專利名稱：結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于海水淡化技術和分布式能源技術范圍，特別是涉及ー種結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統。
背景技術：
能源的合理利用及提高其利用效率不僅關系到資源節約和經濟發展，而且影響到生態環境和人類前途，因此世界各國均把建立可靠、安全、穩定、高效的能源供應保障體系作為國民經濟可持續發展的戰略。分布式能源系統立足于現有的能源-資源配置條件和成熟的技術組合，追求資源利用效率的最大化、最優化、以減少中間環節損耗，降低對環境的污染和破壞。分布式能源系統的主要形式是冷熱電聯產系統(CCHP)，由于對輸入燃料的能量進行了梯級利用，冷熱電聯產系統具有很強的節能優勢；使用燃料量的減少以及采用低排放的技術，使系統的污染物排放大為降低，從而減輕了對環境的壓力，同時產生多種能量輸出，可以有效應對用戶的特殊需求。另ー方面，海水淡化是解決淡水資源短缺問題的有效的戰略途徑，它是世界范圍內涉及人類生存和社會發展的長遠而重大的問題。目前海水淡化方法主要是蒸餾法、膜法、冷凍法等。利用冷凍法進行海水淡化即海冰淡化，與其他海水淡化方法相比，具有能耗低、成本低、對設備的腐蝕和結垢輕等優點而具有廣闊的發展前景。其中丁烷冷凍法最為方便可靠，在目前的大、中型海水淡化工廠中應用較普遍。但丁烷冷凍法中采用低壓丁烷蒸汽經電動壓縮機加壓后再融化冰晶的エ藝過程，不僅造成所得淡水因含有少量丁烷而受到污染，而且丁烷蒸汽所具有的熱量和冰晶儲存的大量冷量直接相互抵消，兩者都沒有得到最合理的利用，由此造成很大的能量浪費。若考慮將丁烷冷凍法和冷熱電聯產系統之間進行相耦合，由冷凍法中冰晶儲存的大量冷量替代冷熱電聯產系統中溴化鋰制冷機所提供的制冷量，則利用單項能耗就能同時實現完成制冷和制取淡水的雙重功能。另外冷熱電聯產系統的蒸汽可以考慮作為丁烷冷凍法的驅動カ能源，而丁烷冷凍法的高壓丁烷蒸汽可以考慮對冷熱電聯產系統釋放出熱量。若上述舉措得以實施將有利于使新耦合系統的資源利用效率比冷熱電聯產系統得到進ー步優化，同時得到新的產品-淡水，新系統將更為經濟節能。因此研究丁烷冷凍法和冷熱電聯產系統的耦合問題，實現冷熱水電四聯產的分布式能源系統，具有非常廣闊的應用前景。
發明內容
本發明的目的在于提供一種將丁燒冷凍法和冷熱電聯產系統相稱合、同時獲取冷量和淡水、能量利用效率高的結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統。本發明的目的是通過下述的技術方案加以實現的:
本發明是ー種結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統，它包括燃氣輪機發電機組、熱電聯產系統、海水制冰系統、制冷制水聯產系統組成；燃氣輪機發電機組的排氣出ロ通過管道與熱電聯產系統的余熱鍋爐的煙氣進ロ連接；熱電聯產系統的小背壓機與海水制冰系統的壓縮機同軸連接，熱電聯產系統的加熱器入口通過管道與海水制冰系統的壓縮機出口連接；海水制冰系統的洗滌室與制冷制水聯產系統的融化室連通，海水制冰系統洗滌室的噴嘴進ロ與制冷制水聯產系統循環泵出口的支路管道連接。所述的熱電聯產系統包括余熱鍋爐、背壓汽輪機發電機組、小背壓機、熱負載、凝結水泵、加熱器；所述的余熱鍋爐的蒸汽出ロ通過管道分別與背壓汽輪機發電機組的蒸汽進口和小背壓機的蒸汽進ロ連接；所述的背壓汽輪發電機組的排汽出口和小背壓機的排汽出口通過管道匯合在一起連接熱負載的進ロ，對熱負載直接供熱，熱負載出口通過管道依次連接凝結水泵和加熱器，該管道曲折或盤旋穿過加熱器后連接余熱鍋爐。