一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及內燃機技術領域，尤其是涉及一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統。
【背景技術】
[0002]能源的利用與人類社會發展有著緊密的聯系，隨著傳統化石能源的逐漸枯竭，能源短缺問題日益嚴重，因此在能源利用工程中節能受到各國政府和企業的高度重視。如何實現一次能源高效、梯級利用，成為廣大學者研宄的熱點。
[0003]燃氣內燃發電機組大約有超過60%的熱量通過缸套水、煙氣排放到環境中，以往余熱利用技術，往往采用熱電聯產或者ORC余熱發電技術，熱電聯產的核心是通過對一次能源進行梯級利用，提高能源利用效率；ORC是采用低沸點有機工質推動膨脹機做功完成低品位熱能轉換為高品位電能的過程，系統相比普通水蒸氣朗肯循環具有較高循環熱效率和熱回收率，系統的冷凝壓力一般接近大氣壓，系統無需真空，冷凝器的設計和制造相對簡單。
[0004]采用燃氣內燃發電機組熱電聯產利用高溫煙氣加熱生活熱水，顯然并沒有完全實現能源的梯級利用，高品質熱能轉換為生活熱水，系統火用效率很低。以往回收內燃機余熱的ORC發電組件往往是采用兩套ORC循環系統分別回收煙氣余熱和缸套水余熱，系統較為復雜，且系統效率提升并不明顯。
[0005]中國專利CN103758658A公開了二級雙回路內燃機余熱梯級利用熱回收系統，由第一工質泵、第一冷卻水預熱器、增壓中冷蒸發器、第一汽輪機及第一冷凝器依次串接組成低溫級循環；由第二工質泵、增壓中冷預熱器、第二冷卻水預熱器、排氣蒸發器、第二高壓汽輪機、再熱器、第三低壓汽輪機以及第二冷凝器依次串接組成高溫級循環。此專利梯級利用內燃機煙氣余熱和缸套水余熱，設置多個換熱器回收余熱、兩路冷卻水循環系統、兩股有機工質循環系統完成兩路ORC發電系統。系統設計相對復雜，實際應用時較難有效匹配各設備的最佳工況。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種使得ORC發電效率進一步提高的簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統。
[0007]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0008]一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，包括
[0009]燃氣內燃機組，
[0010]分流器，
[0011]通過分流器與燃氣內燃機組連接的ORC發電組件及導熱油循環組件，
[0012]與ORC發電組件連接的冷卻水循環組件，
[0013]導熱油分為兩股，一股預熱ORC發電組件中的工質，另一股被煙氣加熱后，再加熱ORC發電組件中的工質，ORC發電組件中的冷卻水回收作為生活熱水來源。
[0014]所述的ORC發電組件由相互連接構成一循環的工質泵、預熱器、蒸發器、膨脹機、冷凝器組成，所述的膨脹機上連接有發電機。
[0015]所述的導熱油循環組件包括導熱油過濾器、導熱油泵、預熱器、煙氣換熱器、上述組件與燃氣內燃機組、分流器連接構成一循環，構成循環的管道上設有儲油罐。
[0016]所述的導熱油循環組件構成的循環與蒸發器及預熱器連接。
[0017]所述的冷卻水循環組件包括給水過濾器、給水泵和儲熱水箱，與冷凝器連接，回收冷凝余熱，提供生活熱水。
[0018]所述的ORC發電組件中的工質經過工質泵加壓，進入預熱器預熱，然后進入蒸發器變成高溫高壓蒸汽，進入膨脹機膨脹做功推動發電機發電，最后進入冷凝器冷凝放熱。
[0019]所述的導熱油循環組件中的導熱油經過濾器、導熱油泵進入內燃機組的缸套內冷卻缸壁，然后進入分流器分為兩股，一股進入ORC發電組件的預熱器預熱工質，另一股進入煙氣換熱器吸收煙氣余熱，導熱油溫度進一步升高，然后進入ORC發電組件的蒸發器再熱工質，最終導熱油匯集到儲油罐中，完成導熱油循環。
[0020]與現有技術相比，由于ORC發電組件效率受工質蒸發溫度的影響，蒸發溫度越高，系統發電效率越大。有機工質所能承受的溫度限制一般在350°C以下，而內燃機煙氣溫度一般高于350°C，為防止煙氣溫度過高引起工質裂解，本發明利用缸套余熱預熱導熱油溫度到95°C，由于內燃機缸套水余熱一般大于煙氣余熱，假設所有導熱油吸收煙氣余熱，則最終導熱油溫度一般不超過150°C，而為了更有效地利用內燃機余熱，通過分流器將導熱油分為兩股，一股用來預熱有機工質，一股和煙氣換熱，獲得較高的導熱油溫度，為ORC發電組件提供高溫熱源，使得ORC發電效率進一步提高。
[0021]本專利僅采用一股導熱油梯級回收燃氣發電機組余熱，一股有機工質循環發電系統，一套冷卻工質水循環系統。系統可梯級回收燃氣發電機組余熱，設計簡單易于實現。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的結構示意圖。
[0023]圖中，1-燃氣內燃機組，2-分流器，3-煙氣換熱器，4-蒸發器，5-膨脹機，6_發電機，7-給水泵，8-給水過濾器，9-儲熱水箱，10-冷凝器，11-工質過濾器，12-工質泵，13-預熱器，14-儲油罐，15-導熱油過濾器，16-導熱油泵。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0025]實施例
[0026]一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，其結構如圖1所示，合理分配燃氣內燃機機組的不同品位余熱(煙氣余熱、缸套水余熱)，梯級加熱有機工質，提高ORC發電組件的效率，同時回收冷凝器余熱作為生活熱水來源的系統。
