專利名稱：煙氣熱能梯級利用耦合海水淡化技術的冷熱水電四聯供系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于海水淡化技術和分布式能源技術范疇，特別是涉及一種煙氣熱能梯級利用耦合海水淡化技術的冷熱水電四聯供系統。
背景技術：
在能源供應日益緊缺的今天，合理利用能源、提高能源利用率已成為世界各國普遍關注的問題。冷熱電三聯供系統是實現能源梯級利用、提高一次能源利用率的重要技術手段，世界各國對冷熱電等多聯供技術的開發和利用方興未艾。冷熱電三聯供系統中供熱系統提供的熱量主要來自動力系統的高溫排氣，通常使用余熱鍋爐或余熱溴化鋰吸收式機組回收熱量。使用余熱鍋爐需要水處理設備，投資成本相對較大，使用余熱溴化鋰吸收式機組相對比較簡單，同時可從環境中獲得一部分熱量供給用戶，其能源利用率更高。常用的溴化鋰吸收式機組分為單效和雙效兩種類型，雙效溴化鋰機組的性能系數和制冷量都大于單效溴化鋰機組，但是雙效溴化鋰機組的高壓發生器的發生溫度要求較高，其排煙溫度通常需控制在170 200°C之間，因此廢熱利用率比較低，為了提高廢熱利用率，應考慮進一步回收和利用排煙中的余熱。雙效溴化鋰機組可以單獨利用煙氣作為熱源進行驅動，也可以同時使用煙氣、熱水或水蒸汽作為復合熱源進行驅動，復合熱源驅動溴化鋰機組的熱力系數與單一煙氣驅動溴化鋰機組相比有略微降低，但其制冷量卻明顯增大，機組對低品位熱能的綜合利用率也明顯提高。因此復合熱源驅動的雙效溴化鋰機組在冷熱電聯供技術的發展中將占據越來越重要的地位。與此同時，海水淡化是解決淡水資源短缺問題的有效戰略途徑，它是世界范圍內涉及人類生存和社會發展的重大現實問題。目前海水淡化方法主要有蒸餾法和膜法。蒸餾法具有可利用低品位熱源、裝置生產能力大等優點，是當前應用較為廣泛的海水淡化技術。蒸餾法的加熱方式一般都是用水蒸汽作為熱源進行間接熱交換，需要消耗大量飽和蒸汽，直接影響了海水淡化的成本。由于煙氣余熱具有數量大，分布廣、能源品位高的特點，若采用煙氣替代水蒸汽作為海水淡化的熱源，將有利于降低海水淡化的成本。利用煙氣余熱的海水淡化技術開發是本發明申請人長期研究的課題，其核心內容已在此前申請的“新型高效海水淡化蒸發器”(專利授權號為ZL201110009250.8)專利中公開。但當時未考慮實際應用中的新型海水淡化裝置與外部供熱系統的耦合方式，以及水蒸汽的汽化潛熱和熱濃海水的余熱回收利用等問題。如能將海水淡化蒸發器和冷熱電三聯供系統進行耦合，利用冷熱電三聯供系統中的動力系統高溫排氣作為海水淡化蒸發器的驅動熱源，利用海水淡化蒸發器的出口煙氣及所產生水蒸汽的熱能驅動復合熱源型雙效溴化鋰機組工作，進一步回收溴化鋰機組的排煙余熱用來預熱進料海水，則將使新耦合系統的能源利用率比冷熱電三聯供系統得到更進一步提高，同時可得到新的產品-淡水，新系統將更為經濟節能。因此研究海水淡化蒸發器和冷熱電三聯供系統的耦合問題，提供新型的冷熱水電四聯供的分布式能源系統技術，具有 非常廣闊的市場應用前景。
發明內容
本發明的目的在于提供一種煙氣余熱回收利用率高、調節能力強、可適應不同エ況下的運行煙氣熱能梯級利用耦合海水淡化技術的冷熱水電四聯供系統。本發明的目的是通過下述的技術方案加以實現的:
本發明是ー種煙氣熱能梯級利用耦合海水淡化技術的冷熱水電四聯供系統，它包括燃氣輪機發電機組、復合熱源型雙效溴化鋰系統、海水淡化蒸發器、一級預熱器、ニ級預熱器、低位水箱、淡水管路、進料海水管道以及相關的水泵等。所述的燃氣輪機發電機組的排氣出口通過管道與海水淡化蒸發器的煙氣進ロ連接。所述的復合熱源型雙效溴化鋰系統包括溴化鋰機組、熱水泵、換熱器一、熱水負載、冷卻塔、冷水泵、空調負載、換熱器ニ以及相關的控制閥門等。