專利名稱：一種降低自耗電的冷熱電多聯供系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及到一種冷熱電多聯供系統，具體的，涉及到一種能夠降低自耗電的冷 熱電多聯供系統。
背景技術：
目前，燃氣作為一種清潔、高效能源已經廣泛應用在生產和生活中。燃氣與空氣混 合燃燒產生大量熱能，排放出水氣以及少量含碳氣體，因而對大氣污染很小，同時燃氣燃燒 充分，發熱效率高，是目前較為理想的化學能源之一。燃氣在工業、生活中的利用方式主要 是直接利用燃燒所產生的熱能或由熱能轉換為機械能和電能，例如供暖、以液化天然氣為 燃料的汽車發動機等。燃氣內燃機(Gas Internal Combustion Engine)是一種應用非常廣 泛的將燃氣燃燒產生的熱能轉換為機械能的裝置。燃氣冷熱電多聯供(Combined Cooling Heat and Power, CCHP)系統作為一種能夠實現綜合利用熱能和電能的系統，近年來得到了 大力發展。燃氣冷熱電多聯供系統是指利用天然氣、沼氣等燃氣，通過燃氣發電機組(例如 燃氣內燃機、燃氣輪機、固體氧化物燃料電池等)發電，同時燃氣發電機組排出的高溫煙氣 通過吸收或吸附式制冷/制熱設備(如溴化鋰冷溫水機組等)產生冷水/熱水，該系統可 向用戶同時提供電力、冷水或熱水。燃氣冷熱電多聯供系統與傳統的供電、供冷/供熱方式 相比，具有一次能源利用率高、污染物排放少等諸多優點。可見，燃氣冷熱電多聯供系統通 過對熱能、電能綜合、梯級利用，大大提高了能量利用效率，改善了人類生活，同時節省了費 用。目前，常規的冷熱電多聯供系統多以燃氣內燃機為原動設備，包括多個系統用電 設備，因而維持該系統運轉需要電力驅動，不可避免的存在系統自耗電的問題。傳統的冷 熱電多聯供系統的自耗電主要包括(1)燃氣內燃機的冷卻風扇耗電；(2)燃氣內燃機靜音 箱的軸流風機耗電；(3)燃氣內燃機的缸套水電加熱器耗電；(4)吸收式制冷設備的溶液泵 耗電；(5)吸收式制冷設備的真空泵耗電等。其中，缸套水電加熱器在燃氣內燃機運行時關 閉，其他4種部件在多聯供系統運行時必須連續或間斷的開啟。在上述傳統的冷熱電多聯供系統中，由于需要分別設置軸流風機和冷卻風扇，導 致設備運行需要耗費大量電能，這顯然降低了能源利用效率，提高了系統運行成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種降低自耗電的冷熱電多聯供系統。根據本發明的技術方 案，通過對現有的冷熱電多聯供系統的結構進行優化，對一些產生自耗電的部件進行集成 和復合利用，以有效降低冷熱電多聯供系統的自耗電。根據本發明的一個方面，提供了一種降低自耗電的冷熱電多聯供系統，該系統包 括用于產生電能的發電機組101 ；用于利用發電機組101輸出的余熱以輸出冷水或熱水的 余熱利用設備102 ；冷卻風扇103，用于對所述發電機組101輸出的熱水進行冷卻以形成冷 水，并將該冷水返回給所述發電機組101 ；其中所述冷卻風扇103設置在所述發電機組101內部。其中，所述冷卻風扇103的還用于提供所述發電機組的進風和排風所需要的風量。其中，所述發電機組101還包括一靜音箱101-0，在該靜音箱內按照從進風到排風 的方向依次設置有靜音箱進風迷宮101-1，發電機組本體101-2，靜音箱排風迷宮101-3以 及冷卻風扇103。可選的，所述冷卻風扇103設置在所述靜音箱101-0的末端，使得該冷卻風扇的排 風端朝向該靜音箱的外部。可選的，所述冷卻風扇103的排風端設置為與所述靜音箱的殼體重合。其中，所述發電機組101輸出給所述余熱利用設備102的余熱包括進入所述余熱 利用設備102的缸套水18和/或高溫煙氣。優選的，所述發電機組是燃氣內燃發電機組。優選的，所述余熱利用設備是吸收式溴化鋰制冷機組。通過采用本發明的上述技術方案，降低了冷熱電多聯供系統自耗電，提高了系統 輸出的發電功率。同時，也簡化了冷熱電多聯供系統的結構，節約了機房用地，節省了設備 安裝及土建費用，縮短了設備安裝周期，從而大大降低了整個系統的建設費用。
