一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统的制作方法

1.本发明属于天然气功能系统技术领域，尤其涉及一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统。


背景技术：

2.天然气是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，是重要的能源之一。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，可以大大改善环境污染问题；天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100％，减少二氧化碳排放量60％和氮氧化合物排放量50％，并有助于减少酸雨形成，减缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。
3.目前，使用天然气作为能源供应，在城市热水供应上主要是部分商场、宾馆、办公楼、医院、学校等集中供热的地方使用燃气热水器锅炉，但是，天燃气属于高品位的能源，如果直接燃烧来进行供应低品位的热水，这必然产生极大的浪费。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统，以对作为高品位能源的天然气进行充分利用，降低能源浪费。
5.本发明采用以下技术方案：一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统，包括燃气发电子系统，燃气发电子系统烟气排放管道连接余热发电子系统；
6.燃气发电子系统的冷却水管道分别连通至供热子系统、制冷子系统和储热子系统；
7.余热发电子系统的余热蒸汽管道分别连通至供热子系统、制冷子系统和储热子系统；
8.其中，燃气发电子系统和余热发电子系统均用于产生电能满足电力负荷；储热子系统用于回收燃气发电子系统和余热发电子系统的余热并储存，以在燃气发电子系统和余热发电子系统停机时段供热和制冷。
9.进一步地，燃气发电子系统包括内燃机，内燃机分别连接有空气源和天然气源，内燃机包括燃气轮机，燃气轮机连接第一发电机，第一发电机连接第一电力负荷。
10.进一步地，余热发电子系统包括余热锅炉，余热锅炉的热源进口连接至内燃机的余热烟气出口，余热锅炉的热源出口连接蒸汽轮机，蒸汽轮机连接第二发电机，第二发电机连接第二电力负荷。
11.进一步地，供热子系统包括换热器，换热器的热源出口连接至供热终端，换热器的热源进口分别连接蒸汽轮机、内燃机和储热子系统。
12.进一步地，换热器包括蒸汽换热器和热水换热器。
13.进一步地，制冷子系统包括吸收型溴冷机，吸收型溴冷机连接有制冷终端；吸收型溴冷机还连接内燃机、蒸汽轮机和储热子系统。
14.进一步地，储热子系统包括相变储热装置，相变储热装置分别与换热器和吸收型
溴冷机连接；
15.相变储热装置还分别连接内燃机和蒸汽轮机。
16.进一步地，相变储热装置包括蒸汽相变储热装置和热水相变储热装置。
17.进一步地，相变储热装置还分别连接有循环冷却水和除氧器。
18.本发明地另一种技术方案：一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统的运行方法，使用上述的一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统，包括以下步骤：
19.当燃气发电子系统和余热发电子系统停机后，通过燃气发电子系统和余热发电子系统的余热为相变储热子系统储热；
20.当相变储热子系统储热后，为供热子系统和制冷子系供热，以及在余热发电子系统下一次启动前为余热发电子系统的除氧器供热。
21.本发明的有益效果是：本发明通过燃气发电子系统的余热烟气为余热发电子系统提供热源进行二次发电，并将燃气发电子系统的余热水和余热发电子系统的余热蒸汽作为供热子系统和制冷子系统的热源，同时，还增加了储热子系统进行储热和供热，实现了对天然气能源的充分利用，降低了能源浪费。