所述的溴化鋰機組的煙氣出ロ通過管道曲折或盤旋地穿過ニ級預熱器后排向環境，該溴化鋰機組的凝結水出ロ通過管道連接低位水箱；溴化鋰機組循環冷卻水回路的冷卻水出ロ經由熱水泵后分成兩條管路，一條管路上依次設有控制閥門一、換熱器一、熱水負載，另一條管路上依次設有控制閥門ニ、冷卻塔；溴化鋰機組循環冷媒水回路的冷媒水出ロ經由冷水泵后分成兩條管路，一條管路上依次設有控制閥門三、空調負載，另一條管路上依次設有控制閥門四、換熱器ニ。所述的海水淡化蒸發器的煙氣出口通過管道曲折或盤旋地穿過溴化鋰機組的高壓發生器并連接該溴化鋰機組的煙氣出口 ；海水淡化蒸發器的水蒸汽出口分成兩條管路:一條管路曲折或盤旋地穿過溴化鋰機組的低壓發生器并連接該溴化鋰機組的凝結水出口，并在該管路上設有調節閥門一，另一條管路曲折或盤旋地穿過復合熱源型雙效溴化鋰系統的換熱器一與低位水箱連通，并在該管路上設有調節閥門ニ ；海水淡化蒸發器的熱濃海水出ロ通過管道曲折或盤旋地穿過ー級預熱器后由排污泵排向環境；
所述的低位水箱設有淡水管路并連接熱水用戶，在該管路上設有淡水泵；所述的進料海水管道按先后順序曲折或盤旋地穿過ー級預熱器和ニ級預熱器后與海水淡化蒸發器的海水進ロ連接，在該管路上設有高壓泵。采用上述方案后，本發明具有以下幾個特點:
一、煙氣余熱回收利用率高。燃氣輪機的排氣先后在海水淡化蒸發器、復合型熱源雙效溴化鋰機組、ニ級預熱器中進行了梯級利用，最大程度上降低了排煙溫度，増加了余熱回收量。ニ、裝置能量利用率高。海水淡化蒸發器所得水蒸汽的汽化潛熱在復合熱源型雙效溴化鋰系統中得到了很好的利用，相當于蒸發器的有效利用熱量在復合熱源雙效溴化鋰系統中得到了重熱利用；另外，海水淡化蒸發器排出的熱濃海水的余熱在ー級預熱器中用來加熱進料海水得到了回收和利用。因此海水淡化蒸發器的能量利用率很高。三、調節能力強、適應不同エ況下的運行。當夏季只需運行空調制冷時，全部水蒸汽用來驅動復合熱源型雙效溴化鋰機組，増加了溴化鋰機組的制冷量；當冬季只需提供生活熱水時，全部水蒸汽經過換熱器一用來提高溴化鋰機組全部或部分冷卻水的出口溫度，便于滿足生活熱水的流量和參數要求；另外，復合熱源型雙效溴化鋰系統也可以在任何時候同時滿足制熱和制冷的需求，只需同時開啟調節閥門并控制其管路上水蒸汽的流量就可以在一定范圍內有效調節溴化鋰機組冷、熱負荷之間的分配情況。因此該溴化鋰系統調節能力強、適應不同工況下的運行，可以單獨或同時提供冷、熱負荷，尤其適用于醫院、酒店、機場等特殊場所的用能需求。四、冷熱電負荷之間容易匹配。由于燃氣輪機發電機組與溴化鋰機組之間“無縫”連接了海水淡化蒸發器，只要改變海水淡化蒸發器的運行模式，就可以調節驅動溴化鋰機組的煙氣溫度，從而改變溴化鋰機組的制冷量或供熱量。另外，海水淡化蒸發器產生的水蒸汽在復合熱源型雙效溴化鋰系統中的不同分配方式在一定范圍內可以再次調節溴化鋰機組的制冷量或供熱量。因此，當電負荷不變時，冷(熱)負荷可以在一定范圍內任意變動；當電負荷改變時，冷(熱)負荷也可以通過調節在一定范圍內維持不變。本新型四聯供系統在較大范圍內同時滿足了冷熱電負荷的要求。綜上所述，本發明的優點是:將海水淡化蒸發器和冷熱電三聯供系統很好地耦合，實現了冷熱水電四聯供系統。本發明具有煙氣余熱回收利用率高、裝置能量利用率高、適應于不同工況下運行、冷熱電負荷之間容易匹配等優點。本發明不僅產生冷、熱、電三種能量和淡水輸出，同時也在較大程度上改進了目前的冷熱電三聯供技術，具有非常廣闊的應用前景。下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
