專利名稱：一種復(fù)合供能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于分布式能源熱電冷聯(lián)供技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種 復(fù)合供能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
城市住宅及建筑物供暖供冷每年要消耗大量的化石能源，但現(xiàn)有的 供暖和供冷裝置大多能源利用率較低，浪費(fèi)嚴(yán)重，同時加重了大氣污染。 在能源及環(huán)境問題已經(jīng)受到全球普遍關(guān)注的今天，上述的供能系統(tǒng)顯然 無法滿足要求。而構(gòu)建清潔、高效、科學(xué)用能的復(fù)合供能系統(tǒng)是提高能 源利用率、節(jié)省能源、降低污染的有效途徑。
以燃?xì)鈾C(jī)為核心的熱電(冷)聯(lián)供、熱泵系統(tǒng)被認(rèn)為是當(dāng)前比較合 理的供暖(冷)方式。
熱電(冷)聯(lián)供機(jī)組符合能量梯級利用的原則，系統(tǒng)的能源利用率 較高。但是，其生產(chǎn)的高品質(zhì)電能相當(dāng)于是熱(冷)能的副產(chǎn)品。由于 機(jī)組容量小、參數(shù)低，故發(fā)電效率明顯低于大型電站發(fā)電效率，造成能 源利用率下降。因?yàn)橐徊糠秩剂蠠嶂缔D(zhuǎn)變成電能，所以供熱量必然小于 消耗的燃料發(fā)熱量，這對以供熱(冷)為目的的機(jī)組來說，并不希望這 樣。另外，熱電負(fù)荷靈活性不夠，電負(fù)荷由熱負(fù)荷決定，當(dāng)需要的熱(冷) 負(fù)荷一定時，相應(yīng)的電負(fù)荷就被決定了，無法在電負(fù)荷為零的情況下向 外供暖或供冷。因此，要實(shí)現(xiàn)供熱(冷)，這類機(jī)組必須并入電網(wǎng)運(yùn)行， 由于政策和技術(shù)上的原因，受到諸多限制。目前相當(dāng)多的機(jī)組僅僅是熱 電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，它們還存在另一個問題是夏季熱負(fù)荷極低，全年可用率下 降。而夏季制冷，又多采用電動空調(diào)，加重了電網(wǎng)尖峰負(fù)荷。
熱泵系統(tǒng)，尤其是地源熱泵，以其高效、清潔環(huán)保和利用可再生能
源的特點(diǎn)近年來得到迅速發(fā)展。其本身的優(yōu)點(diǎn)非常突出。 一般輸入lkW 電能可獲得3 5kW熱(冷)量。目前的熱泵系統(tǒng)多采用電驅(qū)動，其實(shí)際能效比有所下降。主要是因?yàn)殡娋W(wǎng)供電效率一般不足35%，也就是 說，每消耗lkW燃料熱量，最終通過熱泵轉(zhuǎn)換成的熱(冷)量僅在1.0 1.8kW。熱泵的高性能被集中式發(fā)電廠的低能源利用率給抵消了。另外， 電驅(qū)動熱泵系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)在于夏季加重了電網(wǎng)尖峰負(fù)荷，增加電網(wǎng)安 全運(yùn)行負(fù)擔(dān)。
很自然地，構(gòu)建一種新型的復(fù)合供能系統(tǒng)，充分利用熱電(冷)聯(lián) 產(chǎn)和熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，又能有效地彌補(bǔ)它們的不足是很必要的。由前述 可知，熱電(冷)聯(lián)供系統(tǒng)用能科學(xué)，能源利用率高。只是發(fā)出的電能 不能直接用于供熱(冷)，而且燃料量一定時每多發(fā)一份電能，相應(yīng)的 就少供一份熱(冷)。如果將多發(fā)的這一份電能直接用于驅(qū)動熱泵，則 可以變成3 5份的熱(冷)能，系統(tǒng)總的供熱(冷)量增加了2 4份， 同時既解決了熱電(冷)聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電上網(wǎng)的問題，也解決了熱泵從電 網(wǎng)取電、加重電網(wǎng)尖峰負(fù)荷的問題。而且，熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的電效率越 高，消耗相同燃料量可提供的熱(冷)量就越多，燃料的一次能源利用 率就越高。