所述的海水制冰系統包括預冷器、蒸發室、壓縮機、節流閥、洗滌室、調節閥；所述的預冷器的入口連通海水進料管道，其出口通過管道連接蒸發室，來自洗滌室的排污水管道曲折或盤旋地穿過預冷器后排向環境；所述的蒸發室的エ質為正丁烷，操作壓カ為0.9個標準大氣壓，蒸發室的エ質出口通過管道與壓縮機的入口連接，蒸發室的冰水混合物出ロ通過管道與洗滌室連通；所述的壓縮機與熱電聯產系統的小背壓機同軸連接，壓縮機的出口通過管道與熱電聯產系統的加熱器的入口連接，加熱器的出口通過管道與蒸發室連通，在該管道上設置節流閥。所述的洗滌室內腔的上方安裝有洗滌水噴嘴，噴嘴的進ロ與制冷制水聯產系統循環泵出口的支路管道連接，在該支路管道上設有調節閥。所述的制冷制水聯產系統包括融冰室、循環回水泵、板式換熱器、儲水箱、循環泵、空調負載、冷水泵等。所述的融冰室與海水制冰系統的洗滌室連通，融冰室內腔的上方安裝有循環水噴嘴，噴嘴的進ロ通過管道與儲水箱出口連接，并在連接管道上設有循環泵，循環泵出口的管路上設有ー支路與海水制冰系統洗滌室的噴嘴連接；融冰室的底部與循環水管道連接，循環水管道通過循環回水泵曲折或盤旋地穿過板式換熱器后與儲水箱連通；所述的板式換熱器的出ロ通過冷媒水管道連接空調負載，回收的冷媒水通過管道由冷水泵輸送至板式換熱器的進ロ ；所述的儲水箱設有啟動用水管道和淡水溢流管道。采用上述方案后，本發明具有以下幾個特點:
一、制冷制水形成共生，同時獲取冷量和淡水。制冷制水聯產系統的融冰室內利用循環水融化冰晶釋放出大量冷量并通過換熱器為空調系統提供低溫冷媒水，而空調系統則通過換熱器釋放出環境熱量并重新提高了循環水的溫度。冰晶融化所得的淡水減掉小部分的洗滌用水后，剰余的大部分淡水通過儲水箱的淡水溢流管自動輸出。本發明的新エ藝同時完成了制取淡水和制冷的作用，不僅利用了冰晶儲存的大量冷量，而且環境熱量也得到了有效地利用，因此本發明具有很好的技術優越性。ニ、能量利用效率很高。熱電聯產系統的小背壓機驅動海水制冰系統的壓縮機エ作，取代了原丁烷冷凍法中的電動壓縮機，該技術減少了能量轉換中間環節的損耗，具有顯著的節能效果；海水制冰系統的高壓丁烷蒸汽通過加熱器對熱電聯產系統的凝結水進行加熱，將其從蒸發室吸取的熱量和壓縮機耗功所相當的那部分熱量釋放給熱電聯產系統，也顯著地提高了系統的能量利用效率。綜上所述，本發明將丁烷冷凍法海水淡化技術與冷熱電聯產系統進行很好地耦合，實現了冷熱水電四聯產的分布式能源系統。本發明同時產生多種能量和淡水輸出，可以有效應對沿海缺水城市的特殊需求。本發明能量利用效率很高，不僅具有很強的節能優勢，而且也有利于降低海水淡化的成本，特別適合于低成本模塊化生產，具有非常廣泛的應用前景。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是本發明的結構示意圖。圖2是本發明的能量流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明是一種冷熱水電四聯產分布式能源系統，它包括燃氣輪機發電機組1、熱電聯產系統2、海水制冰系統3、制冷制水聯產系統4組成。所述的熱電聯產系統2包括余熱鍋爐21、背壓汽輪發電機組22、小背壓機23、熱負載24、凝結水泵25、加熱器26等。所述的余熱鍋爐21的蒸汽出口通過管道分別與背壓汽輪發電機組22的蒸汽進口和小背壓機23的蒸汽進口連接，所述的背壓汽輪發電機組22的排汽出口和小背壓機23的排汽出口通過管道匯合在一起連接熱負載24的進口，對熱負載24直接供熱，熱負載24出口通過管道依次連接凝結水泵25和加熱器26，該管道曲折或盤旋穿過加熱器26后連接余熱鍋爐21，使得熱負載24產生的回收凝結水通過管道凝結水泵25輸送并曲折或盤旋地穿過加熱器26后返回余熱鍋爐21。所述的海水制冰系統3包括預冷器31、蒸發室32、壓縮機33、節流閥34、洗滌室35、調節閥36等。