(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 114622992 A(43)申请公布日 2022.06.14
(21)申请号 202210276065.3(22)申请日 2022.03.21
(71)申请人 浙江灏源科技有限公司
地址 310000 浙江省杭州市钱塘新区白杨
街道12号大街289-2号1幢五楼501室(72)发明人 王延军 周敏 杜娟 石立均 (51)Int.Cl.
F02C 3/00(2006.01)F02C 3/24(2006.01)F02C 6/18(2006.01)F02C 7/08(2006.01)F02C 7/22(2006.01)F01K 23/10(2006.01)F04B 41/02(2006.01)F25B 15/06(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图2页
(54)发明名称
一种分布式能源冷热电联产系统及其运行工艺
(57)摘要
本发明公开了一种分布式能源冷热电联产系统及其运行工艺，属于电网能源技术领域，解决了能源利用和效率的问题，其技术方案要点是包括第一压气机、回热器、第一燃烧室、第一燃气透平、烟气型双效溴冷机、烟水换热器、蓄能水箱，第一压气机用于将外界空气通过回热器送入第一燃烧室，第一燃烧室的输出连接第一燃气透平，第一燃气透平将输出的烟气路经回热器输送至烟气型双效溴冷机，烟气型双效溴冷机的输出连接烟水换热器，烟水换热器的输出排放烟气；在烟气型双效溴冷机上通过第一控制阀组连接一个蓄能水箱，第一控制阀组用于控制冷热水的提供；在烟水换热器上通过第二控制阀组连接第二蓄能水箱，第二控制阀组用于控制卫生热水的
节约能耗的效果。提供，达到了提高能源利用率，
CN 114622992 ACN 114622992 A
权 利 要 求 书
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1.一种分布式能源冷热电联产系统，包括第一联产系统(1)，第一联产系统(1)包括第一压气机(11)、回热器(12)、第一燃烧室(13)、第一燃气透平(14)、烟气型双效溴冷机(15)、烟水换热器(16)、蓄能水箱(17)，其特征是：所述第一压气机(11)用于将外界空气通过回热器(12)送入第一燃烧室(13)，第一燃烧室(13)接收外部燃料，第一燃烧室(13)的输出连接第一燃气透平(14)，第一燃气透平(14)将输出的烟气路经回热器(12)输送至烟气型双效溴冷机(15)，烟气型双效溴冷机(15)的输出连接烟水换热器(16)，烟水换热器(16)的输出排放烟气；
在烟气型双效溴冷机(15)上通过第一控制阀组(18)连接一个蓄能水箱(17)，第一控制阀组(18)用于控制冷热水的提供；
在烟水换热器(16)上通过第二控制阀组(19)连接第二蓄能水箱(17)，第二控制阀组(19)用于控制卫生热水的提供。
2.根据权利要求1所述的分布式能源冷热电联产系统，其特征是：所述回热器(12)的烟气进管和烟气出管之间设置旁路管(110)，旁路管(110)上设置调节阀(111)，调节阀(111)用于控制烟气流量分配。
3.根据权利要求1所述的分布式能源冷热电联产系统，其特征是：还包括第二联产系统(2)，第二联产系统(2)包括第二压气机(21)、反应器(22)、蒸发器(23)、供冷模块(24)、供热模块(25)、储气罐(26)、第一节流阀(27)、第二燃烧室(28)、第二燃气透平(29)、蒸汽发生器(210)、冷凝器(211)、蒸汽透平(212)、给水泵(213)、第二节流阀(214)、合成气储存罐(215)、气液分离器(216)、甲醇储存罐(217)、甲醇泵(218)、回热器(12)；
