一种多能耦合的冷热电三联供系统及方法与流程

1.本发明属于燃气轮机发电技术领域，涉及一种多能耦合的冷热电三联供系统及方法。


背景技术：

2.冷热电联供(cchp)系统因其有能量梯级利用的突出优势，是一种能将制冷、供暖以及供电在同一系统下实现的多联产系统，该系统一般靠近用户，可以很好的减少能量损失以及节约输配电投资费用。由于天然气具有能源利用率高以及燃烧污染小等优点，近年来天然气的需求量迅速增长，冷热电联供系统的燃料消耗也是天然气。天然气冷热电联供系统也是在近些年慢慢开始兴起的，它是靠天然气和空气在内燃机或者燃气轮机里燃烧，产生的高温热量驱动发电机进行供电，中温热量可用于驱动烟气-热水型冷热水机组进行制冷、供暖，低温热量可以为居民提供生活热水，其余废热直接排向大气中，因而热量在整个过程中很好的实现了能量的梯级利用。尽管天然气冷热电联供系统的能源利用率高，可以节约能源以及环保等优点备受人们关注，但是在实际运行中用户对热电的需求会受诸多因素的影响，造成系统对能源的供应量也是不断发生变化，使得联供系统的能源供给与用户需求会出现能量不匹配的情况，这样会使冷热电联供系统的工作效率下降，同样会造成能源的浪费以及经济效益变差。
3.热电解耦即对热电比进行深度调节，以此达到节能以及节省成本的目的，但热电比太小的联供系统也是达不到节能的效果。天然气冷热电联供系统的热电比相对固定，要满足用户需求负荷的动态变化必然会造成能源浪费进而产生额外的经济损失。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种多能耦合的冷热电三联供系统及方法，该系统及方法能够实现能源的供应量与用户需求的匹配，同时降低能源浪费。
5.为达到上述目的，本发明公开了一种多能耦合的冷热电三联供系统包括双效溴化锂吸收式热泵、储热装置及燃气轮机发电系统，其中，储热装置与双效溴化锂吸收式热泵及燃气轮机发电系统相连接，双效溴化锂吸收式热泵与燃气轮机发电系统相连接。
6.还包括第二调节阀，所述储热装置包括第四换热器、高温罐、第五换热器、第六换热器及低温罐；
7.所述燃气轮机发电系统中燃气轮机的出口分为两路，其中一路与燃气轮机发电系统中的第一调节阀相连通，另一路与第二调节阀的第一开口相连通，第二调节阀的第二个开口与所述第四换热器的管侧入口相连通，第四换热器的管侧出口与第六换热器的壳侧相连通，第四换热器的壳侧出口与高温罐的入口相连通，高温罐的出口与第五换热器的壳侧入口相连通，第五换热器的壳侧出口与低温罐的入口相连通，低温罐的出口与第四换热器的壳侧入口相连通；
8.第二调节阀的第三个开口与双效溴化锂吸收式热泵中的高压发生器相连通；双效溴化锂吸收式热泵中高压发生器的烟气出口分为两路，其中一路与第五换热器的管侧入口相连通，另一路与双效溴化锂吸收式热泵中第二换热器的壳侧相连通，第五换热器的管侧出口与双效溴化锂吸收式热泵中高压发生器的烟气入口相连通。
9.本发明所述的多能耦合的冷热电三联供方法包括以下步骤：
10.在制热时，燃气轮机产生的高温烟气作为高温热源经第二调节阀进入双效溴化锂吸收式热泵中的高压发生器进行余热回收，通过双效溴化锂吸收式热泵中的吸收器及冷凝器产生制热工况下的空调热水；
11.高压发生器排出的烟气进入到第二换热器中产生低温热水，作为双效溴化锂吸收式热泵中蒸发器所需要的低温热源，第二换热器排出的低温烟气进入大气中；
12.在制冷工况下，燃气轮机产生高温烟气作为高温热源经第二调节阀进入到双效溴化锂吸收式热泵内的高压发生器中，高压发生器吸收高温烟气热量后产生蒸汽，其中，产生的蒸汽通过吸收器及冷凝器进行冷却，以制取得到制冷工况下的冷冻水。