附图说明
22.图1为本发明实施例一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统的结构示意图。
23.其中：10.燃气发电子系统；11.内燃机；12.第一发电机；13.第一电力负荷；14.空气源；15.天然气源；
24.20.余热发电子系统；21.余热锅炉；22.蒸汽轮机；23.第二发电机；24.第二电力负荷；
25.30.供热子系统；31.换热器；32.供热终端；
26.40.制冷子系统；41.吸收型溴冷机；42.制冷终端；
27.50.储热子系统；51.循环冷却水；52.相变储热装置；53.除氧给水泵；54.除氧器。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
29.目前，大多集中供电系统仅采用单一能源，受限因素多，一旦出现故障没有替代，将导致能源系统瘫痪，输出安全性和稳定性较差。分布式能源系统设置在用户端，既可作为大电网的补充电源，又可在发生事故时用于应急，优先向重要用户供电、供能的灵活性与可靠性都大幅提高。
30.本发明实施例的天然气冷热电三联供技术利用天然气燃烧做功产生高品位电能，再将发电设备排放的低品位热能充分用于供热和制冷，实现了能量梯级利用，是一种高效的能源利用系统，是公共建筑冷热电供应的一种新途径。
31.然而，常见的能源系统通常是在商场、宾馆、办公楼、医院或者学校等场所分阶段运行的，大多为白天运行，夜里无负荷处于关机状态，当前端设备关机后，后端能源往往因为滞后原因，这部分能量进行浪费。在本发明中引入相变储能设备，将这部分热量进行存
储，夜间关机时，可以继续利用。
32.本发明实施例公开了一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统，如图1所示，包括燃气发电子系统10，燃气发电子系统10烟气排放管道连接余热发电子系统20；燃气发电子系统10的冷却水管道分别连通至供热子系统30、制冷子系统40和储热子系统50；余热发电子系统20的余热蒸汽管道分别连通至供热子系统30、制冷子系统40和储热子系统50；其中，燃气发电子系统10和余热发电子系统20均用于产生电能满足电力负荷；储热子系统50用于回收燃气发电子系统10和余热发电子系统20的余热并储存，以在燃气发电子系统10和余热发电子系统20停机时段供热和制冷。
33.本发明通过燃气发电子系统10的余热烟气为余热发电子系统20提供热源进行二次发电，并将燃气发电子系统10的余热水和余热发电子系统20的余热蒸汽作为供热子系统30和制冷子系统40的热源，同时，还增加了储热子系统50进行储热和供热，实现了对天然气能源的充分利用，降低了能源浪费。
34.在一个实施例中，燃气发电子系统10包括内燃机11，内燃机11分别连接有空气源14和天然气源15，内燃机11包括燃气轮机，燃气轮机连接第一发电机12，第一发电机12连接第一电力负荷13。具体的，天然气和空气输入到内燃机11内，在内燃机11内燃烧，内燃机11的燃气轮机将热能转换为机械能，内燃机11连接第一发电机为第一电力负荷13进行供电。
35.另外，内燃机11的余热烟气进入余热锅炉21进行热交换，将热水转换为高温高压蒸汽，在蒸汽轮机22的作用下将内能转换为机械能，蒸汽轮机22连接第二发电机23为第二电力负荷24进行供电，另外，第一电力负荷13和第二电力负荷24可以是相同的，也可以是不同的。而且，内燃机11中的缸套水管路连接换热器31，与换热器31换热后产生热水；缸套水另一路支管连接吸收型溴冷机41，与吸收型溴冷机41换热进行制冷。
36.在本发明的一个实施例中，内燃机11中的缸套水另一支路连接相变储热装置52，进行相变储热装置52的充热，以保证在内燃机11停机后其缸套水热源不会浪费，提升能源利用率。