圖1是本發明的系統結構示意圖。圖2是本發明溴化鋰機組內部連接示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明是一種煙氣熱能梯級利用耦合海水淡化技術的冷熱水電四聯供系統，它包括燃氣輪機發電機組1、復合熱源型雙效溴化鋰系統2、海水淡化蒸發器3、一級預熱器4、二級預熱器5、低位水箱6、淡水管路7、進料海水管道8以及相關的水泵等。所述的燃氣輪機發電機組I的排氣出口 11通過管道與海水淡化蒸發器3的煙氣進口 31連接。所述的復合熱源型雙效溴化鋰系統2包括溴化鋰機組21、熱水泵22、換熱器一 23、熱水負載24、冷卻塔25、冷水泵26、空調負載27、換熱器二 28以及相關的控制閥門等。所述的溴化鋰機組21的煙氣出口 211通過管道曲折或盤旋地穿過二級預熱器5后排向環境，該溴化鋰機組21的凝結水出口 212通過管道連接低位水箱6 ;溴化鋰機組21循環冷卻水回路的冷卻水出口 213經由熱水泵22后分成兩條管路，一條管路上依次設有控制閥門一 291、換熱器一 23、熱水負載24，另一條管路上依次設有控制閥門二 292、冷卻塔25 ;溴化鋰機組21循環冷媒水回路的冷媒水出口 214經由冷水泵26后分成兩條管路，一條管路上依次設有控制閥門三293、空調負載27，另一條管路上依次設有控制閥門四294、換熱器二 28。所述的海水淡化蒸發器3的煙氣出口 32通過管道曲折或盤旋地穿過溴化鋰機組21的高壓發生器215 (如圖2所示)并連接該溴化鋰機組21的煙氣出口 211 ;海水淡化蒸發器3的水蒸汽出口 33分成兩條管路:一條管路曲折或盤旋地穿過溴化鋰機組21的低壓發生器216 (如圖2所示)并連接該溴化鋰機組21的凝結水出口 212，并在該管路上設有調節閥門一 295，另一條管路曲折或盤旋地穿過復合熱源型雙效溴化鋰系統2的換熱器一 23與低位水箱6連通，并在該管路上設有調節閥門二 296 ;海水淡化蒸發器3的熱濃海水出口34通過管道曲折或盤旋地穿過一級預熱器4后由排污泵91排向環境；
所述的低位水箱6設有淡水管路7并連接熱水用戶71，在該管路上設有淡水泵92 ;所述的進料海水管道8按先后順序曲折或盤旋地穿過一級預熱器4和二級預熱器5后與海水淡化蒸發器3的海水進口 35連接，在該管路上設有高壓泵93。如圖1、圖2所示，本發明的工作原理分別按照煙氣流程、汽水流程、海水流程、變工況控制過程進行闡述。1、煙氣流程:燃氣輪機發電機組I的排氣進入海水淡化蒸發器3加熱海水使之產生溫度為90 100°C的水蒸汽，海水淡化蒸發器3排出的煙氣進入復合熱源型雙效溴化鋰機組21的高壓發生器215作為驅動熱源，溴化鋰機組21排出的煙氣進入二級預熱器5加熱進料海水后排向環境；
2、汽水流程:海水淡化蒸發器3產生的水蒸汽分成兩路:一路水蒸汽進入復合熱源型雙效溴化鋰機組21的低壓發生器216作為驅動熱源，水蒸汽放出熱量變成凝結水后流入低位水箱6 ;另一路水蒸汽進入復合熱源型雙效溴化鋰系統2的換熱器一 23加熱從溴化鋰機組21引出的冷卻水，水蒸汽放出熱量變成凝結水后流入低位水箱6。低位水箱6的淡水通過淡水管路7由淡水泵92輸送至熱水用戶71。3、海水流程:進料海水按先后順序進入一級預熱器4和二級預熱器5，進料海水被兩次加熱后溫度升高變成預熱海水，預熱后海水由高壓泵93輸送至海水淡化蒸發器3中吸收煙氣熱量，海水蒸發后產生的水蒸汽從海水淡化蒸發器3的頂部自動排出，蒸發后剩下的熱濃海水從海水淡化蒸發器3的底部排出，途經一級預熱器4放出熱量后，由排污泵91排向環境。4、變工況控制過程:當夏季只需運行空調制冷時，調節閥門一 295開啟，調節閥門二 296關閉，全部水蒸汽進入溴化鋰機組21的低壓發生器216，這時煙氣和水蒸汽同時作為熱源驅動溴化鋰機組21運行。在該運行工況下，控制閥門一 291關閉，控制閥門二 292開啟、控制閥門三293開啟，控制閥門四294關閉；從溴化鋰機組21引出的低溫冷媒水對空調負載27提供冷量，溴化鋰機組21的循環冷卻水通過冷卻塔25對環境排出熱量。當冬季只需提供生活熱水時，調節閥門一 295關閉，調節閥門二 296開啟，全部水蒸汽進入換熱器一 23加熱全部或部分冷卻水，這時只由煙氣單獨驅動溴化鋰機組21運行。在該運行工況下，控制閥門一 291開啟，控制閥門二 292關閉或部分開啟，控制閥門三293關閉，控制閥門四294開啟，溴化鋰機組21通過換熱器二 28從低溫熱源得到熱量，溴化鋰機組21出口的全部或部分中高溫冷卻水由水蒸汽進一步加熱后作為生活熱水。