13.当燃气轮机产生的高温烟气除满足双效溴化锂吸收式热泵所需要的制热量外还有剩余未被利用的烟气时，则将燃气轮机产生的高温烟气分为两路，其中一路进入到双效溴化锂吸收式热泵内的高压发生器中，以制取所需的空调热水，另一路进入到第四换热器中，用于加热低温罐中的熔融盐。
14.第四换热器输出的加热后的熔融盐进入到高温罐中存储。
15.第四换热器排出的烟气进入到第六换热器中，以制取用户所需的生活热水。
16.当燃气轮机产生的高温烟气全部进入双效溴化锂吸收式热泵后，仍然不能满足用户所需的空调热水需求时，则将双效溴化锂吸收式热泵中高压发生器排出的较高温烟气引出一路送入第五换热器中，通过高温罐中的熔融盐加热为高温烟气，然后送入双效溴化锂吸收式热泵内的高压发生器中，以产生制热工况下的空调热水，满足空调用水的需求。
17.第五换热器输出的降温后的熔融盐进入到低温罐中存储。
18.本发明具有以下有益效果：
19.本发明所述的多能耦合的冷热电三联供系统及方法在具体操作时，包括双效溴化锂吸收式热泵、燃气轮机发电系统和储热装置，在双效溴化锂吸收式热泵中产生冷量，通过燃气轮机发电系统实现发电，多余的余热在储热装置中进行储存，本发明根据能量梯级利用的原则，对燃气轮机排放的烟气热量进行回收，在双效溴化锂吸收式热泵的余热回收不充分情况下，采用储热装置进行额外热量的回收及储存，实现系统的能量输出与用户热电负荷的动态需求匹配，以提高系统的运行灵活性，降低能源的浪费，提高系统的经济性。
附图说明
20.图1为本发明的结构图；
21.图2为本发明中储热装置300的结构图。
22.其中，100为双效溴化锂吸收式热泵、200为燃气轮机发电系统、300为储热装置、g为高压发生器、h为第一换热器、i为第二换热器、j为第三换热器、k为第一增压泵、l为吸收器、m为第三调节阀、n为低温发生器、o为蒸发器、p为第四调节阀、q为冷凝器、r为第五调节阀、a为压缩机、b为燃烧室、c为燃气轮机、d为发电机、e为第一调节阀、f为第二调节阀、s为
第四换热器、t为高温罐、u为第五换热器、w为第六换热器、v为低温罐。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
24.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
25.需要说明的是，现有冷热电联供系统由发电设备和余热回收利用设备构成，本发明中的发电设备采用的是燃气轮机发电系统200，余热回收设备采用的是双效溴化锂吸收式热泵100，二者构成典型冷热电联供系统，但该系统的产热及产电相对固定，导致热电比基本固定可调节范围很小，而用户对热负荷和电负荷的需求会因季节变化、昼夜变化等因素相应发生变化，所以热电比相对固定的系统是不能灵活的满足用户对热、电负荷的动态需求变化的，这样会导致系统提供的能量与用户需求不匹配，造成能源的浪费、系统热力性能以及经济性下降等问题。为满足系统的能量输出与用户热电负荷的动态需求匹配，则需要采用储热装置300进行耦合的冷热电三联供系统，来提高系统的运行灵活性。
26.具体的，参考图1及图2，本发明所述的多能耦合的冷热电三联供系统包括双效溴化锂吸收式热泵100、储热装置300及燃气轮机发电系统200，其中，所述储热装置300包括第四换热器s、高温罐t、第五换热器u、第六换热器w及低温罐v；双效溴化锂吸收式热泵100包括高压发生器g、第一换热器h、第二换热器i、第三换热器j、第一增压泵k、吸收器l、第三调节阀m、低温发生器n、蒸发器o、第四调节阀p、冷凝器q及第五调节阀r；燃气轮机发电系统200包含压缩机a、燃烧室b、燃气轮机c、发电机d、第一调节阀e及第二调节阀f；
