基于燃气内燃发电机和热泵的热电联合供暖系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种热电联合供暖系统，尤其涉及一种能够充分利用内燃发电机余热的基于燃气内燃发电机和热泵的热电联合供暖系统。


背景技术：

2.燃气内燃机是利用清洁能源的新一代发电装置，可以高效清洁地将天然气、氢气、合成气、弛放气等气体燃料或燃油等液体燃料高效的转化为电力、蒸汽、热水等，是目前效率最高的大规模热功转换装置。
3.燃气内燃机被广泛的应用于热电联供，为能源用户提供电力、蒸汽以及供暖等。在燃气轮机热电联供系统中，洁净的燃料气通过燃气内燃机转化为电力，燃气内燃机的排气是一股具有较高温度的烟气，一般通过余热锅炉产生蒸汽和/或热水，蒸汽可用于汽轮发电机做功发电，也可以直接供给工业蒸汽的用户使用；燃气内燃发电机80℃的缸套水余热及40℃左右的冷却油余热用于产生生活热水或者供暖。
4.一般为燃气内燃机配套的余热锅炉排烟温度可以降低到80℃甚至更低，为了进一步提高能量利用效率，人们又不断地研究如何进一步利用余热锅炉排烟热量，尤其是如何将低温烟气的热量充分回收用于供暖。
5.利用燃气内燃机直接进行供暖，能够利用余热的60％左右用于产生蒸汽和热水，用于供暖，电是供暖的副产品；能源利用率有限。单纯用空气源热泵供暖，在空气温度低或者供暖水温高时，空气源热泵的能效比很低，甚至会出现空气源热泵无法工作的情况，影响正常使用。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种空气源热泵与燃气内燃发电机优势互补的基于燃气内燃发电机和热泵的热电联合供暖系统。
7.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：基于燃气内燃发电机和热泵的热电联合供暖系统，包括燃气内燃发电机，所述燃气内燃发电机的烟气排放管道上依次安装有第一换热器、第二换热器和空气源热泵，所述空气源热泵与供暖系统的回水管路连接；所述燃气内燃发电机的缸套冷却管路连接有第四换热器；
8.所述空气源热泵包括与所述烟气排放管道连接的第三换热器，所述第三换热器连接有中转换热器，所述中转换热器连接有第六换热器，所述第六换热器与供暖系统的所述回水管路连接，所述第六换热器与所述中转换热器之间且流向所述第六换热器的回水管路上安装有贮水箱；
9.所述回水管路依次经过所述第六换热器、所述第二换热器、所述第四换热器和所述第一换热器回到所述供暖系统的供水管路；所述空气源热泵的电源端与所述燃气内燃发电机的电能输出端连接。
10.作为一种优选的技术方案，所述燃气内燃发电机的冷却油管路连接有水源热泵，
所述水源热泵连接有第五换热器；所述第五换热器与所述回水管路连接并位于所述第六换热器和所述第二换热器之间；所述水源热泵的电源端与所述燃气内燃发电机的电能输出端连接。
11.作为一种优选的技术方案，所述燃气内燃发电机的缸套冷却管路还连接有第一散热器。
12.作为一种优选的技术方案，所述燃气内燃发电机的冷却油管路连接有第二散热器。
13.作为一种优选的技术方案，所述空气源热泵的所述第三换热器包括v型吸热盘，所述v型吸热盘的下方设置有所述烟气排放管道，所述烟气排放管道上设置有面向所述v型吸热盘的烟气喷孔，所述烟气排放管道上设置有冷凝排水口。
14.作为一种优选的技术方案，所述燃气内燃发电机产生的480℃～520℃的高温烟气经过所述第一换热器、所述第二换热器和所述第三换热器降至28℃～32℃。
15.作为一种优选的技术方案，所述供暖系统的回水经过所述第六换热器、所述第五换热器和所述第二换热器后升温至65℃～75℃，所述供暖系统的回水再经过所述第四换热器和所述第一换热器后升温至100℃回到供暖系统。
