發生器(14)的第一熱源出口連接燃氣內燃機(1)的缸套冷卻水入口；四、低溫冷卻水回路燃氣內燃機(1)的中冷器和潤滑油的冷卻水出口連接低溫冷卻水換熱器(6)的高溫側入口，低溫冷卻水換熱器(6)的高溫側出口連接燃氣內燃機(1)的中冷器和潤滑油的冷卻水入口；五、供熱回路熱負荷(11)的介質出口連接低溫冷卻水換熱器(6)和乏氣換熱器二(9)的低溫側入口，低溫冷卻水換熱器(6)的低溫側出口連接缸套冷卻水換熱器(7)的低溫側入口，缸套冷卻水換熱器(7)和乏氣換熱器二(9)的低溫側出口均連接乏氣換熱器一(8)的低溫側入口，乏氣換熱器一(8)的低溫側出口連接熱負荷(11)的介質入口；六、溴化鋰吸收式制冷機溴化鋰吸收式制冷機(13)包括：用于吸收熱量的制冷機發生器(14)，用于排出冷量的冷媒水回路(16)和制冷機冷卻水回路(15)；溴化鋰吸收式制冷機(13)的冷媒水出口連接冷負荷(17)和二氧化碳多級壓縮機(19)的水入口，二氧化碳多級壓縮機(19)的水出口連接二氧化碳冷卻器(18)的水入口，冷負荷(17)和二氧化碳冷卻器(18)的水出口均連接溴化鋰吸收式制冷機(13)的冷媒水入口，形成所述冷媒水回路(16)；乏氣換熱器三(12)的低溫側出口與制冷機發生器(14)的第二熱源入口連接，制冷機發生器(14)的第二熱源出口連接乏氣換熱器三(12)的低溫側入口；乏氣換熱器五(28)的低溫側出口與制冷機發生器(14)的第三熱源入口連接，制冷機發生器(14)的第三熱源出口連接乏氣換熱器五(28)的低溫側入口；七、超臨界二氧化碳循環子系統二氧化碳冷卻器(18)、二氧化碳多級壓縮機(19)、有機工質冷卻器(20)、乏氣換熱器四(21)、二氧化碳膨脹機(22)、有機工質加熱器(24)的二氧化碳通道依次首尾相連，構成超臨界二氧化碳循環子系統；發電機二(23)連接二氧化碳膨脹機(22)；八、有機工質循環子系統有機工質冷卻器(20)、有機工質泵(25)、有機工質加熱器(24)、有機工質膨脹機(26)的有機工質通道依次首尾相連，構成有機工質循環子系統；發電機三(27)連接有機工質膨脹機(26)。...

【技術特征摘要】
1.一種冷熱電三聯供系統，其特征在于，包括以下部分：一、燃氣內燃機作為系統的原動機的燃氣內燃機(1)與發電機一(2)連接；二、乏氣排放回路燃氣內燃機(1)的乏氣出口連接乏氣換熱器一(8)、氣換熱器三(12)、乏氣換熱器四(21)的高溫側入口，換熱器一(8)的高溫側出口連接乏氣換熱器二(9)的高溫側入口，乏氣換熱器四(21)的高溫側出口連接乏氣換熱器五(28)的高溫側入口，乏氣換熱器二(9)、乏氣換熱器三(12)、乏氣換熱器五(28)的高溫側出口均連接燃氣內燃機(1)的乏氣入口；三、缸套冷卻水回路燃氣內燃機(1)的缸套冷卻水出口連接缸套冷卻水換熱器(7)的高溫側入口和溴化鋰吸收式制冷機(13)的制冷機發生器(14)的第一熱源入口，缸套冷卻水換熱器(7)的高溫側出口和制冷機發生器(14)的第一熱源出口連接燃氣內燃機(1)的缸套冷卻水入口；四、低溫冷卻水回路燃氣內燃機(1)的中冷器和潤滑油的冷卻水出口連接低溫冷卻水換熱器(6)的高溫側入口，低溫冷卻水換熱器(6)的高溫側出口連接燃