27.所述燃气轮机发电系统200中燃气轮机c的出口分为两路，其中一路与燃气轮机发电系统200中的第一调节阀e相连通，另一路与第二调节阀f的第一开口相连通，第二调节阀f的第二个开口与所述第四换热器s的管侧入口相连通，第四换热器s的管侧出口与第六换热器w的壳侧相连通，第四换热器s的壳侧出口与高温罐t的入口相连通，高温罐t的出口与第五换热器u的壳侧入口相连通，第五换热器u的壳侧出口与低温罐v的入口相连通，低温罐v的出口与第四换热器s的壳侧入口相连通；
28.第二调节阀f的第三个开口与双效溴化锂吸收式热泵100中的高压发生器g相连通；双效溴化锂吸收式热泵100中高压发生器g的烟气出口分为两路，其中一路与第五换热器u的管侧入口相连通，另一路与双效溴化锂吸收式热泵100中第二换热器i的壳侧相连通，第五换热器u的管侧出口与双效溴化锂吸收式热泵100中高压发生器g的烟气入口相连通。
29.本发明的具体工作过程为：
30.天然气与空气混合燃烧驱动燃气轮机c发电，同时产生高温烟气。
31.在制热时，燃气轮机c产生的高温烟气作为高温热源经第二调节阀f进入双效溴化锂吸收式热泵100中的高压发生器g进行余热回收，通过双效溴化锂吸收式热泵100中的吸收器l及冷凝器q产生制热工况下的空调热水。
32.高压发生器g排出的烟气进入到第二换热器i中产生低温热水，作为双效溴化锂吸收式热泵100中蒸发器o所需要的低温热源，从而完成一个低温热水的循环使用，第二换热器i排出的低温烟气进入大气中。
33.在制冷工况下，燃气轮机c产生高温烟气作为高温热源经第二调节阀f进入到双效溴化锂吸收式热泵100内的高压发生器g中，高压发生器g吸收高温烟气热量后产生的蒸汽，其中，产生的蒸汽通过吸收器l及冷凝器q进行冷却，以制取得到制冷工况下的冷冻水。
34.当燃气轮机c产生的高温烟气除满足双效溴化锂吸收式热泵100所需要的制热量外还有剩余未被利用的烟气时，则将燃气轮机c产生的高温烟气分为两路，其中一路进入到双效溴化锂吸收式热泵100内的高压发生器g中，以制取所需的空调热水，另一路进入到第四换热器s中，用于加热低温罐v中的熔融盐，其中，第四换热器s排出的烟气进入到第六换热器w，以制取用户所需的生活热水，第四换热器s输出的加热后的熔融盐进入到高温罐t中存储。
35.当燃气轮机c产生的高温烟气全部进入双效溴化锂吸收式热泵100后，仍然不能满足用户所需的空调热水需求时，则将双效溴化锂吸收式热泵100中高压发生器g排出的较高温烟气引出一路送入第五换热器u中，通过高温罐t中的熔融盐加热为高温烟气，然后送入双效溴化锂吸收式热泵100内的高压发生器g中，以产生制热工况下的空调热水，满足空调用水的需求，换热降温后的熔融盐送入低温罐v中。
36.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种多能耦合的冷热电三联供系统，其特征在于，包括双效溴化锂吸收式热泵(100)、储热装置(300)及燃气轮机发电系统(200)，其中，储热装置(300)与双效溴化锂吸收式热泵(100)及燃气轮机发电系统(200)相连接，双效溴化锂吸收式热泵(100)与燃气轮机发电系统(200)相连接。2.