目前，空氣濕化循環(huán)裝置(HAT)具有最高發(fā)電效率的潛力，將其 與水源熱泵集成，可以大大提高系統(tǒng)的一次能源利用率(可達(dá)2.0以上)。 對改善系統(tǒng)的熱(冷)電比范圍、熱(冷)電負(fù)荷靈活性、避免發(fā)電上 網(wǎng)的麻煩和夏季給電網(wǎng)增加尖峰負(fù)荷、減輕環(huán)境污染等問題都有積極的 意義。另外，也降低了城市燃?xì)夥骞炔?，提高燃?xì)夤芫W(wǎng)夏季利用率。而 且，通過煙氣余熱回收利用，空氣濕化循環(huán)高濕度煙氣水回收和低溫潛 熱利用問題也可以在一定程度上得到解決。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種復(fù)合供能系統(tǒng)，由空氣濕化循環(huán)裝 置與熱泵系統(tǒng)集成的、可用于住宅、建筑物等的供暖、供冷、供電的復(fù) 合供能系統(tǒng)，以及低溫高濕度煙氣水回收和潛熱利用方法，該復(fù)合供能 系統(tǒng)具有一次能源利用率高、熱電比范圍大、供熱(冷)能力大、可緩 解電網(wǎng)和城市燃?xì)夤芫W(wǎng)季節(jié)性負(fù)荷峰谷差。各部分間獨(dú)立性強(qiáng)、靈活性 好，高濕度煙氣水回收效果好等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)所述的目的，本實(shí)用新型復(fù)合供能系統(tǒng)，由空氣濕化循 環(huán)裝置與水源熱泵集成，空氣濕化循環(huán)裝置的一輸出端與水源熱泵一輸 入端連接，空氣濕化循環(huán)裝置的一輸入端與燃料端連接，空氣濕化循環(huán) 裝置的另一輸入端與水處理系統(tǒng)的一輸出端連接；空氣濕化循環(huán)裝置的 高濕度排煙端與煙氣余熱利用設(shè)備的一輸入端連接，用于對煙氣余熱利 用設(shè)備供熱；
水源熱泵分別與煙氣余熱利用設(shè)備的第一供熱或冷端、回水源、
第三閥門和第四閥門連接；
煙氣余熱利用設(shè)備的煙氣側(cè)輸出端與換熱器的煙氣側(cè)輸入端連
接；
換熱器分別與第一閥門、第二閥門、第四閥門和第五閥門連接； 第五閥門與生活用水連接；
配電設(shè)備一端與電網(wǎng)連接；另一端分別與空氣濕化循環(huán)裝置和水 源熱泵連接；
水處理系統(tǒng)的一輸入端與換熱器的另一輸出端連接；水處理系統(tǒng) 的一輸出端與換熱器的出口煙氣端連接；
換熱器輸出端，用于釋放出潛熱并回收水分；水處理系統(tǒng)的輸入端 接收換熱器輸出端的回收水，再由水處理系統(tǒng)的輸出端返回空氣濕化循 環(huán)裝置的輸入端重復(fù)使用；
第一 閥門的一端與自來水端連接；
第二閥門和第三閥門與水源來水端連接。
根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，由第六閥門、第七閥門、第八閥門、 第九閥門實(shí)現(xiàn)水回收結(jié)構(gòu)，換熱器冷卻煙氣端分別與第九閥門的一端和 第六閥門的一端連接，第三閥門的兩端分別與水源來水端、水源熱泵和 第六閥門的另一端連接，水源熱泵的一端分別與第八閥門的一端和第九 閥門的另一端連接，換熱器的另一端與第七閥門的一端連接，第八閥門 的輸出端與第七閥門的另輸出端與回水源連接，將水源熱泵輸出端的低 溫水引入換熱器。
根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，由第二閥門、第四閥門組成提高熱泵 的性能系數(shù)，其第二閥門的輸入端和輸出端分別與水源來水端和換熱器的一輸入端相連接，換熱器的一輸出端與第四閥門的輸入端相連，第四 閥門的輸出端與水源熱泵的一輸入端相連接;水源熱泵的另一輸出端與 回水源相連接，用于通過換熱器用低溫?zé)煔獾臒崃考訜嵊伤此巳ネ?水源熱泵的溫度較低端。
根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，由自來水端和換熱器組成吸熱結(jié)構(gòu)提 供生活用水，第一閥門的輸入端和輸出端分別與自來水端和換熱器的一 輸入端相連接，以實(shí)現(xiàn)自來水端吸收換熱器中的煙氣釋放的潛熱，換熱 器的一輸出端與第五閥門的輸入端相連接，第五閥門的輸出端與生活用 水相連接。