圖1是常規的燃氣冷熱電多聯供系統的結構示意圖；圖2是常規的燃氣內燃發電機組靜音箱的結構示意圖；圖3是根據本發明實施例的燃氣內燃發電機組靜音箱的結構示意圖；圖4是經本發明改進后的燃氣冷熱電多聯供系統的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式
并參 照附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明進行示例說明的燃氣冷熱電多聯供系統主要是以燃氣內燃機作為原動設 備，但不限制于此。圖1是常規的燃氣冷熱電多聯供系統的結構示意圖。如圖1所示，常規的燃氣冷熱電多聯供系統的機組配置包括發電機組101，余熱利 用設備102和冷卻風扇103。本發明中，發電機組101優選的為燃氣內燃發電機組(下文中 簡稱內燃機)。燃氣內燃發電機組101用于通過燃氣燃燒產生輸出電力4，發電機組本體101-2通 常安裝在靜音箱(Sound Attenuated Enclosure) 101-0中。靜音箱具有減振、降噪的功能， 用于降低內燃發電機的運行噪音和振動，使燃氣內燃機能夠在靜音箱中穩定、低噪的運行， 以便達到國家規定的噪音標準。缸套水(Jacket Water)(未顯示)通常在內燃機的缸套內運行。在內燃機正常運 行時，其缸套壁會產生大量的熱量，缸套水的作用就是冷卻內燃機缸套，使內燃機穩定、安 全運行。通常，由燃氣內燃機出來的缸套水攜帶有內燃機產生的大量熱量，其通過內燃機缸
4套水總出水20排出，由與燃氣內燃機配套的冷卻風扇103降溫后再通過內燃機缸套水回水 8進入燃氣內燃機，從而形成缸套水循環。中冷器antercooler)是安裝在燃氣內燃機內部的增壓部件(未顯示)，用于提高 內燃機的換氣效率。中冷器的冷卻介質為水，高溫空氣經過中冷器時，其熱量傳遞給中冷器 的冷卻水，冷卻后空氣的進入內燃機中，而被加熱的中冷器冷卻水則通過中冷器冷卻水出 水5排出給冷卻風扇103，由冷卻風扇降溫后再通過中冷器冷卻水回水6進入內燃機的中冷 器，從而形成中冷器冷卻水循環。冷卻風扇(Cooling Fan) 103是與燃氣內燃機配套的冷卻設備。如圖1-2所示， 內燃機的缸套水與中冷器冷卻水的所有接口與冷卻風扇相連，經冷卻風扇降溫后返回內燃 機，形成兩路冷卻水循環。此外，余熱利用設備102能夠利用燃氣內燃發電機組101排出的高溫煙氣13和高 溫缸套水18的余熱，從而輸出冷凍水或熱水(衛生熱水和/或采暖熱水)。本發明中，優選的采用吸收式溴化鋰制冷機組(下文中簡稱溴冷機)作為冷熱電 多聯供系統中的余熱利用設備。這里，溴化鋰制冷的基本原理是依靠液態制冷劑在低溫、低 壓條件下蒸發吸收熱量，從而產生制冷效應，溴化鋰制熱的基本原理與普通換熱器類似。溴 冷機一般在夏季輸出冷凍水，在冬季輸出采暖熱水。在需要輸出衛生熱水的場合，溴冷機可 以實現在夏季同時輸出冷凍水和衛生熱水，在冬季同時輸出采暖熱水和衛生熱水。下面介紹現有技術的燃氣冷熱電多聯供系統的運行過程。如圖1所示，管網中的燃氣1經調壓箱2和截止閥3達到規定的壓力后進入燃氣 內燃發電機組101，燃氣內燃發電機組101所產生的輸出電力4向外輸出。燃氣內燃發電機 組101的中冷器冷卻水出水5進入冷卻風扇103，經冷卻風扇冷卻達到溫度要求后形成中冷 器冷卻水回水6，該中冷器冷卻水回水返回燃氣內燃發電機組101以循環冷卻利用。燃氣內燃發電機組101輸出的缸套水總出水20經熱水電動三通閥9分為進入余 熱利用設備102的缸套水18和冷卻風扇缸套水進水10。熱水電動三通閥9可調節缸套水 18的水量，實現內燃機缸套水總出水20全部、部分的進入或全部不進入余熱利用設備102。 缸套水18進入余熱利用設備102的低壓發生器(缸套水在低壓發生器中加熱中溫溴化鋰 濃溶液，進一步對溶液進行加熱，使之濃度更高，產生的蒸汽進入冷凝器，剩下的溴化鋰濃 溶液進入低溫換熱器)，釋放余熱后溫度降低，冷卻后形成的余熱利用設備出水19與冷卻 風扇缸套水進水10匯合后進入冷卻風扇103，經冷卻風扇冷卻達到溫度要求后形成內燃機 缸套水回水8，該內燃機缸套水回水8經截止閥7返回燃氣內燃發電機組101以循環冷卻利 用。