所述反应器(22)，第一入口通过第二压气机(21)获取空气，第二入口由甲醇储存罐(217)、甲醇泵(218)、回热器(12)、蒸发器(23)依次连接送入甲醇，第一出口依次通过蒸发器(23)、供冷模块(24)、供热模块(25)、储气罐(26)进行储能，第二出口依次通过回热器(12)、气液分离器(216)、合成气储存罐(215)进行储能；
所述第二燃烧室(28)，通过第二节流阀(214)连接合成气储存罐(215)，通过第一节流阀(27)连接储气罐(26)，用于释放能量，第二燃烧室(28)的能量释放通过第二燃气透平(29)连接蒸汽发生器(210)，蒸汽发生器(210)的烟气通过供冷模块(24)释放；
所述蒸汽发生器(210)上依次连接蒸汽透平(212)、冷凝器(211)、给水泵(213)形成环路。
4.根据权利要求3所述的分布式能源冷热电联产系统，其特征是：所述供冷模块(24)为氨水吸收式制冷循环装置。
5.根据权利要求3所述的分布式能源冷热电联产系统，其特征是：所述反应器(22)入口和反应物的温度控制在200℃‑400℃，提升反应器(22)内反应温度，降低反应器(22)内反应压力，其中反应器(22)入口甲醇温度调节范围从160℃提升至260℃。
6.根据权利要求1所述的分布式能源冷热电联产系统，其特征是：所述空燃比小于30。7.一种分布式能源冷热电联产系统的运行工艺，其特征是：包括如权利要求1‑6任意一项所述的分布式能源冷热电联产系统，
步骤一：根据历史数据或预测数据确定用户冷热负荷在不同季节的日平均值；步骤二：根据余热利用设备的转换系数确定所需余热平均值；步骤三：判断所需余热平均值是否小于输出余热，如果是则降低设备余热输出，如果
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否，进一步判断所需余热平均值是否大于输出余热，如果是则提高设备余热输出，如果否，进一步判断所需余热平均值是否等于输出余热，则保持余热输出。
8.根据权利要求7所述的分布式能源冷热电联产系统的运行工艺，其特征是：在步骤一中，根据四个季节进行调整调整数据并设定四种运行模式，分别为：春季蓄能水箱(17)运行为平衡模式，夏季蓄能水箱(17)运行为蓄热模式，秋季蓄能水箱(17)运行为平衡模式，冬季蓄能水箱(17)运行为蓄冷模式。
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一种分布式能源冷热电联产系统及其运行工艺
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技术领域
[0001]本发明涉及电网能源领域，特别地，涉及一种分布式能源冷热电联产系统及其运行工艺。
背景技术
[0002]冷热电联供系统的前身热电联产系统。典型的冷热电联供系统包含有动力设备、余热回收设备、热驱动制冷设备以及其它辅助供能设备。其中动力设备对联供系统最为重要，目前已经发展出以内燃机、蒸汽轮机、斯特林机以及燃料电池为动力设备的冷热电联供系统。依据动力设备的容量大小可以将冷热电联供系统划分为微型、小型、中型和大型系统。
[0003]受到资源分布的制约，目前冷热电联供系统以中小型系统为主，广泛应用于商场、旅馆、写字楼和医院等负荷需求相对稳定的场所。[0004]着力于构建清洁低碳、安全高效的供能系统，以多能互补冷热电联供系统为研究对象，深入挖掘能源生产、能量存储以及能源消耗3个环节的可调度资源，深入研究了多能互补冷热电联供系统的调度问题。
[0005]发现目前对于电源的调度安排存在较大的能源浪费，能源使用的高低差较大，不利于能源的合理利用。
[0006]当前冷热电联产系统多采用蓄能装置(如蓄能水箱)调节用户冷热日负荷的变化，但对于季节性负荷的峰谷差却没有很好的调节方法。
发明内容