本實(shí)用新型提供了復(fù)合供能系統(tǒng)，由空氣濕化循環(huán)裝置與水源熱泵 系統(tǒng)集成，空氣濕化循環(huán)裝置的發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分或全部電能供給具有 較高熱泵的性能系數(shù)的水源熱泵，用于從水源中提取任意比例的熱或冷 量、或電負(fù)荷需求供給用戶。
具體地，復(fù)合供能系統(tǒng)還包括煙氣余熱利用設(shè)備、換熱器和水處理 系統(tǒng)，空氣濕化循環(huán)裝置高濕度排煙經(jīng)過煙氣余熱利用設(shè)備向外供熱或 冷，煙氣再進(jìn)入換熱器進(jìn)一步冷凝，釋放出其中的潛熱并回收水分后排 放，回收的水經(jīng)水處理系統(tǒng)處理后返回空氣濕化循環(huán)裝置重復(fù)使用。
具體地，所述當(dāng)煙氣溫度略高于或低于熱網(wǎng)供熱要求溫度時，通 過換熱器用低溫?zé)煔獾臒崃考訜嵊伤慈ネ礋岜玫臏囟容^低的水， 以提高熱泵的性能系數(shù)。
具體地，所述采用自來水吸收換熱器中的煙氣釋放的潛熱，用于 提供生活熱水。
具體地，所述夏季時，將地下水源來水引入換熱器以實(shí)現(xiàn)水回收。 具體地，所述將水源熱泵出口的低溫水引入換熱器，用以提高水 回收效果。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有熱(冷)電聯(lián)供系統(tǒng)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)和有益 效果。本實(shí)用新型用于提高供能系統(tǒng)性能的高濕度低溫?zé)煔鉂摕崂眉?br>
術(shù)和系統(tǒng)。本實(shí)用新型濕空氣透平(HAT)循環(huán)排煙水回收技術(shù)和系統(tǒng)。
(1) 一次能源利用率高，可達(dá)2.0以上。與傳統(tǒng)燃機(jī)循環(huán)相比， 空氣濕化循環(huán)有較高的電效率，在燃料量相同時，發(fā)電量要高于傳統(tǒng)循環(huán)。而每增加lkW電能，在輸入熱泵后就可以轉(zhuǎn)變成3.5 5.5kW的熱 (冷)。供熱(冷)的一次能源利用率自然升高。
(2) 熱電比范圍擴(kuò)大；熱電負(fù)荷靈活性明顯改善。其熱電負(fù)荷性 能曲線如圖3所示。系統(tǒng)可以單純發(fā)電；也可以在輸出0kW電能的情 況下提供最大的熱(冷)負(fù)荷，熱電比在0 ^范圍變化；系統(tǒng)也可以 在任意的熱(冷)電負(fù)荷下運(yùn)行。在實(shí)現(xiàn)上述功能的前提下，復(fù)合供能 系統(tǒng)可以保證在較高效率乃至設(shè)計(jì)效率下運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)性好。
(3) 在機(jī)組容量相同的情況下，供熱(冷)能力比現(xiàn)有聯(lián)供系統(tǒng) 明顯增加，甚至可多出數(shù)倍。若保持供熱(冷)負(fù)荷不變，機(jī)組容量可 以明顯減小。
(4) 與現(xiàn)有系統(tǒng)相反，本實(shí)用新型復(fù)合供能系統(tǒng)的空氣濕化循環(huán) 部分發(fā)電效率越高(對應(yīng)的排煙溫度就越低)，復(fù)合系統(tǒng)的供熱(冷) 能力越強(qiáng)，能源利用率就越高。這更符合熱(冷)用戶的要求。
(5) 在"以熱定電"原則下，熱負(fù)荷相同時，本實(shí)用新型所述復(fù) 合供能系統(tǒng)空氣濕化循環(huán)工作點(diǎn)更接近設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，具有更高的效率， 一次能源利用率高。
(6) 本實(shí)用新型所述復(fù)合供能系統(tǒng)，夏季通過燃用天然氣實(shí)現(xiàn)制 冷，減輕電網(wǎng)尖峰負(fù)荷的同時也降低城市燃?xì)夤芫W(wǎng)冬夏季節(jié)性負(fù)荷峰谷 差。
(7) 本實(shí)用新型所述的復(fù)合供能系統(tǒng)，各部分間獨(dú)立性強(qiáng)，靈活 性好。在空氣濕化循環(huán)無法正常提供電能的情況下，仍可以通過從電網(wǎng) 購電驅(qū)動熱泵實(shí)現(xiàn)供熱(冷)。在僅需要電負(fù)荷時可以單獨(dú)發(fā)電，而且 濕化循環(huán)的特點(diǎn)決定了發(fā)電效率比較高。