所述的預冷器31的入口連通海水進料管道311，其出口通過管道連接蒸發室32，來自洗滌室35的排污水管道352曲折或盤旋地穿過預冷器31后排向環境；所述的蒸發室32的工質為正丁烷，操作壓力為0.9個標準大氣壓，蒸發室32的工質出口通過管道與壓縮機33的入口連接，蒸發室32的冰水混合物出口通過管道與洗滌室35連通；所述的壓縮機33與熱電聯產系統2的小背壓機23同軸連接,壓縮機33的出口通過管道與熱電聯產系統2的加熱器26的入口連接，加熱器26的出口通過管道與蒸發室32連通，在該管道上設置節流閥34。所述的洗滌室35內腔的上方安裝有洗滌水噴嘴351，噴嘴351的進口與制冷制水聯產系統4循環泵45出口的支路管道451連接，在該支路管道上設有調節閥36。所述的制冷制水聯產系統4包括融冰室41、循環回水泵42、板式換熱器43、儲水箱44、循環泵45、空調負載46、冷水泵47等。所述的融冰室41與海水制冰系統3的洗滌室35連通，融冰室41內腔的上方安裝有循環水噴嘴411，噴嘴411的進口通過管道與儲水箱44出口連接，并在連接管道上設有循環泵45，循環泵45出口的管路上設有一支路451與海水制冰系統3洗滌室35的噴嘴351連接；融冰室41的底部與循環水管道連接，循環水管道通過循環回水泵42曲折或盤旋地穿過板式換熱器43后與儲水箱44連通。所述的板式換熱器43的出口通過冷媒水管道連接空調負載46，回收的冷媒水通過管道由冷水泵47輸送至板式換熱器43的進口 ；所述的儲水箱44設有啟動用水管道441和淡水溢流管道442。如圖1、圖2所示，本發明的工作原理包括四個工作過程:燃氣機組的發電過程、供熱發電聯合生產過程、海水制冰洗冰過程、制冷制水聯合生產過程。1、燃氣機組的發電過程:燃氣輪機發電機組I利用壓縮空氣和天然氣混合燃燒產生的高溫燃氣送入燃氣輪機中膨脹做功，部分輸出功帶動發電機工作產生電能；
2、供熱發電聯合生產過程:燃氣輪機發電機組I的排氣導入熱電聯產系統2的余熱鍋爐21產生水蒸汽，水蒸汽分成兩路輸出，一路前往背壓汽輪機發電機組22做功發電，另ー路前往小背壓機23做功，其輸出功帶動海水制冰系統3的壓縮機33工作。背壓汽輪機發電機組22的排汽和小背壓機23的排汽匯合在一起對熱負載24進行供熱，供熱后回收的凝結水由凝結水泵25輸送至加熱器26，在加熱器26內凝結水與來自海水制冰系統3的高壓丁烷蒸汽換熱后溫度提高，作為余熱鍋爐21的給水；
3、海水制冰洗冰過程:進料海水經過海水制冰系統3的預冷器31被冷卻后進入蒸發室32，在蒸發室32內進料海水與冷媒正丁烷直接接觸并放熱結成冰，含冰的淤漿送入洗滌室35被洗滌水沖洗后得到干凈的冰晶，洗滌后的排污水經過預冷器31冷卻進料海水后排向外界。蒸發室32內的冷媒正丁烷吸熱后變成低壓蒸汽，經壓縮機33壓縮后壓カ和溫度提高，前往熱電聯產系統2的加熱器26內進行冷凝放熱，冷凝后的正丁烷液體經節流閥34降壓后返回蒸發室32。4、制冷制水聯合生產過程:海水制冰系統3的冰晶進入制冷制水系統4的融化室41與循環水直接接觸換熱，冰晶融化成淡水并連同循環水一起由循環回水泵42輸送至板式換熱器43被加熱后流入儲水箱44。循環泵45從儲水箱44抽水分別送至融化室41和海水制冰系統3的洗滌室35，作為融冰用水和洗滌用水，并由循環泵45和調節閥36共同控制兩股用水的流量。循環泵45啟動前，儲水箱44由啟動用水管441補充外來水以維持一定的水位，循環泵45啟動后由于冰晶融化所得的淡水遠大于洗滌用水，儲水箱44的水位自動上升，當達到高水位后通過淡水溢流管442自動輸出淡水。空調系統返回的溫度較高的冷媒水回水通過冷水泵47輸送至板式換熱器43被冷卻后重新形成低溫冷媒水，低溫冷媒水前往空調系統完成制冷循環。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，皆應仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統，其特征在于:它包括燃氣輪機發電機組、熱電聯產系統、海水制冰系統、制冷制水聯產系統組成；所述的燃氣輪機發電機組的排氣出口通過管道與熱電聯產系統的余熱鍋爐的煙氣進口連接；所述的熱電聯產系統的小背壓機與海水制冰系統的壓縮機同軸連接，熱電聯產系統的加熱器入口通過管道與海水制冰系統的壓縮機出口連接；所述的海水制冰系統的洗滌室與制冷制水聯產系統的融化室連通，所述的制冷制水聯產系統循環泵的出口通過支路管道連接海水制冰系統洗滌室的噴嘴進口。