[0007]本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，提供一种分布式能源冷热电联产系统及其运行工艺，具有节约能源，提高能源利用效率的优势。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种分布式能源冷热电联产系统，包括第一联产系统，第一联产系统包括第一压气机、回热器、第一燃烧室、第二燃气透平、烟气型双效溴冷机、烟水换热器、蓄能水箱，所述第一压气机用于将外界空气通过回热器送入第一燃烧室，第一燃烧室接收外部燃料，第一燃烧室的输出连接第二燃气透平，第二燃气透平将输出的烟气路经回热器输送至烟气型双效溴冷机，烟气型双效溴冷机的输出连接烟水换热器，烟水换热器的输出排放烟气；在烟气型双效溴冷机上通过第一控制阀组连接一个蓄能水箱，第一控制阀组用于控制冷热水的提供；在烟水换热器上通过第二控制阀组连接第二蓄能水箱，第二控制阀组用于控制卫生热水的提供。[0009]优选的，所述回热器的烟气进管和烟气出管之间设置旁路管，旁路管上设置调节阀，调节阀用于控制烟气流量分配。[0010]优选的，还包括第二联产系统，第二联产系统包括第二压气机、反应器、蒸发器、供冷模块、供热模块、储气罐、第一节流阀、第二燃烧室、第二燃气透平、蒸汽发生器、冷凝器、
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蒸汽透平、给水泵、第二节流阀、合成气储存罐、气液分离器、甲醇储存罐、甲醇泵、回热器；
所述反应器，第一入口通过第二压气机获取空气，第二入口由甲醇储存罐、甲醇
泵、回热器、蒸发器依次连接送入甲醇，第一出口依次通过蒸发器、供冷模块、供热模块、储气罐进行储能，第二出口依次通过回热器、气液分离器、合成气储存罐进行储能；
所述第二燃烧室，通过第二节流阀连接合成气储存罐，通过第一节流阀连接储气
罐，用于释放能量，第二燃烧室的能量释放通过第二燃气透平连接蒸汽发生器，蒸汽发生器的烟气通过供冷模块释放；
所述蒸汽发生器上依次连接蒸汽透平、冷凝器、给水泵形成环路。
[0011]优选的，所述供冷模块为氨水吸收式制冷循环装置。[0012]优选的，所述反应器入口和反应物的温度控制在200℃‑400℃，提升反应器内反应
其中反应器入口甲醇温度调节范围从160℃提升至260℃。温度，降低反应器内反应压力，
[0013]优选的，所述空燃比小于30。
[0014]一种分布式能源冷热电联产系统的运行工艺，包括上述的分布式能源冷热电联产系统，
步骤一：根据历史数据或预测数据确定用户冷热负荷在不同季节的日平均值；步骤二：根据余热利用设备的转换系数确定所需余热平均值；步骤三：判断所需余热平均值是否小于输出余热，如果是则降低设备余热输出，如
果否，进一步判断所需余热平均值是否大于输出余热，如果是则提高设备余热输出，如果否，进一步判断所需余热平均值是否等于输出余热，则保持余热输出。[0015]优选的，在步骤一中，根据四个季节进行调整调整数据并设定四种运行模式，分别为：春季蓄能水箱运行为平衡模式，夏季蓄能水箱运行为蓄热模式，秋季蓄能水箱运行为平衡模式，冬季蓄能水箱运行为蓄冷模式。[0016]相比于背景技术，本发明技术效果主要体现在以下方面：
1、对不同季节时间段的能源进行调配，能够有效降低不同能源之间的差距，提高
设备使用寿命；
2、实现能量的梯级利用，系统能源利用程度高，效率高；3、利用压缩空气与热化学耦合储能，储能过程产生的压缩热用于驱动甲醇裂解反
应以生成合成气燃料，在释能过程中合成气燃料与高压空气混合燃烧后驱动第二燃气透平发电，产生的余热驱动蒸汽朗肯循环发电后，进一步根据能量品位向用户提供冷量与热量。附图说明
[0017]图1为实施例中第一联产系统原理示意图；
图2为实施例中第二联产系统原理示意图。
[0018]附图标记：1、第一联产系统；11、第一压气机；12、回热器；13、第一燃烧室；14、第一燃气透平；15、烟气型双效溴冷机；16、烟水换热器；17、蓄能水箱；18、第一控制阀组；19、第二控制阀组；110、旁路管；111、调节阀；