當必須同時滿足制熱和制冷的需求時，調節閥門一 295部分開啟，調節閥門二 296部分開啟，水蒸汽分成兩路，分別進入溴化鋰機組21的低壓發生器216和換熱器一 23。在該運行工況下，控制閥門一 291開啟，控制閥門二 292關閉或部分開啟，控制閥門三293開啟，控制閥門四294關閉，從溴化鋰機組21引出的低溫冷媒水對空調負載27提供冷量，溴化鋰機組21出口的全部或部分冷卻水由水蒸汽進一步加熱后作為生活熱水。以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，各管路的布置可有多種方式，故不能以此限定本發明實施的范圍，即依本發明申請專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應屬于本發明專利涵蓋的范圍內。
權利要求
1.ー種煙氣熱能梯級利用耦合海水淡化技術的冷熱水電四聯供系統，其特征在于:它包括燃氣輪機發電機組、復合熱源型雙效溴化鋰系統、海水淡化蒸發器、一級預熱器、ニ級預熱器、低位水箱；所述的復合熱源型雙效溴化鋰系統包括溴化鋰機組、熱水泵、換熱器一、熱水負載、冷卻塔、冷水泵、空調負載、換熱器ニ以及相關的管路和控制閥門等；所述的溴化鋰機組循環冷卻水回路的冷卻水出ロ經由熱水泵后分成兩條管路，一條管路上依次設有控制閥門一、換熱器一、熱水負載，另一條管路上依次設有控制閥門ニ、冷卻塔；該溴化鋰機組循環冷媒水回路的冷媒水出口經由冷水泵后分成兩條管路，一條管路上依次設有控制閥門三、空調負載，另一條管路上依次設有控制閥門四、換熱器ニ；所述的燃氣輪機發電機組的排氣出ロ通過管道與海水淡化蒸發器的煙氣進ロ連接；所述的海水淡化蒸發器的煙氣出ロ通過管道曲折或盤旋地穿過溴化鋰機組的高壓發生器并連接該溴化鋰機組的煙氣出ロ，該海水淡化蒸發器的水蒸汽出口分成兩條管路:一條管路曲折或盤旋地穿過溴化鋰機組的低壓發生器并連接該溴化鋰機組的凝結水出口，并在該管路上設有調節閥門一，另一條管路曲折或盤旋地穿過復合熱源型雙效溴化鋰系統的換熱器一與低位水箱連通，并在該管路上設有調節閥門ニ ；所述的溴化鋰機組的煙氣出ロ通過管道曲折或盤旋地穿過ニ級預熱器后排向環境，該溴化鋰機組的凝結水出口通過管道連接低位水箱；所述的海水淡化蒸發器的熱濃海水出口通過管道曲折或盤旋地穿過ー級預熱器后由排污泵排向環境。
2.根據權利要求1所述的煙氣熱能梯級利用耦合海水淡化技術的冷熱水電四聯供系統，其特征在于:所述的低位水箱設有淡水管路并連接熱水用戶，在該管路上設有淡水泵。
3.根據權利要求1所述的煙氣熱能梯級利用耦合海水淡化技術的冷熱水電四聯供系統，其特征在干:它還包括ー進料海水管道，該進料海水管道按先后順序曲折或盤旋地穿過一級預熱器和ニ級預熱器后與海水淡化蒸發器的海水進ロ連接，在該管路上設有高壓泵。
全文摘要
本發明公開了一種煙氣熱能梯級利用的冷熱水電四聯供系統，它包括燃氣輪機發電機組、復合熱源型雙效溴化鋰系統、海水淡化蒸發器、一級預熱器、二級預熱器、低位水箱。燃氣輪機的排氣出口與海水淡化蒸發器的煙氣進口連接；蒸發器的煙氣出口通過管道穿過溴化鋰機組的高壓發生器并連接該機組的煙氣出口，蒸發器的水蒸汽出口分成兩條管路:一條管路穿過溴化鋰機組的低壓發生器，另一條管路穿過復合熱源型雙效溴化鋰系統的換熱器一與低位水箱連通；溴化鋰機組的凝結水出口連接低位水箱，煙氣出口通過管道穿過二級預熱器后排向環境。本發明具有煙氣余熱回收利用率高、裝置能量利用率高、適應于不同工況下運行、冷熱電負荷之間容易匹配等優點。
文檔編號F02C6/18GK103115457SQ20131005991
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月26日 優先權日2013年2月26日
發明者何宏舟, 陳志強 申請人:集美大學