經過發電機組燃燒排放的高溫煙氣11流經煙氣電動三通閥12，煙氣電動三通閥 12可調節進入余熱利用設備102的高溫煙氣13的量，實現高溫煙氣全部、部分的進入或全 部不進入余熱利用設備，高溫煙氣13進入余熱利用設備102的高壓發生器(低溫溴化鋰稀 溶液在高壓發生器中經高溫煙氣加熱，分別產生蒸汽和高溫溴化鋰濃溶液，蒸汽進入低壓 發生器，高溫溴化鋰濃溶液進入高溫換熱器)，釋放余熱后溫度降低，形成余熱利用設備排 煙14 (低溫煙氣)，該余熱利用設備排煙14與通過煙氣電動三通閥12的高溫煙氣11匯合， 形成多聯供系統總排煙15排向大氣。夏季時，余熱利用設備102通過吸收燃氣內燃電機組101輸出的高溫煙氣13和缸套水18的余熱，可制取一定溫度的冷水出水25提供給建筑物空調管路系統，由空調管路系 統的返回的冷水回水26經截止閥觀返回余熱利用設備102進行降溫處理。冬季時，余熱利用設備102通過吸收燃氣內燃電機組101輸出的高溫煙氣13和缸 套水18的余熱，可制取一定溫度的采暖水出水25提供給建筑物空調管路系統，由空調管路 系統的返回的采暖水回水26經截止閥觀返回余熱利用設備102進行升溫處理。此外，余熱利用設備102還有一路冷卻水M循環，該冷卻水M主要用于吸收余熱 利用設備的冷凝器和吸收器的熱量，冷卻水M經截止閥27進入余熱利用設備102，經余熱 利用設備102溫度升高后形成冷卻水出水23。在夏天，該冷卻水出水23通過冷卻水回路經 冷卻設備(如冷卻塔)冷卻后形成冷卻水回水M，冷卻水回水M返回余熱利用設備102。 在冬天，該冷卻水出水23及冷卻水回水M組成的冷卻水回路不工作。由圖1可見，在現有技術的冷熱電多聯供系統中，冷熱電多聯供系統總自耗電22 主要包括冷卻風扇自耗電21、燃氣內燃機自耗電(包括軸流風機和缸套水電加熱器)16和 吸收式溴化鋰制冷機組自耗電(包括溶液泵和真空泵等)17。圖2是常規的燃氣內燃發電機組靜音箱的結構示意圖。圖2中與圖1中相同的部 件將簡單介紹或者不介紹，并采用相同的附圖標記表示。如圖2所示，按照從進風到排風的方向，靜音箱101-0內依次設置有靜音箱進風迷 宮101-1，發電機組本體101-2(下文中簡稱內燃機)，軸流風機101-4、101-5，靜音箱排風迷 宮101-3。此外，靜音箱還配置有隔音檢修門(未顯示)，以便于設備的維護檢修。軸流風機(Axial Fan)是用于加強燃氣內燃機進風、排風的軸向風機，安裝在靜音 箱內部。如圖2所示，軸流風機101-4、101-5配置在內燃機101-2與排風迷宮101-3之間， 并且可以配置多臺，用于加強內燃機的進風和排風。進風迷宮101-1和排風迷宮101-3的作用是用于降低燃氣內燃發電機組在運行時 周圍空氣的流動通暢，進而降低燃氣內燃發電機組在運行時進氣、排氣的噪音。可見，現有技術的冷熱電多聯供系統中具有兩臺或多臺靜音箱軸流風機101-4、 101-5，這些耗電設備不可避免的增加了燃氣內燃發電機組在運行時的自耗電。圖3是根據本發明實施例的燃氣內燃發電機組靜音箱的結構示意圖。圖3中將重 點介紹相對于現有技術作出改進的組成部件，對于不涉及本發明改進點的已有部件，將簡 單介紹或者不介紹。如圖3所示，按照從進風到排風的方向，靜音箱101-0內依次設置有靜音箱進風迷 宮101-1，發電機組本體101-2，靜音箱排風迷宮101-3以及冷卻風扇103。由圖3可見，本發明的實施例中，拆除了現有技術的燃氣內燃發電機組靜音箱內 的軸流風機101-4、101-5，而將原來設置在靜音箱外部的冷卻風扇集成設置在靜音箱內。這 樣，由于拆除了多臺軸流風機，減少了耗電設備，從而降低了冷熱電多聯供系統的自耗電。在本發明的實施例中，冷卻風扇103設置在靜音箱101-0的末端，使冷卻風扇的排 風端朝向靜音箱的外部，使冷卻風扇在靜音箱內對來自內燃機101-2的中冷器冷卻水出水 5和內燃機缸套水總出水20進行冷卻。可選的，冷卻風扇的排風端可以設置為與靜音箱殼 體重合，從而使排風更加通暢。