CN102116215A - 一种降低自耗电的冷热电多联供系统 - Google Patents

Abstract

一种降低自耗电的冷热电多联供系统，该系统包括用于产生电能的发电机组(101)；用于利用发电机组(101)输出的余热以输出冷水或热水的余热利用设备(102)；以及冷却风扇(103)，用于对所述发电机组(101)输出的热水进行冷却以形成冷水，并将该冷水返回给所述发电机组(101)。其中，所述冷却风扇(103)设置在所述发电机组(101)内部以用于加强发电机组的进风和排风，而不使用已有的轴流风机，从而节省了冷热电多联供系统的自耗电。

Description

一种降低自耗电的冷热电多联供系统

技术领域

本发明涉及到一种冷热电多联供系统，具体的，涉及到一种能够降低自耗电的冷热电多联供系统。

背景技术

目前，燃气作为一种清洁、高效能源已经广泛应用在生产和生活中。燃气与空气混合燃烧产生大量热能，排放出水气以及少量含碳气体，因而对大气污染很小，同时燃气燃烧充分，发热效率高，是目前较为理想的化学能源之一。燃气在工业、生活中的利用方式主要是直接利用燃烧所产生的热能或由热能转换为机械能和电能，例如供暖、以液化天然气为燃料的汽车发动机等。燃气内燃机(Gas Internal Combustion Engine)是一种应用非常广泛的将燃气燃烧产生的热能转换为机械能的装置。燃气冷热电多联供(Combined Cooling Heat and Power，CCHP)系统作为一种能够实现综合利用热能和电能的系统，近年来得到了大力发展。燃气冷热电多联供系统是指利用天然气、沼气等燃气，通过燃气发电机组(例如燃气内燃机、燃气轮机、固体氧化物燃料电池等)发电，同时燃气发电机组排出的高温烟气通过吸收或吸附式制冷/制热设备(如溴化锂冷温水机组等)产生冷水/热水，该系统可向用户同时提供电力、冷水或热水。燃气冷热电多联供系统与传统的供电、供冷/供热方式相比，具有一次能源利用率高、污染物排放少等诸多优点。可见，燃气冷热电多联供系统通过对热能、电能综合、梯级利用，大大提高了能量利用效率，改善了人类生活，同时节省了费用。

目前，常规的冷热电多联供系统多以燃气内燃机为原动设备，包括多个系统用电设备，因而维持该系统运转需要电力驱动，不可避免的存在系统自耗电的问题。传统的冷热电多联供系统的自耗电主要包括：(1)燃气内燃机的冷却风扇耗电；(2)燃气内燃机静音箱的轴流风机耗电；(3)燃气内燃机的缸套水电加热器耗电；(4)吸收式制冷设备的溶液泵耗电；(5)吸收式制冷设备的真空泵耗电等。其中，缸套水电加热器在燃气内燃机运行时关闭，其他4种部件在多联供系统运行时必须连续或间断的开启。

在上述传统的冷热电多联供系统中，由于需要分别设置轴流风机和冷却风扇，导致设备运行需要耗费大量电能，这显然降低了能源利用效率，提高了系统运行成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低自耗电的冷热电多联供系统。根据本发明的技术方案，通过对现有的冷热电多联供系统的结构进行优化，对一些产生自耗电的部件进行集成和复合利用，以有效降低冷热电多联供系统的自耗电。

根据本发明的一个方面，提供了一种降低自耗电的冷热电多联供系统，该系统包括用于产生电能的发电机组101；用于利用发电机组101输出的余热以输出冷水或热水的余热利用设备102；冷却风扇103，用于对所述发电机组101输出的热水进行冷却以形成冷水，并将该冷水返回给所述发电机组101；其中所述冷却风扇103设置在所述发电机组101内部。

其中，所述冷却风扇103的还用于提供所述发电机组的进风和排风所需要的风量。

其中，所述发电机组101还包括一静音箱101-0，在该静音箱内按照从进风到排风的方向依次设置有静音箱进风迷宫101-1，发电机组本体101-2，静音箱排风迷宫101-3以及冷却风扇103。