[0027]本發明主要包括燃氣內燃機組1、ORC發電組件、導熱油循環組件和冷卻水循環組件。ORC發電組件由相互連接構成一循環的工質泵12、預熱器13、蒸發器4、膨脹機5、冷凝器10組成，膨脹機5上連接有發電機6。導熱油循環組件包括導熱油過濾器15、導熱油泵16、預熱器13、煙氣換熱器3、上述組件與燃氣內燃機組、分流器2連接構成一循環，構成循環的管道上設有儲油罐14。導熱油循環組件構成的循環與蒸發器及預熱器連接。冷卻水循環組件包括給水過濾器8、給水泵7和儲熱水箱9，與冷凝器10連接，回收冷凝余熱，提供生活熱水。
[0028]ORC發電組件中工質經過工質泵12加壓，進入預熱器13預熱，然后進入蒸發器4變成高溫高壓蒸氣，進入膨脹機5膨脹做功推動發電機6發電，最后進入冷凝器10冷凝放熱；導熱油循環組件中導熱油經過濾器15、導熱油泵16進入燃氣內燃機組I缸套內冷卻缸壁，然后進入分流器分為兩股，一股進入ORC發電組件的預熱器13預熱工質，另一股進入煙氣換熱器3吸收煙氣余熱，導熱油溫度進一步升高，然后進入ORC發電組件的蒸發器4再熱工質，最終導熱油匯集到儲油罐14中，完成導熱油循環。冷卻水循環組件包括給水過濾器8、給水泵7、冷凝器10和儲熱水箱9，主要目的回收冷凝余熱，提供生活熱水。
[0029]本發明的工作過程:啟動燃氣發電機組、導熱油循環組件，打開第一閥門V1、第三閥門V3，關閉第二閥門V2、第四閥門V4，預熱缸壁后，啟動冷卻給水泵7和工質循環泵12，打開第六閥門V6、第七閥門V7，關閉第五閥門V5保護膨脹機5，開啟第二閥門V2、第四閥門V4，關閉第三閥門V3，待工質溫度、壓力滿足要求，開啟第五閥門V5，關閉第六閥門V6、第七閥門V7，ORC發電組件工質推動膨脹機做功。導熱油儲存在儲油罐14中，導熱油經過濾器15和導熱油泵16進入燃氣內燃機組I的缸套內，冷卻缸壁的同時吸收余熱，出口溫度為95°C，經分離器2分為兩股，一股用來預熱ORC發電組件工質，另一股進入煙氣換熱器3，然后再熱工質，完成導熱油循環。冷卻水循環組件回收ORC發電組件冷凝器冷凝工質的余熱，儲存在儲熱水箱(9) 9，作為生活熱水供給用戶。
[0030]綜上所述，以上僅為本發明的系統構造和簡單設計方法概述，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，其特征在于，包括 燃氣內燃機組， 分流器， 通過分流器與燃氣內燃機組連接的ORC發電組件及導熱油循環組件， 與ORC發電組件連接的冷卻水循環組件， 導熱油分為兩股，一股預熱ORC發電組件中的工質，另一股被煙氣加熱后，再加熱ORC發電組件中的工質，ORC發電組件中的冷卻水回收作為生活熱水來源。2.根據權利要求1所述的一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，其特征在于，所述的ORC發電組件由相互連接構成一循環的工質泵、預熱器、蒸發器、膨脹機、冷凝器組成，所述的膨脹機上連接有發電機。3.根據權利要求2所述的一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，其特征在于，所述的導熱油循環組件包括導熱油過濾器、導熱油泵、預熱器、煙氣換熱器、上述組件與燃氣內燃機組、分流器連接構成一循環。4.根據權利要求3所述的一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，其特征在于，構成循環的管道上設有儲油罐。5.根據權利要求2所述的一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，其特征在于，所述的導熱油循環組件構成的循環與蒸發器及預熱器連接。6.根據權利要求2所述的一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，其特征在于，所述的冷卻水循環組件包括給水過濾器、給水泵和儲熱水箱，與冷凝器連接，回收冷凝余熱，提供生活熱水。7.根據權利要求2所述的一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，其特征在于，所述的ORC發電組件中的工質經過工質泵加壓，進入預熱器預熱，然后進入蒸發器變成高溫高壓蒸汽，進入膨脹機膨脹做功推動發電機發電，最后進入冷凝器冷凝放熱。8.根據權利要求3所述的一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統，其特征在于，所述的導熱油循環組件中的導熱油經過濾器、導熱油泵進入內燃機組的缸套內冷卻缸壁，然后進入分流器分為兩股，一股進入ORC發電組件的預熱器預熱工質，另一股進入煙氣換熱器吸收煙氣余熱，導熱油溫度進一步升高，然后進入ORC發電組件的蒸發器再熱工質，最終導熱油匯集到儲油罐中，完成導熱油循環。
【專利摘要】本發明涉及一種簡化的梯級回收燃氣內燃機余熱系統,包括燃氣內燃機組，分流器，通過分流器與燃氣內燃機組連接的ORC發電組件及導熱油循環組件，與ORC發電組件連接的冷卻水循環組件，導熱油分為兩股，一股預熱ORC發電組件中的工質，另一股被煙氣加熱后，再加熱ORC發電組件中的工質，ORC發電組件中的冷卻水回收作為生活熱水來源。本發明通過分流器將導熱油分為兩股，一股用來預熱有機工質，一股和煙氣換熱，獲得較高的導熱油溫度，為ORC發電系統提供高溫熱源，使得ORC發電效率進一步提高，同時將ORC系統冷卻水熱量回收作為生活熱水來源。
【IPC分類】F02N19/10, F01K23/04, F02G5/00
【公開號】CN104929705
【申請號】CN201510313985
【發明人】張濤, 朱彤, 顏靜
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月9日