根据权利要求1所述的多能耦合的冷热电三联供系统，其特征在于，还包括第二调节阀(f)，所述储热装置(300)包括第四换热器(s)、高温罐(t)、第五换热器(u)、第六换热器(w)及低温罐(v)；所述燃气轮机发电系统(200)中燃气轮机(c)的出口分为两路，其中一路与燃气轮机发电系统(200)中的第一调节阀(e)相连通，另一路与第二调节阀(f)的第一开口相连通，第二调节阀(f)的第二个开口与所述第四换热器(s)的管侧入口相连通，第四换热器(s)的管侧出口与第六换热器(w)的壳侧相连通，第四换热器(s)的壳侧出口与高温罐(t)的入口相连通，高温罐(t)的出口与第五换热器(u)的壳侧入口相连通，第五换热器(u)的壳侧出口与低温罐(v)的入口相连通，低温罐(v)的出口与第四换热器(s)的壳侧入口相连通；第二调节阀(f)的第三个开口与双效溴化锂吸收式热泵(100)中的高压发生器(g)相连通；双效溴化锂吸收式热泵(100)中高压发生器(g)的烟气出口分为两路，其中一路与第五换热器(u)的管侧入口相连通，另一路与双效溴化锂吸收式热泵(100)中第二换热器(i)的壳侧相连通，第五换热器(u)的管侧出口与双效溴化锂吸收式热泵(100)中高压发生器(g)的烟气入口相连通。3.一种多能耦合的冷热电三联供方法，其特征在于，基于权利要求2所述的多能耦合的冷热电三联供系统，包括以下步骤：在制热时，燃气轮机(c)产生的高温烟气作为高温热源经第二调节阀(f)进入双效溴化锂吸收式热泵(100)中的高压发生器(g)进行余热回收，通过双效溴化锂吸收式热泵(100)中的吸收器(l)及冷凝器(q)产生制热工况下的空调热水；高压发生器(g)排出的烟气进入到第二换热器(i)中产生低温热水，作为双效溴化锂吸收式热泵(100)中蒸发器(o)所需要的低温热源，第二换热器(i)排出的低温烟气进入大气中；在制冷工况下，燃气轮机(c)产生高温烟气作为高温热源经第二调节阀(f进入到双效溴化锂吸收式热泵(100)内的高压发生器(g)中，高压发生器(g)吸收高温烟气热量后产生蒸汽，其中，产生的蒸汽通过吸收器(l)及冷凝器(q)进行冷却，以制取得到制冷工况下的冷冻水。4.根据权利要求3所述的多能耦合的冷热电三联供方法，其特征在于，当燃气轮机(c)产生的高温烟气除满足双效溴化锂吸收式热泵(100)所需要的制热量外还有剩余未被利用的烟气时，则将燃气轮机(c)产生的高温烟气分为两路，其中一路进入到双效溴化锂吸收式热泵(100)内的高压发生器(g)中，以制取所需的空调热水，另一路进入到第四换热器(s)中，用于加热低温罐(v)中的熔融盐。5.根据权利要求4所述的多能耦合的冷热电三联供方法，其特征在于，第四换热器(s)输出的加热后的熔融盐进入到高温罐(t)中存储。6.根据权利要求4所述的多能耦合的冷热电三联供方法，其特征在于，第四换热器(s)排出的烟气进入到第六换热器(w)中，以制取用户所需的生活热水。
7.根据权利要求3所述的多能耦合的冷热电三联供方法，其特征在于，当燃气轮机(c)产生的高温烟气全部进入双效溴化锂吸收式热泵(100)后，仍然不能满足用户所需的空调热水需求时，则将双效溴化锂吸收式热泵(100)中高压发生器(g)排出的较高温烟气引出一路送入第五换热器(u)中，通过高温罐(t)中的熔融盐加热为高温烟气，然后送入双效溴化锂吸收式热泵(100)内的高压发生器(g)中，以产生制热工况下的空调热水，满足空调用水的需求。8.根据权利要求7所述的多能耦合的冷热电三联供方法，其特征在于，第五换热器(u)输出的降温后的熔融盐进入到低温罐(v)中存储。

技术总结
本发明公开了一种多能耦合的冷热电三联供系统及方法，包括双效溴化锂吸收式热泵、储热装置及燃气轮机发电系统，其中，储热装置与双效溴化锂吸收式热泵及燃气轮机发电系统相连接，双效溴化锂吸收式热泵与燃气轮机发电系统相连接，该系统及方法能够实现能源的供应量与用户需求的匹配，同时降低能源浪费。同时降低能源浪费。同时降低能源浪费。


技术研发人员：郑少雄 薛志恒 张朋飞 杜文斌 赵鹏程 陈会勇 杨可 何欣欣 孙伟嘉 吴涛 孟勇 赵杰 王伟锋 赵永坚
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/7/27