2、第二联产系统；21、第二压气机；22、反应器；23、蒸发器；24、供冷模块；25、供热
模块；26、储气罐；27、第一节流阀；28、第二燃烧室；29、第二燃气透平；210、蒸汽发生器；211、冷凝器；212、蒸汽透平；213、给水泵；214、第二节流阀；215、合成气储存罐；216、气液分
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离器；217、甲醇储存罐；218、甲醇泵；219、回热器。
具体实施方式
[0019]以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。[0020]实施例一：
一种分布式能源冷热电联产系统，参考图1所示，包括第一联产系统1，第一联产系
统1包括第一压气机11、回热器12、第一燃烧室13、第一燃气透平14、烟气型双效溴冷机15、烟水换热器16、蓄能水箱17，所述第一压气机11用于将外界空气通过回热器12送入第一燃烧室13，第一燃烧室13接收外部燃料，第一燃烧室13的输出连接第一燃气透平14，第一燃气透平14将输出的烟气路经回热器12输送至烟气型双效溴冷机15，烟气型双效溴冷机15的输出连接烟水换热器16，烟水换热器16的输出排放烟气；在烟气型双效溴冷机15上通过第一控制阀组18连接一个蓄能水箱17，第一控制阀组18用于控制冷热水的提供；在烟水换热器16上通过第二控制阀组19连接第二蓄能水箱17，第二控制阀组19用于控制卫生热水的提供。所述回热器12的烟气进管和烟气出管之间设置旁路管110，旁路管110上设置调节阀111，调节阀111用于控制烟气流量分配。[0021]在第一联产系统1中，通过回热器12和旁路调节阀111改变燃气轮机回热器12关闭度，进而改变燃气轮机送人下游的余热，实现对用户冷热负荷的季节性调峰，即第1级调节；通过蓄能（冷／热）水箱和第一控制阀组18以及蓄能水箱17和第二控制阀组19的运行控制，实现对用户冷热负荷和生活热水的日负荷调峰，即第2级调节。[0022]加入回热器12调节季节性负荷形成多模式调节后，5台燃气轮机可以全年满负荷发电。而在回热器12关闭仅用水箱调节日负荷的情况下，冬季需要停运l台燃气轮机，过渡季节需要停运2台燃气轮机，投运的燃气轮机均未满负荷发电，因此，采用回热器12和蓄冷／热水箱构成的调节模式，可以明显提高设备的利用率以及系统的发电效率。[0023]第l级调节确定燃气轮机运行模式后，进行第2级调节。第2级调节是利用蓄能水箱17，进行日负荷的调节，根据用户每天每时的冷热负荷需求，确定蓄能水箱17的运行状态，当负荷大于日均负荷时，水箱释能；当负荷小于日均负荷时，水箱充能。[0024]实施例二：
参考图2所示，还包括第二联产系统2。第二联产系统2包括第二压气机21、反应器
22、蒸发器23、供冷模块24、供热模块25、储气罐26、第一节流阀27、第二燃烧室28、第二燃气透平29、蒸汽发生器210、冷凝器211、蒸汽透平212、给水泵213、第二节流阀214、合成气储存罐215、气液分离器216、甲醇储存罐217、甲醇泵218、回热器12。[0025]反应器22，第一入口通过第二压气机21获取空气，第二入口由甲醇储存罐217、甲醇泵218、回热器12、蒸发器23依次连接送入甲醇，第一出口依次通过蒸发器23、供冷模块24、供热模块25、储气罐26进行储能，第二出口依次通过回热器12、气液分离器216、合成气储存罐215进行储能。[0026]第二燃烧室28，通过第二节流阀214连接合成气储存罐215，通过第一节流阀27连接储气罐26，用于释放能量，第二燃烧室28的能量释放通过第二燃气透平29连接蒸汽发生器210，蒸汽发生器210的烟气通过供冷模块24释放。