(8) 高濕度煙氣水回收效果好。
圖1 2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型所述復(fù)合供能系統(tǒng)的熱電負(fù)荷性能曲線示意圖。 圖4和圖5是空氣濕化循環(huán)裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型加以詳細(xì)說明，應(yīng)指出的是，所描述 的實(shí)施例僅旨在便于對本實(shí)用新型的理解，而對其不起任何限定作用。 在本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，利用燃?xì)廨啓C(jī)空氣濕化循環(huán)裝置1排煙 中的廢熱加熱水并用其加濕壓縮空氣，形成空氣濕化循環(huán)。因?yàn)榕艧熡?熱被充分利用，所以循環(huán)內(nèi)部發(fā)電效率較高?？諝鉂窕h(huán)裝置1的發(fā) 電機(jī)發(fā)出的部分或全部電能提供給具有較高性能系數(shù)(簡稱COP:英
文Coefficient of Performance的縮寫，下同)的水源熱泵2，從水源中 提取熱(冷)量供給用戶。
空氣濕化循環(huán)裝置l的發(fā)電機(jī)發(fā)出的電，除供給水源熱泵2外，還 可以就地供給其它用電設(shè)備使用，不必上網(wǎng)。若需要的冷(熱)負(fù)荷較 大，發(fā)電機(jī)負(fù)荷不能滿足需要，還可以從電網(wǎng)購買較少部分的電能。避 免了上網(wǎng)和夏季增加電網(wǎng)尖峰負(fù)荷的問題。
將發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分或全部電能供給水源熱泵2后，可以在保證 復(fù)合系統(tǒng)一次能源利用率較高的情況下，實(shí)現(xiàn)在電負(fù)荷為零時提供最大 的冷(熱)負(fù)荷，系統(tǒng)的熱電比范圍增大、熱電負(fù)荷靈活性增強(qiáng)。
所述煙氣水回收方法，還包含通過生產(chǎn)生活熱水來吸收煙氣潛熱， 實(shí)現(xiàn)水回收。為實(shí)現(xiàn)空氣濕化循環(huán)高濕度煙氣水回收，冬季時可以將進(jìn) 入水源熱泵2的水先在換熱器4中冷凝煙氣，實(shí)現(xiàn)水回收。此法從另一 面來講，也是煙氣潛熱利用方法；所述潛熱利用方法，如前所述，除提 供生活熱水外，冬季，還可以用煙氣潛熱加熱水源熱泵2進(jìn)口水，水被 加熱以后進(jìn)入水源熱泵2，會提高水源熱泵2的性能系數(shù)，系統(tǒng)的能源 利用率提高。
如圖1為本實(shí)用新型復(fù)合供能系統(tǒng)循環(huán)示意圖所示，主要包括-空氣濕化循環(huán)裝置l、水源熱泵2、煙氣余熱利用設(shè)備3、換熱器 4、配電設(shè)備5、水處理系統(tǒng)6以及相關(guān)第一閥門7、第二閥門8、第三 閥門9、第四閥門10、第五閥門11、燃料端12、電網(wǎng)13、第一供熱或 冷端14、生活用水15、煙氣端16、自來水端17、水源來水端18、回 水源19和管道等組合而成，由空氣濕化循環(huán)裝置1與水源熱泵2集成， 空氣濕化循環(huán)裝置1的一輸出端與水源熱泵2 —輸入端連接，空氣濕化循環(huán)裝置1的一輸入端與燃料端12連接，空氣濕化循環(huán)裝置1的另一 輸入端與水處理系統(tǒng)6的一輸出端連接；空氣濕化循環(huán)裝置1的高濕度 排煙端與煙氣余熱利用設(shè)備3的一輸入端連接，用于對煙氣余熱利用設(shè) 備3供熱；水源熱泵2分別與煙氣余熱利用設(shè)備3的第一供熱或冷端 14、回水源19、第三闊門9和第四閥門IO連接；煙氣余熱利用設(shè)備3 的煙氣側(cè)輸出端與換熱器4的煙氣側(cè)輸入端連接；換熱器4分別與第一 閥門7、第二閥門8、第四閥門IO和第五閥門ll連接；第五閥門11與 生活用水15連接；配電設(shè)備5 —端與電網(wǎng)13連接；另一端分別與空氣 濕化循環(huán)裝置1和水源熱泵2連接；水處理系統(tǒng)6的一輸入端與換熱器 4的另一輸出端連接；水處理系統(tǒng)6的一輸出端與換熱器4的出口煙氣 端16連接；第一閥門7的一端與自來水端17連接；第二閥門8和第三 閥門9與水源來水端18連接。它們采用的具體形式為