37.在一个实施例中，余热发电子系统20包括余热锅炉21，余热锅炉21的热源进口连接至内燃机11的余热烟气出口，余热锅炉21的热源出口连接蒸汽轮机22，蒸汽轮机22连接第二发电机23，第二发电机23连接第二电力负荷24。具体的，蒸汽轮机22出口管路连接换热器31，与换热器31换热后产生热水，为供热终端32供热。而且，蒸汽轮机22出口管路连接吸收型溴冷机41，与吸收型溴冷机41换热进行制冷。蒸汽轮机22出口管路还连接相变储热装置51，进行相变储热装置51的充热，通过该方式可以在蒸汽轮机22停机后有效利用其蒸汽热源。
38.在一个实施例中，供热子系统30包括换热器31，换热器31的热源出口连接至供热终端32，换热器31的热源进口分别连接蒸汽轮机22、内燃机11和储热子系统50。具体的，换热器31包括蒸汽换热器和热水换热器，进而可以实现对内燃机11的缸套水和蒸汽轮机22的余热蒸汽进行利用。
39.在一个实施例中，制冷子系统40包括吸收型溴冷机41，吸收型溴冷机41连接有制冷终端42；吸收型溴冷机41还连接内燃机11、蒸汽轮机22和储热子系统50。具体的，吸收型溴冷机装41为蒸汽吸收型溴冷机装置和热水吸收型溴冷机装置的组合式吸收型溴冷机装置。
40.在一个实施例中，储热子系统50包括相变储热装置52，相变储热装置52分别与换热器31和吸收型溴冷机41连接，以在内燃气11和余热锅炉21未启动时实现系统的供热和制冷。相变储热装置52还分别连接内燃机11和蒸汽轮机22，以实现对缸套水和蒸汽的有效回收利用。另外，由于相变储热装置52需要吸收水热量和蒸汽热量，所以，其包括蒸汽相变储热装置和热水相变储热装置。
41.在本发明的实施例中，相变储热装置52还分别连接有循环冷却水51和除氧器54，进而，以在余热锅炉21启动前做好充分启动准备。另外，为了增加系统压力，在除氧器54和相变储热装置52之间增加给水泵53。
42.本发明还公开了一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统的运行方法，使用上述的一种具有相变储热装置的天然气冷热电三联供能源系统，包括以下步骤：当燃气发电子系统10和余热发电子系统20停机后，通过燃气发电子系统10和余热发电子系统20的余热为相变储热子系统50储热；当相变储热子系统50储热后，为供热子系统30和制冷子系统40供热，以及在余热发电子系统20下一次启动前为余热发电子系统20的除氧器54供热。
43.具体的，在白天正常运行时，供电系统一方面由天然气源15和空气源14进入到内燃机11内部燃烧，内燃机11内的燃气轮机将热能转换为机械能并带动第一发电机12进行供电，另一方面，内燃机11的余热烟气进入余热锅炉21进行热交换，将热水转换为高温高压蒸汽，在蒸汽轮机22的作用下将内能转换为机械能，带动第二发电机23进行供电。热水子系统30供给主要由内燃机11换热后的缸套水通过换热器31换热产生热水，当热水供给不足时，可由通过蒸汽轮机22后的冷凝蒸汽经过换热器31换热供给热水，当缸套水足够时，部分缸套水可流入相变储热装置52，进行相变充热。同样的，制冷子系统40供给主要由内燃机11换热后的缸套水通过吸收型溴冷机41换热进行制冷，当制冷供给不足时，可由通过蒸汽轮机22后的冷凝蒸汽经过吸收型溴冷机41换热进行制冷。
44.更为具体的，当系统停机过程中，缸套水的余热可流入相变储热装置52内，可将相变储热装置52进行充热，停机后高温高压蒸汽经过蒸汽轮机22降成冷凝蒸汽不需要继续循环使用，因此，直接冷凝蒸汽通入相变储热装置,52，进行相变充热，在晚上关机后，由于用户用热用冷较少，此时用热用冷可有相变储热装置52提供，具体实现路径为，由作为补充水的循环冷却水51经过相变储热装置52换热，分别经过换热器31产生热水，或经过吸收型溴冷机41进行制冷。由于晚上用热用冷较少，若相变储热装置52内的热量足够时，在第二天开机时可将部分分量通过除氧给水泵53供除氧器54使用，由于夜晚处于谷电状态(成本低)，因此，供电直接可采用市政供电。
45.通过使用本发明系统和方法，可利用天然气燃烧做功产生高品位电能，再将发电设备排放的低品位热能充分用于供热和制冷，实现了能量梯级利用。同时采用相变储热装置，在关机时，可实现余热回收，晚上时可继续供热或制冷，或者第二天为除氧器供热水使用。