可选的，所述冷却风扇103设置在所述静音箱101-0的末端，使得该冷却风扇的排风端朝向该静音箱的外部。

可选的，所述冷却风扇103的排风端设置为与所述静音箱的壳体重合。

其中，所述发电机组101输出给所述余热利用设备102的余热包括进入所述余热利用设备102的缸套水18和/或高温烟气。

优选的，所述发电机组是燃气内燃发电机组。

优选的，所述余热利用设备是吸收式溴化锂制冷机组。

通过采用本发明的上述技术方案，降低了冷热电多联供系统自耗电，提高了系统输出的发电功率。同时，也简化了冷热电多联供系统的结构，节约了机房用地，节省了设备安装及土建费用，缩短了设备安装周期，从而大大降低了整个系统的建设费用。

附图说明

图1是常规的燃气冷热电多联供系统的结构示意图；

图2是常规的燃气内燃发电机组静音箱的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的燃气内燃发电机组静音箱的结构示意图；

图4是经本发明改进后的燃气冷热电多联供系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明进行示例说明的燃气冷热电多联供系统主要是以燃气内燃机作为原动设备，但不限制于此。

图1是常规的燃气冷热电多联供系统的结构示意图。

如图1所示，常规的燃气冷热电多联供系统的机组配置包括发电机组101，余热利用设备102和冷却风扇103。本发明中，发电机组101优选的为燃气内燃发电机组(下文中简称内燃机)。

燃气内燃发电机组101用于通过燃气燃烧产生输出电力4，发电机组本体101-2通常安装在静音箱(Sound Attenuated Enclosure)101-0中。静音箱具有减振、降噪的功能，用于降低内燃发电机的运行噪音和振动，使燃气内燃机能够在静音箱中稳定、低噪的运行，以便达到国家规定的噪音标准。

缸套水(Jacket Water)(未显示)通常在内燃机的缸套内运行。在内燃机正常运行时，其缸套壁会产生大量的热量，缸套水的作用就是冷却内燃机缸套，使内燃机稳定、安全运行。通常，由燃气内燃机出来的缸套水携带有内燃机产生的大量热量，其通过内燃机缸套水总出水20排出，由与燃气内燃机配套的冷却风扇103降温后再通过内燃机缸套水回水8进入燃气内燃机，从而形成缸套水循环。

中冷器(Intercooler)是安装在燃气内燃机内部的增压部件(未显示)，用于提高内燃机的换气效率。中冷器的冷却介质为水，高温空气经过中冷器时，其热量传递给中冷器的冷却水，冷却后空气的进入内燃机中，而被加热的中冷器冷却水则通过中冷器冷却水出水5排出给冷却风扇103，由冷却风扇降温后再通过中冷器冷却水回水6进入内燃机的中冷器，从而形成中冷器冷却水循环。

冷却风扇(Cooling Fan)103是与燃气内燃机配套的冷却设备。如图1-2所示，内燃机的缸套水与中冷器冷却水的所有接口与冷却风扇相连，经冷却风扇降温后返回内燃机，形成两路冷却水循环。

此外，余热利用设备102能够利用燃气内燃发电机组101排出的高温烟气13和高温缸套水18的余热，从而输出冷冻水或热水(卫生热水和/或采暖热水)。

本发明中，优选的采用吸收式溴化锂制冷机组(下文中简称溴冷机)作为冷热电多联供系统中的余热利用设备。这里，溴化锂制冷的基本原理是依靠液态制冷剂在低温、低压条件下蒸发吸收热量，从而产生制冷效应，溴化锂制热的基本原理与普通换热器类似。溴冷机一般在夏季输出冷冻水，在冬季输出采暖热水。在需要输出卫生热水的场合，溴冷机可以实现在夏季同时输出冷冻水和卫生热水，在冬季同时输出采暖热水和卫生热水。

下面介绍现有技术的燃气冷热电多联供系统的运行过程。

如图1所示，管网中的燃气1经调压箱2和截止阀3达到规定的压力后进入燃气内燃发电机组101，燃气内燃发电机组101所产生的输出电力4向外输出。燃气内燃发电机组101的中冷器冷却水出水5进入冷却风扇103，经冷却风扇冷却达到温度要求后形成中冷器冷却水回水6，该中冷器冷却水回水返回燃气内燃发电机组101以循环冷却利用。