空氣濕化循環(huán)裝置1:以Bowman公司生產(chǎn)的TG80微燃機(jī)為核心， 壓比4.3，初溫900。C，額定功率80kW。
水源熱泵2，也可以是其它熱泵，如空氣源熱泵等，水源熱泵2可 以采用電驅(qū)動或由燃機(jī)直接驅(qū)動。本例采用CIATLWP系列水源熱泵。
煙氣余熱利用設(shè)備3，可以采用表面式換熱器，也可以采用煙氣型 制冷機(jī)等。
所述換熱器4可以采用表面式或直接接觸式換熱器，煙氣側(cè)壓力
為常壓，水側(cè)壓力不超過0.7MPa。
配電設(shè)備5:選用額定電壓380V、額定電流250A的空氣開關(guān)。 水處理系統(tǒng)6:可以選用單級反滲透水處理裝置、出水量300公斤
/小時。
第一闊門7、第二閥門8、第三閥門9、第四閥門10、第五閥門11 均采用普通截止閥，公稱壓力l.OMPa、公稱直徑IOO。
燃?xì)饣蛉加蜑槿剂隙?2輸入空氣濕化循環(huán)裝置1中產(chǎn)生電能，部 分或全部用于驅(qū)動水源熱泵2向外第一供熱或冷端14供熱或冷。若空 氣濕化循環(huán)裝置1產(chǎn)生的電能用于驅(qū)動水源熱泵2還有剩余，則可以通 過配電設(shè)備5送入電網(wǎng)13，此時應(yīng)盡量保證機(jī)組在最佳效率下運(yùn)行， 多出的電能送入電網(wǎng)13。反之，若空氣濕化循環(huán)裝置1產(chǎn)生的電能不足以驅(qū)動水源熱泵2，則可以通過配電設(shè)備5從電網(wǎng)13購電。在產(chǎn)生
電能的同時，空氣濕化循環(huán)裝置1高濕度排煙首先經(jīng)過煙氣余熱利用設(shè)
備3向外第二供熱或冷端14供熱或冷；然后煙氣再進(jìn)入換熱器4進(jìn)一 步冷凝，釋放出其中的潛熱并回收水分后排放。換熱器4回收的水經(jīng)水 處理系統(tǒng)6處理后返回空氣濕化循環(huán)裝置1重復(fù)使用。換熱器4中用來 冷凝煙氣的水可以是自來水端17的水，吸熱后提供生活用水端15。此 時，第二閥門8和第四閥門IO關(guān)閉，水經(jīng)第一閥門7進(jìn)入換熱器4， 冷凝煙氣(同時自身被加熱)后經(jīng)第五閥門11供給用戶；水源熱泵2 的水源來水端18的水經(jīng)打開的第三閥門9進(jìn)入水源熱泵2后回水源端 19。冬季時，還可以將水源熱泵2的水源來水端18的水先經(jīng)換熱器4 冷凝煙氣，然后再進(jìn)入水源熱泵2，以提高熱泵性能。此時，水源來水 端18的水，經(jīng)過第二閥門8進(jìn)入換熱器4冷凝煙氣(同時自身被加熱) 后經(jīng)第四閥門10進(jìn)入水源熱泵2后回水源19。第一閥門7、第三閥門 9和第五閥門11均關(guān)閉。但此時無法提供生活熱水，換熱器4出口煙 氣端16的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。
為了實(shí)現(xiàn)水回收，也可以采用圖2所示系統(tǒng)包括空氣濕化循環(huán) 裝置l、水源熱泵2、煙氣余熱利用設(shè)備3、換熱器4、配電設(shè)備5、水 處理系統(tǒng)6以及相關(guān)第六閥門38、第七閥門39、第八閥門40、第九閥 門41、第三閥門9、燃料端12、電網(wǎng)13、第一供熱或冷端14、煙氣端 16、水源來水端18、回水源19組合而成，在換熱器4輸出端還包括第 六閥門38、第七閥門39、第八閥門40、第九閥門41.實(shí)現(xiàn)回收水結(jié)構(gòu)， 換熱器4冷卻煙氣端分別與第九閥門41的一端和第六閥門38的一端連 接，第三閥門9的兩端分別與水源來水端18、水源熱泵2和第六閥門 38的另一端連接，水源熱泵2的一端分別與第八閥門40的一端和第九 闊門41的另一端連接，換熱器4的另一端與第七閥門39的一端連接， 第八閥門40的輸出端與第七閥門39的另輸出端與回水源19連接，將 水源熱泵2輸出端的低溫水引入換熱器4。第六閥門38、第七閥門39、 第八閥門40、第九閥門41均采用普通截止閥，公稱壓力l.OMPa、公 稱直徑100。
水源來水端18的來水經(jīng)第三閥門9進(jìn)入水源熱泵2后，再經(jīng)第九閥門41進(jìn)入換熱器4冷卻煙氣，實(shí)現(xiàn)水回收后再經(jīng)過第七閥門39返回