16.作为一种优选的技术方案，所述烟气排放管道的外壁上设有保温材料。
17.由于采用了上述技术方案，基于燃气内燃发电机和热泵的热电联合供暖系统，包括燃气内燃发电机，所述燃气内燃发电机的烟气排放管道上依次安装有第一换热器、第二换热器和空气源热泵，所述空气源热泵与供暖系统的回水管路连接；所述燃气内燃发电机的缸套冷却管路连接有第四换热器；所述空气源热泵包括与所述烟气排放管道连接的第三换热器，所述第三换热器连接有中转换热器，所述中转换热器连接有第六换热器，所述第六换热器与供暖系统的所述回水管路连接，所述第六换热器与所述中转换热器之间且流向所述第六换热器的回水管路上安装有贮水箱；所述回水管路依次经过所述第六换热器、所述第二换热器、所述第四换热器和所述第一换热器回到所述供暖系统的供水管路；所述空气源热泵的电源端与所述燃气内燃发电机的电能输出端连接；燃气内燃发电机生成的电直接供给空气源热泵使用，供暖系统的低温回水通过空气源热泵吸取空气中的热量、烟气排放管道尾部的热量、通过第二换热器吸取烟气排放管道中部的热量后温度达到70℃左右，然后通过第四换热器吸收缸套冷却管路的热量、通过第一换热器吸收燃气内燃发电机直排的高温烟气的热量后达到100℃，100℃的回水进入到供暖系统的供水管路中，进行循环供暖；供暖回水通过多级升温装置将燃气内燃发电机产生的余热回收利用，热量回收率高，节约能源。
附图说明
18.以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
19.图1是本实用新型实施例的结构原理图；
20.图2是本实用新型实施例空气源热泵与烟气排放管道的连接示意图；
21.图中：1
‑
燃气内燃发电机；21
‑
第一换热器；22
‑
第二换热器；23
‑
第三换热器；24
‑
第四换热器；31
‑
水源热泵；32
‑
第五换热器；41
‑
空气源热泵；42
‑
第六换热器；43
‑
v型吸热盘；
44
‑
烟气排放管道；45
‑
烟气喷孔；46
‑
冷凝排水口；47
‑
贮水箱；48
‑
中转换热器；5
‑
第一散热器；6
‑
第二散热器。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
23.如图1所示，基于燃气内燃发电机和热泵的热电联合供暖系统，包括燃气内燃发电机1，所述燃气内燃发电机1的烟气排放管道44上依次安装有第一换热器21、第二换热器22和空气源热泵41，所述空气源热泵41与供暖系统的回水管路连接；所述燃气内燃发电机1的缸套冷却管路连接有第四换热器24；所述空气源热泵41包括与所述烟气排放管道44连接的第三换热器23，所述第三换热器23连接有中转换热器48，所述中转换热器48连接有第六换热器42，所述第六换热器42与供暖系统的所述回水管路连接，所述第六换热器42与所述中转换热器48之间且流向所述第六换热器42的回水管路上安装有贮水箱47；所述回水管路依次经过所述第六换热器42、所述第二换热器22、所述第四换热器24和所述第一换热器21回到所述供暖系统的供水管路；所述空气源热泵41的电源端与所述燃气内燃发电机1的电能输出端连接。所述烟气排放管道44的外壁上设有保温材料，防止烟气的热量通过所述烟气排放管道44散失在空气中，保证大部分烟气的热量用于各级换热，防止能源浪费。
24.所述燃气内燃发电机1的冷却油管路连接有水源热泵31，所述水源热泵31连接有第五换热器32；所述第五换热器32与所述回水管路连接并位于所述第六换热器42和所述第二换热器22之间；所述水源热泵31的电源端与所述燃气内燃发电机1的电能输出端连接。