燃气内燃发电机组101输出的缸套水总出水20经热水电动三通阀9分为进入余热利用设备102的缸套水18和冷却风扇缸套水进水10。热水电动三通阀9可调节缸套水18的水量，实现内燃机缸套水总出水20全部、部分的进入或全部不进入余热利用设备102。缸套水18进入余热利用设备102的低压发生器(缸套水在低压发生器中加热中温溴化锂浓溶液，进一步对溶液进行加热，使之浓度更高，产生的蒸汽进入冷凝器，剩下的溴化锂浓溶液进入低温换热器)，释放余热后温度降低，冷却后形成的余热利用设备出水19与冷却风扇缸套水进水10汇合后进入冷却风扇103，经冷却风扇冷却达到温度要求后形成内燃机缸套水回水8，该内燃机缸套水回水8经截止阀7返回燃气内燃发电机组101以循环冷却利用。

经过发电机组燃烧排放的高温烟气11流经烟气电动三通阀12，烟气电动三通阀12可调节进入余热利用设备102的高温烟气13的量，实现高温烟气全部、部分的进入或全部不进入余热利用设备，高温烟气13进入余热利用设备102的高压发生器(低温溴化锂稀溶液在高压发生器中经高温烟气加热，分别产生蒸汽和高温溴化锂浓溶液，蒸汽进入低压发生器，高温溴化锂浓溶液进入高温换热器)，释放余热后温度降低，形成余热利用设备排烟14(低温烟气)，该余热利用设备排烟14与通过烟气电动三通阀12的高温烟气11汇合，形成多联供系统总排烟15排向大气。

夏季时，余热利用设备102通过吸收燃气内燃电机组101输出的高温烟气13和缸套水18的余热，可制取一定温度的冷水出水25提供给建筑物空调管路系统，由空调管路系统的返回的冷水回水26经截止阀28返回余热利用设备102进行降温处理。

冬季时，余热利用设备102通过吸收燃气内燃电机组101输出的高温烟气13和缸套水18的余热，可制取一定温度的采暖水出水25提供给建筑物空调管路系统，由空调管路系统的返回的采暖水回水26经截止阀28返回余热利用设备102进行升温处理。

此外，余热利用设备102还有一路冷却水24循环，该冷却水24主要用于吸收余热利用设备的冷凝器和吸收器的热量，冷却水24经截止阀27进入余热利用设备102，经余热利用设备102温度升高后形成冷却水出水23。在夏天，该冷却水出水23通过冷却水回路经冷却设备(如冷却塔)冷却后形成冷却水回水24，冷却水回水24返回余热利用设备102。在冬天，该冷却水出水23及冷却水回水24组成的冷却水回路不工作。

由图1可见，在现有技术的冷热电多联供系统中，冷热电多联供系统总自耗电22主要包括冷却风扇自耗电21、燃气内燃机自耗电(包括轴流风机和缸套水电加热器)16和吸收式溴化锂制冷机组自耗电(包括溶液泵和真空泵等)17。

图2是常规的燃气内燃发电机组静音箱的结构示意图。图2中与图1中相同的部件将简单介绍或者不介绍，并采用相同的附图标记表示。

如图2所示，按照从进风到排风的方向，静音箱101-0内依次设置有静音箱进风迷宫101-1，发电机组本体101-2(下文中简称内燃机)，轴流风机101-4、101-5，静音箱排风迷宫101-3。此外，静音箱还配置有隔音检修门(未显示)，以便于设备的维护检修。

轴流风机(Axial Fan)是用于加强燃气内燃机进风、排风的轴向风机，安装在静音箱内部。如图2所示，轴流风机101-4、101-5配置在内燃机101-2与排风迷宫101-3之间，并且可以配置多台，用于加强内燃机的进风和排风。