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蒸汽发生器210上依次连接蒸汽透平212、冷凝器211、给水泵213形成环路。供冷模
块24为氨水吸收式制冷循环装置。反应器22入口和反应物的温度控制在200℃‑400℃，提升反应器22内反应温度，降低反应器22内反应压力，其中反应器22入口甲醇温度调节范围从160℃提升至260℃。空燃比小于30。[0028]其工作过程如下：在储能过程中，第二联产系统2利用可再生能源发电或富余电能驱动压缩机，将空气压缩并储存于储气罐26中，产生的压缩热首先用于驱动反应器22内的甲醇吸热型裂解反应，然后进入蒸发器23将液态甲醇气化为气态甲醇，剩余部分热量用于驱动氨水吸收式制冷循环供冷和向用户供热；反应器22内生成的合成气燃料(CO和H2)进入回热器12预热高压液体甲醇，经气液分离器216分离出未反应的液体甲醇后进入合成气储罐中储存，该过程实现了中低温压缩热能到高品位化学能的转化.在释能过程中，储存的合成气与空气经节流阀节流降压后在第二燃烧室28中混合燃烧，形成的高温高压烟气驱动第二燃气透平29发电，第二燃气透平29的高温排气首先用于驱动蒸汽朗肯循环进一步输出电能，之后用于驱动制冷循环输出冷量，而蒸汽朗肯循环中冷凝器211的冷凝热量用于对外输出热量，该系统在储能和释能过程均可实现能量的高效梯级利用。[0029]在热源温度为320.79℃的工况条件下，随着甲醇进口温度升高，甲醇裂解反应程度更彻底，因此甲醇裂解率逐渐升高；当甲醇进口温度达到200℃时，甲醇在反应器22入口局部区域迅速裂解，且裂解速率随甲醇进口温度升高而提高，这是因为甲醇在反应器22入口区域的温度已能够满足正向裂解反应的进行，且反应器22内生成物的浓度极低；当甲醇进口温度低于200℃时，甲醇需在反应器22入口区域首先与空气换热以达到催化剂活性温度，进而促使甲醇裂解反应的发生。在甲醇进口温度一定的条件下，甲醇裂解速率沿管长方向逐渐升高。反应物在反应器22出口处温度均在259.12~259.23℃，这是因为甲醇进口温度仅影响反应器22入口局部区域的温度场，而对反应器22内整体温度分布影响较小。[0030]在空气流量恒定的条件下，随着空燃比的升高，进入反应器22中的甲醇摩尔流量逐渐降低，而压缩过程产生的压缩热量不变，因此甲醇的裂解率逐渐升高。当空燃比小于30时，由甲醇裂解产生的合成气摩尔流量变化较小，因此系统的输出电量和热量变化较小；当空燃比大于30时，合成气的摩尔流量大幅降低，导致系统的电量和热量输出大幅降低。由于甲醇裂解反应消耗的压缩热逐渐降低，因此供给制冷循环的热源能量增加，系统的冷量输出逐渐升高。
[0031]实施例三：
基于上述实施例一和二，一种分布式能源冷热电联产系统的运行工艺，包括上述
的分布式能源冷热电联产系统，
步骤一：根据历史数据或预测数据确定用户冷热负荷在不同季节的日平均值；步骤二：根据余热利用设备的转换系数确定所需余热平均值；步骤三：判断所需余热平均值是否小于输出余热，如果是则降低设备余热输出，如
果否，进一步判断所需余热平均值是否大于输出余热，如果是则提高设备余热输出，如果否，进一步判断所需余热平均值是否等于输出余热，则保持余热输出。[0032]在步骤一中，根据四个季节进行调整调整数据并设定四种运行模式，分别为：春季蓄能水箱17运行为平衡模式，夏季蓄能水箱17运行为蓄热模式，秋季蓄能水箱17运行为平衡模式，冬季蓄能水箱17运行为蓄冷模式。
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当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施
方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
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