水源19，第六閥門38和第八閥門40關(guān)閉。此法冬季水源熱泵2用于供 暖時，水回收效果好?？紤]到夏季水源熱泵2用于供冷時其出口水溫比 較高，可能影響水回收效果。此時可將第九閥門41關(guān)閉，部分水源來 水端18的水經(jīng)第六閥門38進(jìn)入換熱器4冷卻煙氣，實(shí)現(xiàn)水回收后經(jīng)第 七閥門39返回水源19。而水源熱泵2的用水仍來自于水源來水端18 并經(jīng)第八閥門40后回水源19。因?yàn)橄募镜叵滤疁囟让黠@低于地表水溫 度，所以水回收效果要好。從換熱器4中回收的水同樣經(jīng)過水處理系統(tǒng) 6凈化處理后返回空氣濕化循環(huán)裝置1重復(fù)使用。換熱器4出口煙氣16 經(jīng)煙囪排入大氣。其余部分與圖l完全相同。
所述的煙氣水回收方法，還包括在將從水源熱泵2出來的水引入 換熱器4的冷凝煙氣(附圖2)。冬季時此水溫更低，水回收比例增加。 夏季時，水溫高，回收效果下降。
空氣濕化循環(huán)裝置1發(fā)出的電能經(jīng)配電設(shè)備5，再根據(jù)需要供給水 源熱泵2，驅(qū)動水源熱泵2向外供熱(冷)。如果電能不夠，可以從電 網(wǎng)13購電；如果發(fā)出的電能可以上電網(wǎng)13，那么可以盡量保證機(jī)組在 最佳效率下運(yùn)行，多出的電能送入電網(wǎng)13。
圖3是本實(shí)用新型復(fù)合供能系統(tǒng)的熱電負(fù)荷性能曲線圖。在實(shí)際運(yùn) 行中，供能系統(tǒng)的熱(冷)電負(fù)荷由外界需求確定，二者之間并無必然 聯(lián)系。但是，空氣濕化循環(huán)本身的熱(冷)電負(fù)荷間存在著特定的關(guān)系 QB=f(PB)。圖中給出了在特定熱(冷)電負(fù)荷下(對應(yīng)A點(diǎn))，復(fù)合系 統(tǒng)中空氣濕化循環(huán)工作點(diǎn)的確定方法
QA=Qb+(PB-PA)xCOP (1)
QA—一外界需求的熱負(fù)荷。
QB—一煙氣余熱利用設(shè)備3直接提供的熱負(fù)荷。
PA—一外界需求的電負(fù)荷。
PB—一空氣濕化循環(huán)裝置1發(fā)電機(jī)輸出的電負(fù)荷。
COP—一水源熱泵2的性能系數(shù)。
按上式計(jì)算得到的Qb和Pb即可確定濕化循環(huán)的工作點(diǎn)B。亦即，
只要濕化循環(huán)工作在B點(diǎn)，則將其發(fā)出電能中的(PB-PA)部分供給水源熱泵2，就可以同時滿足用戶特定的熱(冷)電負(fù)荷(A點(diǎn))要求。若
發(fā)電可以上電網(wǎng)13，則可以始終保持空氣濕化循環(huán)裝置1在其最高效
率工況下運(yùn)行，發(fā)出的電能分為三部分 一部分滿足電負(fù)荷要求， 一部
分驅(qū)動水源熱泵2滿足熱負(fù)荷要求，剩下的一部分供給電網(wǎng)13。
從圖3可見，本實(shí)用新型系統(tǒng)熱電負(fù)荷變化方向相反，即電負(fù)荷
增加則熱負(fù)荷減小，反之亦然。熱電負(fù)荷非常靈活，只要調(diào)整空氣濕化
循環(huán)裝置1供給水源熱泵2的電能，可滿足任意比例的熱(冷)、電負(fù) 荷需求。這與傳統(tǒng)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)明顯不同。當(dāng)外界要求的電負(fù)荷減小、
熱負(fù)荷增加時(比如電負(fù)荷由PB降到PA，熱負(fù)荷由QB增加到QA)，
傳統(tǒng)熱電聯(lián)供系統(tǒng)根本無法滿足要求。而在本實(shí)用新型系統(tǒng)中，只要將 空氣濕化循環(huán)裝置1中的發(fā)電機(jī)輸出的電負(fù)荷更多地用于驅(qū)動水源熱 泵2，在降低對外輸出電負(fù)荷的同時又增加了熱負(fù)荷，直到最終同時滿 足外界熱電負(fù)荷要求為止。顯然，熱電負(fù)荷更加靈活。在極端情況下， 當(dāng)外界需要的電負(fù)荷為O而熱負(fù)荷最大(Qmax)時，將所有電負(fù)荷全部 用于驅(qū)動水源熱泵2即可滿足要求。此時的熱電比為無窮大，系統(tǒng)的熱 電比范圍較傳統(tǒng)聯(lián)供系統(tǒng)有較大拓展。這時系統(tǒng)雖然看起來似乎相當(dāng)于 供熱鍋爐，但是有本質(zhì)的區(qū)別。首先是系統(tǒng)可以在夏季實(shí)現(xiàn)供冷。