进风迷宫101-1和排风迷宫101-3的作用是用于降低燃气内燃发电机组在运行时周围空气的流动通畅，进而降低燃气内燃发电机组在运行时进气、排气的噪音。

可见，现有技术的冷热电多联供系统中具有两台或多台静音箱轴流风机101-4、101-5，这些耗电设备不可避免的增加了燃气内燃发电机组在运行时的自耗电。

图3是根据本发明实施例的燃气内燃发电机组静音箱的结构示意图。图3中将重点介绍相对于现有技术作出改进的组成部件，对于不涉及本发明改进点的已有部件，将简单介绍或者不介绍。

如图3所示，按照从进风到排风的方向，静音箱101-0内依次设置有静音箱进风迷宫101-1，发电机组本体101-2，静音箱排风迷宫101-3以及冷却风扇103。

由图3可见，本发明的实施例中，拆除了现有技术的燃气内燃发电机组静音箱内的轴流风机101-4、101-5，而将原来设置在静音箱外部的冷却风扇集成设置在静音箱内。这样，由于拆除了多台轴流风机，减少了耗电设备，从而降低了冷热电多联供系统的自耗电。

在本发明的实施例中，冷却风扇103设置在静音箱101-0的末端，使冷却风扇的排风端朝向静音箱的外部，使冷却风扇在静音箱内对来自内燃机101-2的中冷器冷却水出水5和内燃机缸套水总出水20进行冷却。可选的，冷却风扇的排风端可以设置为与静音箱壳体重合，从而使排风更加通畅。另外，根据冷却风扇的本身长度和安装位置，可以根据实际需要适当增加静音箱的长度。

与现有技术中相对于燃气内燃机的静音箱独立分开设置的冷却风扇不同，本实施方式中的冷却风扇集成设置在静音箱内部。这样，内燃机中所有与冷却风扇相连的管路(例如内燃机中冷器冷却水出、回水管路，内燃机缸套水出、回水管路)全部在静音箱内部安装连接并完成调试。

因此，可见大大减少静音箱与外部设备的接口和连接管线，简化了设备结构，减低了制造安装成本。

下面说明本发明实施例中冷却风扇的功率设置要求。

假设Q₁、Q₂分别为轴流风机、冷却风扇的流量(即风量)，n₁、n₂分别为轴流风机、冷却风扇的转速，P₁、P₂分别为轴流风机、冷却风扇的功率，则通常满足如下比例关系：Q₂/Q₁＝n₂/n₁，P₂/P₁＝(n₂/n₁)³，P₂/P₁＝(Q₂/Q₁)³。即风扇或风机的功率与流量的三次方成正比。

以额定发电功率为160kW的燃气内燃发电机组为例，其静音箱中两台轴流风机单台功率为3kW(两台相同)，冷却风扇的功率为7.5kW，按照上式计算得：即冷却风扇的风量要大于原两台轴流风机的总风量。因此，冷却风扇的风量的完全可以保证拆除轴流风机后燃气内燃机的进风量要求。因此，本发明中可以不对冷却风扇的功率进行特别调整。

因此，本发明中虽然拆除了现有技术中静音箱内的轴流风机，但设置在静音箱内的冷却风扇的风量完全能够满足内燃机组进风和排风的风量需求，因而能够满足燃气内燃发电机组进风通畅的要求，从而起到与原轴流风机相同的作用。因此，可以在不影响燃气内燃发电机组正常运行的基础上，节省了轴流风机的自耗电，使得系统自耗电降低。

根据本发明实施例的冷热电多联供系统，可以显著的降低系统的自耗电。例如，以额定发电功率为160kW的燃气内燃发电机组为例，其轴流风机功率为2×3＝6kW，冷却风扇功率为7.5kW，缸套水加热器功率为7kW，原系统总自耗电功率为6+7.5+7＝20.5kW。在根据本发明实施例的冷热电多联供系统中，由于拆除了轴流风机，因而系统总的自耗电功率为7.5+7＝14.5kW，与现有技术中的冷热电多联供系统相比降低了29.3％。