25.所述燃气内燃发电机1的缸套冷却管路还连接有第一散热器5。所述燃气内燃发电机1的冷却油管路连接有第二散热器6。在夏季，不需要供暖又需要燃气内燃发电机1发电时，可以启动第一散热器5和第二散热器6，分别将燃气内燃发电机1的缸套余热和冷却油余热散发出去，保障燃气内燃发电机1的正常工作。
26.如图2所示，所述空气源热泵41的所述第三换热器23包括v型吸热盘43，所述v型吸热盘43的下方设置有所述烟气排放管道44，所述烟气排放管道44上设置有面向所述v型吸热盘43的烟气喷孔45(图中未示出)，所述烟气排放管道44上设置有冷凝排水口46，烟气中含有的水蒸气随其在烟气排放管道44中向外排出的过程中会冷凝成水，通过冷凝排水口46可以将烟气排放管道44中的冷凝水排出。
27.所述燃气内燃发电机1产生的480℃～520℃的高温烟气经过所述第一换热器21、所述第二换热器22和所述第三换热器23降至28℃～32℃。所述供暖系统的回水经过所述第六换热器42、所述第五换热器32和所述第二换热器22后升温至65℃～75℃，所述供暖系统的回水再经过所述第四换热器24和所述第一换热器21后升温至100℃回到供暖系统。
28.工作时，供暖回水经过空气源热泵41后产生的低温热水通过内燃机缸套余热及高温烟气补温达到100℃回到供暖系统。在供暖回水的进水端，低温烟气与室外空气通过空气源热泵41共同制造低温回水，低温烟气为空气源热泵41提供适宜的工作环境，尤其是冬季，
避免空气源热泵41的凝结冰霜，在空气源热泵41的工作过程中，低温烟气只是起到补充能量的作用，大部分空气源热泵41的能量来源于空气中。
29.本热电联合供暖系统具有下述优点：
30.1、利用燃气内燃发电机1产生烟气余热提高空气源热泵41的能效比，改善其工作环境。
31.2、本系统的供暖热量以空气源热泵41产生的热量为主，以燃气内燃发电机1产生的余热作为补充；本系统充分利用燃气内燃发电机1工作时产生的余热水和高温烟气，热量利用率高。
32.3、空气源热泵41与燃气内燃机互补有无，提高整个系统的能效比，能效比是纯燃气锅炉供暖系统的1.6～1.7倍。
33.本基于燃气内燃发电机和热泵的热电联合供暖系统作为一个完整的发电及供暖自给自足系统，可以应用于写字楼、商超、小区等场所，形成一个自供暖体系，不需要大规模铺设管道，相较于传统的集中供暖方式，热量在输送过程中的损失可以忽略不计，大大节约了能源；可替代燃气锅炉供暖，运行成本降至60％左右；燃气内燃发电机1可常年用于备用电源，也可在电价高时运行，并同时产生蒸汽及热水等附属产品；燃气可使用生物质气、沼气、煤质气等可燃气体，满足我国供暖市场除电、天然气、煤外的多样化供暖需求；本基于燃气内燃发电机和热泵的热电联合供暖系统在我国北方冬季供暖地区有很大的市场前景；在我国养殖业发达地区，可以采用动物粪便生产大量的沼气，所以也非常适合使用本热电联合供暖系统。
34.所述燃气内燃发电机1工作时，燃气做工产生的能量有38％转换成机械能、62％转换成热能，其中38％的机械能中有36.5％用于发电消耗、1.5％发电机损失；62％的热能通过烟气排放管道44、缸套冷却管路和冷却油管路回收利用，62％的热能中有49.5％被回收利用，热能回收率达到80％。
35.下表中列出了多种设备在加热升温1吨1℃的水至100℃时的能耗。
[0036][0037]
通过上表中的数据对比可知，本技术所述的技术方案的经济效率最好，大大节约了能源。
[0038]
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。