另外，根據冷卻風扇的本身長度和安裝位置，可以根據實際 需要適當增加靜音箱的長度。與現有技術中相對于燃氣內燃機的靜音箱獨立分開設置的冷卻風扇不同，本實施方式中的冷卻風扇集成設置在靜音箱內部。這樣，內燃機中所有與冷卻風扇相連的管路 (例如內燃機中冷器冷卻水出、回水管路，內燃機缸套水出、回水管路)全部在靜音箱內部 安裝連接并完成調試。因此，可見大大減少靜音箱與外部設備的接口和連接管線，簡化了設備結構，減低 了制造安裝成本。下面說明本發明實施例中冷卻風扇的功率設置要求。假設Qp Q2分別為軸流風機、冷卻風扇的流量(即風量)，叫、n2分別為軸流風機、 冷卻風扇的轉速，PpP2分別為軸流風機、冷卻風扇的功率，則通常滿足如下比例關系 / = IVVP2ZP1= (Ii2Ai1)WP1= (Q2ZQ1)3O即風扇或風機的功率與流量的三次方成正比。以額定發電功率為160kW的燃氣內燃發電機組為例，其靜音箱中兩臺軸 流風機單臺功率為3kW(兩臺相同)，冷卻風扇的功率為7. 5kff,按照上式計算得
a/Q=^^ = V7.5/(2x3)=C^>l，即冷卻風扇的風量要大于原兩臺軸流風機的總
風量。因此，冷卻風扇的風量的完全可以保證拆除軸流風機后燃氣內燃機的進風量要求。因 此，本發明中可以不對冷卻風扇的功率進行特別調整。因此，本發明中雖然拆除了現有技術中靜音箱內的軸流風機，但設置在靜音箱內 的冷卻風扇的風量完全能夠滿足內燃機組進風和排風的風量需求，因而能夠滿足燃氣內燃 發電機組進風通暢的要求，從而起到與原軸流風機相同的作用。因此，可以在不影響燃氣內 燃發電機組正常運行的基礎上，節省了軸流風機的自耗電，使得系統自耗電降低。根據本發明實施例的冷熱電多聯供系統，可以顯著的降低系統的自耗電。例如，以 額定發電功率為160kW的燃氣內燃發電機組為例，其軸流風機功率為2X3 = 6kff,冷卻風扇 功率為7. 5kW，缸套水加熱器功率為7kW，原系統總自耗電功率為6+7. 5+7 = 20. 5kW。在根 據本發明實施例的冷熱電多聯供系統中，由于拆除了軸流風機，因而系統總的自耗電功率 為7. 5+7 = 14. 5kW，與現有技術中的冷熱電多聯供系統相比降低了 29. 3%。圖4是經本發明改進后降低自耗電的燃氣冷熱電多聯供系統的結構示意圖。如圖4所示，經改進后的燃氣冷熱電多聯供系統主要包括發電機組101 (內部集成 有冷卻風扇)和余熱利用設備102(吸收式溴化鋰制冷機組)。改進后的冷熱電多聯供系統 總自耗電22主要包括余熱利用設備自耗電(包括溶液泵和真空泵等)17和改進后的發電 機組自耗電36。與現有技術的冷熱電多聯供系統相比，由于冷卻風扇被集成設置在發電機 組101的靜音箱內，使得改進后的發電機組自耗電36遠小于現有技術的燃氣內燃機自耗電 (包括軸流風機和缸套水加熱器)16。因此，大大降低了系統的自耗電，同時簡化了系統結 構，節省了系統的占用空間。綜上所述，本發明旨在提高一種能夠降低系統自耗電的冷熱電多聯供系統。該系 統中把冷卻風扇設置在燃氣內燃發電機組的靜音箱內，用冷卻風扇來代替現有技術中的軸 流風機來提供內燃發電機組的進風、出風所需要的風量，同時對內燃發電機組輸出的冷卻 水進行冷卻。由于在本發明的冷熱電多聯供系統中只需要冷卻風扇，因而節省了軸流風機 的設備費用和耗電，同時降低了系統的自耗電。通過本發明改進后的冷熱電多聯供系統與傳統的冷熱電多聯供系統相比，具有下 述顯著的技術效果(1)冷卻風扇的功能優化通過把燃氣內燃機冷卻風扇集成在燃氣內燃機的靜音箱中，省去了傳統系統中燃氣內燃機的兩個軸流風機，可以顯著的降低整個系統的自耗電 (相當于提高了系統的發電功率)；(2)將冷卻風扇集成在燃氣內燃機組中，大大縮短了系統安裝時間，降低了設備安 裝及土建成本，節約了設備用地。如上所述，針對現有技術的冷熱電多聯供系統存在的自耗電大的缺陷，本發明從 冷熱電多聯供系統的結構上進行優化，對燃氣內燃機的軸流風機和冷卻風扇進行集成，使 原冷卻風扇既起到了軸流風機的作用，又起到了對缸套水和中冷器冷卻水進行冷卻的作 用，從而能夠有效降低冷熱電多聯供系統的自耗電。應當理解的是，本發明的上述具體實施方式