其次， 無論是單純供熱還是單純供冷，系統(tǒng)的一次能源利用率均大于100%。 這兩點(diǎn)都是普通鍋爐根本無法做到的。以Bowman公司TG80燃機(jī)構(gòu)成 的濕化循環(huán)(發(fā)電效率35%)與COP為4.5的水源熱泵2 (CIATLWP 系列熱泵)構(gòu)成的復(fù)合供能系統(tǒng)為例，并保守的假定煙氣余熱利用設(shè)備 3可提供的熱量僅占輸入一次能源的40%。則系統(tǒng)單純供熱、在輸入 100kW—次能源時，可以提供的熱量為100X35%X4.5+100X40% = 197.5kW。多出的熱量是由水源熱泵2從環(huán)境當(dāng)中提取的，根本不消耗 一次能源，所以對應(yīng)的一次能源利用率為197.5/100 = 1.975。
在具體實(shí)施過程中，有時候受客觀條件限制，水源熱泵2的水并 非一定源自地下，也可以來自江河湖海以及水庫，或是工業(yè)廢水、地?zé)?水等。也可采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)，供熱時利用排煙余熱加熱循環(huán)水；制 冷時，通過外接散熱設(shè)備冷卻循環(huán)水。
在圖4的空氣的濕化循環(huán)中，空氣的濕化是在濕化器25 (直接接觸式換熱器)中進(jìn)行。入口空氣35經(jīng)壓氣機(jī)20升壓，成為壓縮空氣并
在換熱器24 (亦稱后冷器)中被冷卻后進(jìn)入濕化器25與從換熱器24 和換熱器31中來的熱水直接接觸，被水加熱、加濕，然后進(jìn)入換熱器 30 (亦稱回?zé)崞?中吸收燃機(jī)22排煙熱量，被加熱后進(jìn)入燃燒室21與 燃料端12共同燃燒。形成的高溫?zé)煔膺M(jìn)入燃機(jī)22做功，帶動發(fā)電機(jī) 23發(fā)出電能。濕化器25出口的水經(jīng)水泵26升壓后繼續(xù)分別進(jìn)入換熱 器24和31重復(fù)使用。換熱器32 (表面式或直接接觸式)將煙氣冷卻， 從煙氣中回收加入的部分或全部水分，并通過水泵27 (必要時可加補(bǔ) 水28)送入到循環(huán)內(nèi)部，保證系統(tǒng)水量平衡。濕化器25進(jìn)口水量與進(jìn) 口空氣量比例一般在1:1左右；濕化器25出口水在換熱器24和換熱器 31中的分配亦無嚴(yán)格比例要求，但要保證換熱器24和換熱器31出口 水不能汽化。水泵26為離心清水泵，入口壓力0.5MPa，揚(yáng)程50米， 流量4噸/小時，入口溫度90。C;水泵27為普通的離心水泵，揚(yáng)程IOO 米，流量400公斤/小時，入口為常壓和常溫。燃機(jī)22出口煙氣在依次 經(jīng)過換熱器30、換熱器31后形成高濕度煙氣29，進(jìn)入圖1所示的煙氣 余熱利用設(shè)備3。
圖4和圖5中所示實(shí)線表示空氣/煙氣，虛線表示水。 在圖5空氣濕化循環(huán)裝置的注水/蒸汽循環(huán)示意圖中，空氣的濕化 是直接向壓氣機(jī)20入口噴水或向燃燒室21中注水或蒸汽來實(shí)現(xiàn)的。由 圖1所示的水處理系統(tǒng)6來的水32 (若回收量小于加入的水量，需定 量的補(bǔ)水28)經(jīng)水泵42升壓后，進(jìn)入表面式換熱器37(亦稱省煤器)預(yù) 熱，同時回收煙氣熱量提高循環(huán)效率。然后進(jìn)入余熱鍋爐36產(chǎn)生蒸汽， 最后進(jìn)入燃燒室21，與燃料端12燃料燃燒生成的高溫?zé)煔饣旌虾筮M(jìn)入 燃機(jī)22做功，帶動發(fā)電機(jī)23發(fā)電。水處理系統(tǒng)6的來水32經(jīng)水泵42 升壓后，也可以將部分水噴入壓氣機(jī)入口空氣35中，實(shí)現(xiàn)一定的空氣 濕化。燃機(jī)22出口煙氣依次經(jīng)過余熱鍋爐36和換熱器37后形成的高 濕度煙氣29，進(jìn)入圖1所示的煙氣余熱利用設(shè)備3。余熱鍋爐36出口 額定蒸汽壓力在0.8MPa、溫度45(TC、蒸汽量在0.45噸/小時范圍內(nèi)均 可。水泵42額定流量0.5噸/小時，揚(yáng)程200米。另外，可將水32再被 水泵42升壓后，經(jīng)第十閥門33直接噴入壓氣機(jī)20入口或?qū)Q熱器37出口水經(jīng)第H^—閥門34直接噴入燃燒室21，也都可以實(shí)現(xiàn)濕化效果， 形成前述的濕化循環(huán)。第十閥門33和第十一閥門34采用普通截止閥， 公稱壓力3.0MPa。當(dāng)然，上述的濕化方法可以單獨(dú)也可以組合使用。