氣內燃機(1)的中冷器和潤滑油的冷卻水入口；五、供熱回路熱負荷(11)的介質出口連接低溫冷卻水換熱器(6)和乏氣換熱器二(9)的低溫側入口，低溫冷卻水換熱器(6)的低溫側出口連接缸套冷卻水換熱器(7)的低溫側入口，缸套冷卻水換熱器(7)和乏氣換熱器二(9)的低溫側出口均連接乏氣換熱器一(8)的低溫側入口，乏氣換熱器一(8)的低溫側出口連接熱負荷(11)的介質入口；六、溴化鋰吸收式制冷機溴化鋰吸收式制冷機(13)包括：用于吸收熱量的制冷機發生器(14)，用于排出冷量的冷媒水回路(16)和制冷機冷卻水回路(15)；溴化鋰吸收式制冷機(13)的冷媒水出口連接冷負荷(17)和二氧化碳多級壓縮機(19)的水入口，二氧化碳多級壓縮機(19)的水出口連接二氧化碳冷卻器(18)的水入口，冷負荷(17)和二氧化碳冷卻器(18)的水出口均連接溴化鋰吸收式制冷機(13)的冷媒水入口，形成所述冷媒水回路(16)；乏氣換熱器三(12)的低溫側出口與制冷機發生器(14)的第二熱源入口連接，制冷機發生器(14)的第二熱源出口連接乏氣換熱器三(12)的低溫側入口；乏氣換熱器五(28)的低溫側出口與制冷機發生器(14)的第三熱源入口連接，制冷機發生器(14)的第三熱源出口連接乏氣換熱器五(28)的低溫側入口；七、超臨界二氧化碳循環子系統二氧化碳冷卻器(18)、二氧化碳多級壓縮機(19)、有機工質冷卻器(20)、乏氣換熱器四(21)、二氧化碳膨脹機(22)、有機工質加熱器(24)的二氧化碳通道依次首尾相連，構成超臨界二氧化碳循環子系統；發電機二(23)連接二氧化碳膨脹機(22)；八、有機工質循環子系統有機工質冷卻器(20)、有機工質泵(25)、有機工質加熱器(24)、有機工質膨脹機(26)的有機工質通道依次首尾相連，構成有機工質循環子系統；發電機三(27)連接有機工質膨脹機(26)。2.如權利要求1所述的一種冷熱電三聯供系統，其特征在于：所述乏氣換熱器一(8)將燃氣內燃機(1)的乏氣的高溫段熱量傳遞給所述供熱回路的介質；乏氣換熱器二(9)將燃氣內燃機(1)的乏氣的低溫段熱量傳遞給所述供熱回路的介質。3.如權利要求1所述的一種冷熱電三聯供系統，其特征在于：所述缸套冷卻水換熱器(7)將燃氣內燃機(1)的缸套冷卻水的熱量傳遞給所述供熱回路的介質。4.如權利要求1所述的一種冷熱電三聯供系統，其特征在于：所述低溫冷卻水換熱器(6)將燃氣內燃機(1)的中冷器和潤滑油的冷卻水的熱量傳遞給所述供熱回路的介質。5.如權利要求1所述的一種冷熱電三聯供系統，其特征在于：所述缸套冷卻水回路中的缸套冷卻水、乏氣換熱器三(12)中的乏氣、乏氣換熱器五(28)中的乏氣是所述制冷機發生器(14)的三個熱源。6.如權利要求1所述的一種冷熱電三聯供系統，其特征在于：所述超臨界二氧化碳循環子系統中：二氧化碳冷卻器(18)，用于將二氧化碳工質從氣態冷卻至液態；二氧化碳多級壓縮機(19)，用于將二氧化碳工質增壓并中間冷...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭開云，黃志強，
申請(專利權)人：上海發電設備成套設計研究院，
類型：發明
國別省市：上海,31