僅僅用于示例性說明或解釋本發明的 原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下所做的任何 修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。此外，本發明所附權利要求旨 在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修 改例。
權利要求
1.一種降低自耗電的冷熱電多聯供系統，該系統包括發電機組(101)，用于產生電能；余熱利用設備(102)，用于利用發電機組(101)輸出的余熱以輸出冷水或熱水；冷卻風扇(103)，用于對所述發電機組(101)輸出的熱水進行冷卻以形成冷水，并將該 冷水返回給所述發電機組(101)；其特征在于所述冷卻風扇(103)設置在所述發電機組(101)內部。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述冷卻風扇(103)的還用于提供所述發電機組 的進風和排風所需要的風量。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，所述發電機組(101)還包括一靜音箱(101-0)， 在該靜音箱內按照從進風到排風的方向依次設置有靜音箱進風迷宮(101-1)，發電機組本 體(101-2)，靜音箱排風迷宮(101-3)以及冷卻風扇(103)。
4.根據權利要求3所述的系統，其中，所述冷卻風扇(103)設置在所述靜音箱(101-0) 的末端，使得該冷卻風扇的排風端朝向該靜音箱的外部。
5.根據權利要求4所述的系統，其中，所述冷卻風扇(103)的排風端設置為與所述靜音 箱的殼體重合。
6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述發電機組(101)輸出的熱水包括中冷器冷卻 水和缸套水，所述中冷器冷卻水用于冷卻所述發電機組(101)的中冷器，所述缸套水用于 冷卻所述發電機組(101)的缸套。
7.根據權利要求6所述的系統，其中，所述發電機組(101)輸出的缸套水(20)全部、 部分的進入或全部不進入所述余熱利用設備(102)，剩余的缸套水(10)進入所述冷卻風扇 (103)，而進入所述余熱利用設備(102)的缸套水(18)經該余熱利用設備(102)冷卻后與所述剩余的缸套水(10)匯合 后進入所述冷卻風扇。
8.根據權利要求7所述的系統，其中，所述發電機組(101)輸出給所述余熱利用設備 (102)的余熱包括進入所述余熱利用設備(102)的缸套水(18)和/或高溫煙氣。
9.根據權利要求8所述的系統，其中，所述發電機組(101)輸出的高溫煙氣(11)全部、 部分的進入或全部不進入所述余熱利用設備(102)，剩余的高溫煙氣排向大氣，而進入所述 余熱利用設備(102)的高溫煙氣(13)經該余熱利用設備冷卻后與所述剩余的高溫煙氣匯 合后排向大氣。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的系統，其中，所述發電機組是燃氣內燃發電機組。
全文摘要
一種降低自耗電的冷熱電多聯供系統，該系統包括用于產生電能的發電機組(101)；用于利用發電機組(101)輸出的余熱以輸出冷水或熱水的余熱利用設備(102)；以及冷卻風扇(103)，用于對所述發電機組(101)輸出的熱水進行冷卻以形成冷水，并將該冷水返回給所述發電機組(101)。其中，所述冷卻風扇(103)設置在所述發電機組(101)內部以用于加強發電機組的進風和排風，而不使用已有的軸流風機，從而節省了冷熱電多聯供系統的自耗電。
文檔編號F01N1/08GK102116215SQ201010622020
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者丁哲波, 仵浩, 吳濤濤, 吳竺, 姚鈺鋒 申請人:上海新奧能源科技有限公司