图4是经本发明改进后降低自耗电的燃气冷热电多联供系统的结构示意图。

如图4所示，经改进后的燃气冷热电多联供系统主要包括发电机组101(内部集成有冷却风扇)和余热利用设备102(吸收式溴化锂制冷机组)。改进后的冷热电多联供系统总自耗电22主要包括余热利用设备自耗电(包括溶液泵和真空泵等)17和改进后的发电机组自耗电36。与现有技术的冷热电多联供系统相比，由于冷却风扇被集成设置在发电机组101的静音箱内，使得改进后的发电机组自耗电36远小于现有技术的燃气内燃机自耗电(包括轴流风机和缸套水加热器)16。因此，大大降低了系统的自耗电，同时简化了系统结构，节省了系统的占用空间。

综上所述，本发明旨在提高一种能够降低系统自耗电的冷热电多联供系统。该系统中把冷却风扇设置在燃气内燃发电机组的静音箱内，用冷却风扇来代替现有技术中的轴流风机来提供内燃发电机组的进风、出风所需要的风量，同时对内燃发电机组输出的冷却水进行冷却。由于在本发明的冷热电多联供系统中只需要冷却风扇，因而节省了轴流风机的设备费用和耗电，同时降低了系统的自耗电。

通过本发明改进后的冷热电多联供系统与传统的冷热电多联供系统相比，具有下述显著的技术效果：

(1)冷却风扇的功能优化：通过把燃气内燃机冷却风扇集成在燃气内燃机的静音箱中，省去了传统系统中燃气内燃机的两个轴流风机，可以显著的降低整个系统的自耗电(相当于提高了系统的发电功率)；

(2)将冷却风扇集成在燃气内燃机组中，大大缩短了系统安装时间，降低了设备安装及土建成本，节约了设备用地。

如上所述，针对现有技术的冷热电多联供系统存在的自耗电大的缺陷，本发明从冷热电多联供系统的结构上进行优化，对燃气内燃机的轴流风机和冷却风扇进行集成，使原冷却风扇既起到了轴流风机的作用，又起到了对缸套水和中冷器冷却水进行冷却的作用，从而能够有效降低冷热电多联供系统的自耗电。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种降低自耗电的冷热电多联供系统，该系统包括：

发电机组(101)，用于产生电能；

余热利用设备(102)，用于利用发电机组(101)输出的余热以输出冷水或热水；

冷却风扇(103)，用于对所述发电机组(101)输出的热水进行冷却以形成冷水，并将该冷水返回给所述发电机组(101)；

其特征在于：

所述冷却风扇(103)设置在所述发电机组(101)内部。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却风扇(103)的还用于提供所述发电机组的进风和排风所需要的风量。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发电机组(101)还包括一静音箱(101-0)，在该静音箱内按照从进风到排风的方向依次设置有静音箱进风迷宫(101-1)，发电机组本体(101-2)，静音箱排风迷宫(101-3)以及冷却风扇(103)。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述冷却风扇(103)设置在所述静音箱(101-0)的末端，使得该冷却风扇的排风端朝向该静音箱的外部。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述冷却风扇(103)的排风端设置为与所述静音箱的壳体重合。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发电机组(101)输出的热水包括中冷器冷却水和缸套水，所述中冷器冷却水用于冷却所述发电机组(101)的中冷器，所述缸套水用于冷却所述发电机组(101)的缸套。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述发电机组(101)输出的缸套水(20)全部、部分的进入或全部不进入所述余热利用设备(102)，剩余的缸套水(10)进入所述冷却风扇(103)，而进入所述余热利用设备

(102)的缸套水(18)经该余热利用设备(102)冷却后与所述剩余的缸套水(10)汇合后进入所述冷却风扇。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述发电机组(101)输出给所述余热利用设备(102)的余热包括进入所述余热利用设备(102)的缸套水(18)和/或高温烟气。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述发电机组(101)输出的高温烟气(11)全部、部分的进入或全部不进入所述余热利用设备(102)，剩余的高温烟气排向大气，而进入所述余热利用设备(102)的高温烟气(13)经该余热利用设备冷却后与所述剩余的高温烟气汇合后排向大气。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其中，所述发电机组是燃气内燃发电机组。

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