2.根據權利要求1所述的結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統，其特征在于:所述的熱電聯產系統包括余熱鍋爐、背壓汽輪機發電機組、小背壓機、熱負載、凝結水泵、加熱器；所述的余熱鍋爐的蒸汽出口通過管道分別與背壓汽輪機發電機組的蒸汽進口和小背壓機的蒸汽進口連接；所述的背壓汽輪發電機組的排汽出口和小背壓機的排汽出口通過管道匯合在一起連接熱負載的進口，對熱負載直接供熱，熱負載出口通過管道依次連接凝結水泵和加熱器，該管道曲折或盤旋穿過加熱器后連接余熱鍋爐。
3.根據權利要求1所述的結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統，其特征在于:所述的海水制冰系統包括預冷器、蒸發室、壓縮機、節流閥、洗滌室、調節閥；所述的預冷器的入口連通海水進料管道，其出口通過管道連接蒸發室，來自洗滌室的排污水管道曲折或盤旋地穿過預冷器后排向環境；所述的蒸發室的工質出口通過管道與壓縮機的入口連接，蒸發室的冰水混合物出口通過管道與洗滌室連通；所述的壓縮機與熱電聯產系統的小背壓機同軸連接，壓縮機的出口通過管道與熱電聯產系統的加熱器的入口連接，加熱器的出口通過管道與蒸發室連通，在該管道上設置節流閥；所述的洗滌室內腔的上方安裝有洗滌水噴嘴，噴嘴的進口與制冷制水聯產系統循環泵出口的支路管道連接，在該支路管道上設有調節閥。
4.根據權利要求3所述的結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統，其特征在于:所述的蒸發室的工質為正丁烷，操作壓力為0.9個標準大氣壓。
5.根據權利要求1所述的結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統，其特征在于:所述的制冷制水聯產系統包括融冰室、循環回水泵、板式換熱器、儲水箱、循環泵、空調負載、冷水泵；所述的融冰室與海水制冰系統的洗滌室連通，融冰室內腔的上方安裝有循環水噴嘴，噴嘴的進口通過管道與儲水箱出口連接，并在連接管道上設有循環泵，循環泵出口的管路上設有一支路與海水制冰系統洗滌室的噴嘴連接；融冰室的底部與循環水管道連接，循環水管道通過循環回水泵曲折或盤旋地穿過板式換熱器后與儲水箱連通；所述的板式換熱器的出口通過冷媒水管道連接空調負載，回收的冷媒水通過管道由冷水泵輸送至板式換熱器的進口 ；所述的儲水箱設有啟動用水管道和淡水溢流管道。
全文摘要
本發明公開了一種結合冷凍法的冷熱水電四聯產系統，它包括燃氣輪機發電機組、熱電聯產系統、海水制冰系統、制冷制水聯產系統。燃氣輪機發電機組的排氣出口與熱電聯產系統的余熱鍋爐的煙氣進口連接，熱電聯產系統的小背壓機與海水制冰系統的壓縮機同軸連接，海水制冰系統的壓縮機出口與熱電聯產系統的加熱器入口連接，海水制冰系統的洗滌室與制冷制水聯產系統的融化室連通，制冷制水聯產系統的融化室、板式換熱器、儲水箱之間形成循環水回路，板式換熱器另一側與空調冷凍水回路連接，儲水箱設有淡水溢流管。本發明同時產生冷、熱、電三種能量和淡水輸出，系統能量利用效率很高，同時有利于降低海水淡化的成本，實現了能源和資源的綜合利用。
文檔編號F01K23/10GK103114912SQ20131005993
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
發明者陳志強, 何宏舟, 蔡佳瑩, 張亮 申請人:集美大學