以上所述，僅是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)方案提出的較佳實(shí)施例，并 非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制，水源熱泵可以換成其他形式的熱 泵，熱網(wǎng)中傳遞熱量(冷量)的工質(zhì)不僅僅限于水，凡是未脫離本實(shí)用 新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的簡 單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合供能系統(tǒng)，其特征在于由空氣濕化循環(huán)裝置(1)與水源熱泵(2)集成，空氣濕化循環(huán)裝置(1)的一輸出端與水源熱泵(2)一輸入端連接，空氣濕化循環(huán)裝置(1)的一輸入端與燃料端(12)連接，空氣濕化循環(huán)裝置(1)的另一輸入端與水處理系統(tǒng)(6)的一輸出端連接；空氣濕化循環(huán)裝置(1)的高濕度排煙端與煙氣余熱利用設(shè)備(3)的一輸入端連接，用于對煙氣余熱利用設(shè)備(3)供熱；水源熱泵(2)分別與煙氣余熱利用設(shè)備(3)的第一供熱或冷端(14)、回水源(19)、第三閥門(9)和第四閥門(10)連接；煙氣余熱利用設(shè)備(3)的煙氣側(cè)輸出端與換熱器(4)的煙氣側(cè)輸入端連接；換熱器(4)分別與第一閥門(7)、第二閥門(8)、第四閥門(10)和第五閥門(11)連接；第五閥門(11)與生活用水(15)連接；配電設(shè)備(5)一端與電網(wǎng)(13)連接；另一端分別與空氣濕化循環(huán)裝置(1)和水源熱泵(2)連接；水處理系統(tǒng)(6)的一輸入端與換熱器(4)的另一輸出端連接；水處理系統(tǒng)(6)的一輸出端與換熱器(4)的出口煙氣端(16)連接；第一閥門(7)的一端與自來水端(17)連接；第二閥門(8)和第三閥門(9)與水源來水端(18)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合供能系統(tǒng)，其特征在于在所述換熱器(4)輸出端還包括第六閥門(38)、第七閥門(39)、第八閥門(40)、 第九閥門(41)實(shí)現(xiàn)水回收結(jié)構(gòu)，換熱器(4)冷卻煙氣端分別與第九 閥門(41)的一端和第六閥門(38)的一端連接，第三閥門(9)的兩 端分別與水源來水端(18)、水源熱泵(2)和第六閥門(38)的另一端 連接，水源熱泵(2)的一端分別與第八閥門(40)的一端和第九閥門 (41)的另一端連接，換熱器(4)的另一端與第七閥門(39)的一端 連接，第八閥門(40)的輸出端與第七閥門(39)的另輸出端與回水源 (19)連接，將水源熱泵(2)輸出端的低溫水引入換熱器(4)。
專利摘要本實(shí)用新型以天然氣或油為燃料的復(fù)合供能系統(tǒng)，空氣濕化循環(huán)裝置分別與水源熱泵、燃料端、水處理系統(tǒng)和煙氣余熱利用設(shè)備連接；水源熱泵分別與煙氣余熱利用設(shè)備的第一供熱或冷端、回水源、第三閥門、第四閥門連接；煙氣余熱利用設(shè)備與換熱器連接；換熱器與第一閥門、第二閥門、第四閥門和第五閥門連接；第五閥門與生活用水端連接；配電設(shè)備與電網(wǎng)連接；水處理系統(tǒng)與換熱器連接；第一閥門與自來水端連接；第二閥門和第三閥門與水源來水端連接。該系統(tǒng)在冬季可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供、夏季實(shí)現(xiàn)冷電聯(lián)供，同時實(shí)現(xiàn)水回收，提供生活熱水、熱電比范圍大，熱電負(fù)荷靈活性好，克服傳統(tǒng)系統(tǒng)夏季利用率低、以熱定電、供熱量小于輸入的燃料量熱值諸多缺陷。
文檔編號F25B30/06GK201159550SQ20072010420
公開日2008年12月3日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者萬逵芳, 張士杰, 肖云漢 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所