一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机技术领域，尤其是涉及一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统。
【背景技术】
[0002]能源的利用与人类社会发展有着紧密的联系，随着传统化石能源的逐渐枯竭，能源短缺问题日益严重，因此在能源利用工程中节能受到各国政府和企业的高度重视。如何实现一次能源高效、梯级利用，成为广大学者研宄的热点。
[0003]燃气内燃发电机组大约有超过60%的热量通过缸套水、烟气排放到环境中，以往余热利用技术，往往采用热电联产或者ORC余热发电技术，热电联产的核心是通过对一次能源进行梯级利用，提高能源利用效率；ORC是采用低沸点有机工质推动膨胀机做功完成低品位热能转换为高品位电能的过程，系统相比普通水蒸气朗肯循环具有较高循环热效率和热回收率，系统的冷凝压力一般接近大气压，系统无需真空，冷凝器的设计和制造相对简单。
[0004]采用燃气内燃发电机组热电联产利用高温烟气加热生活热水，显然并没有完全实现能源的梯级利用，高品质热能转换为生活热水，系统火用效率很低。以往回收内燃机余热的ORC发电组件往往是采用两套ORC循环系统分别回收烟气余热和缸套水余热，系统较为复杂，且系统效率提升并不明显。
[0005]中国专利CN103758658A公开了二级双回路内燃机余热梯级利用热回收系统，由第一工质泵、第一冷却水预热器、增压中冷蒸发器、第一汽轮机及第一冷凝器依次串接组成低温级循环；由第二工质泵、增压中冷预热器、第二冷却水预热器、排气蒸发器、第二高压汽轮机、再热器、第三低压汽轮机以及第二冷凝器依次串接组成高温级循环。此专利梯级利用内燃机烟气余热和缸套水余热，设置多个换热器回收余热、两路冷却水循环系统、两股有机工质循环系统完成两路ORC发电系统。系统设计相对复杂，实际应用时较难有效匹配各设备的最佳工况。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使得ORC发电效率进一步提高的简化的梯级回收燃气内燃机余热系统。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，包括
[0009]燃气内燃机组，
[0010]分流器，
[0011]通过分流器与燃气内燃机组连接的ORC发电组件及导热油循环组件，
[0012]与ORC发电组件连接的冷却水循环组件，
[0013]导热油分为两股，一股预热ORC发电组件中的工质，另一股被烟气加热后，再加热ORC发电组件中的工质，ORC发电组件中的冷却水回收作为生活热水来源。
[0014]所述的ORC发电组件由相互连接构成一循环的工质泵、预热器、蒸发器、膨胀机、冷凝器组成，所述的膨胀机上连接有发电机。
[0015]所述的导热油循环组件包括导热油过滤器、导热油泵、预热器、烟气换热器、上述组件与燃气内燃机组、分流器连接构成一循环，构成循环的管道上设有储油罐。
[0016]所述的导热油循环组件构成的循环与蒸发器及预热器连接。
[0017]所述的冷却水循环组件包括给水过滤器、给水泵和储热水箱，与冷凝器连接，回收冷凝余热，提供生活热水。
[0018]所述的ORC发电组件中的工质经过工质泵加压，进入预热器预热，然后进入蒸发器变成高温高压蒸汽，进入膨胀机膨胀做功推动发电机发电，最后进入冷凝器冷凝放热。
[0019]所述的导热油循环组件中的导热油经过滤器、导热油泵进入内燃机组的缸套内冷却缸壁，然后进入分流器分为两股，一股进入ORC发电组件的预热器预热工质，另一股进入烟气换热器吸收烟气余热，导热油温度进一步升高，然后进入ORC发电组件的蒸发器再热工质，最终导热油汇集到储油罐中，完成导热油循环。
[0020]与现有技术相比，由于ORC发电组件效率受工质蒸发温度的影响，蒸发温度越高，系统发电效率越大。有机工质所能承受的温度限制一般在350°C以下，而内燃机烟气温度一般高于350°C，为防止烟气温度过高引起工质裂解，本发明利用缸套余热预热导热油温度到95°C，由于内燃机缸套水余热一般大于烟气余热，假设所有导热油吸收烟气余热，则最终导热油温度一般不超过150°C，而为了更有效地利用内燃机余热，通过分流器将导热油分为两股，一股用来预热有机工质，一股和烟气换热，获得较高的导热油温度，为ORC发电组件提供高温热源，使得ORC发电效率进一步提高。
[0021]本专利仅采用一股导热油梯级回收燃气发电机组余热，一股有机工质循环发电系统，一套冷却工质水循环系统。系统可梯级回收燃气发电机组余热，设计简单易于实现。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的结构示意图。
[0023]图中，1-燃气内燃机组，2-分流器，3-烟气换热器，4-蒸发器，5-膨胀机，6_发电机，7-给水泵，8-给水过滤器，9-储热水箱，10-冷凝器，11-工质过滤器，12-工质泵，13-预热器，14-储油罐，15-导热油过滤器，16-导热油泵。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0025]实施例
[0026]一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，其结构如图1所示，合理分配燃气内燃机机组的不同品位余热(烟气余热、缸套水余热)，梯级加热有机工质，提高ORC发电组件的效率，同时回收冷凝器余热作为生活热水来源的系统。
[0027]本发明主要包括燃气内燃机组1、ORC发电组件、导热油循环组件和冷却水循环组件。ORC发电组件由相互连接构成一循环的工质泵12、预热器13、蒸发器4、膨胀机5、冷凝器10组成，膨胀机5上连接有发电机6。导热油循环组件包括导热油过滤器15、导热油泵16、预热器13、烟气换热器3、上述组件与燃气内燃机组、分流器2连接构成一循环，构成循环的管道上设有储油罐14。导热油循环组件构成的循环与蒸发器及预热器连接。冷却水循环组件包括给水过滤器8、给水泵7和储热水箱9，与冷凝器10连接，回收冷凝余热，提供生活热水。
[0028]ORC发电组件中工质经过工质泵12加压，进入预热器13预热，然后进入蒸发器4变成高温高压蒸气，进入膨胀机5膨胀做功推动发电机6发电，最后进入冷凝器10冷凝放热；导热油循环组件中导热油经过滤器15、导热油泵16进入燃气内燃机组I缸套内冷却缸壁，然后进入分流器分为两股，一股进入ORC发电组件的预热器13预热工质，另一股进入烟气换热器3吸收烟气余热，导热油温度进一步升高，然后进入ORC发电组件的蒸发器4再热工质，最终导热油汇集到储油罐14中，完成导热油循环。冷却水循环组件包括给水过滤器8、给水泵7、冷凝器10和储热水箱9，主要目的回收冷凝余热，提供生活热水。
[0029]本发明的工作过程:启动燃气发电机组、导热油循环组件，打开第一阀门V1、第三阀门V3，关闭第二阀门V2、第四阀门V4，预热缸壁后，启动冷却给水泵7和工质循环泵12，打开第六阀门V6、第七阀门V7，关闭第五阀门V5保护膨胀机5，开启第二阀门V2、第四阀门V4，关闭第三阀门V3，待工质温度、压力满足要求，开启第五阀门V5，关闭第六阀门V6、第七阀门V7，ORC发电组件工质推动膨胀机做功。导热油储存在储油罐14中，导热油经过滤器15和导热油泵16进入燃气内燃机组I的缸套内，冷却缸壁的同时吸收余热，出口温度为95°C，经分离器2分为两股，一股用来预热ORC发电组件工质，另一股进入烟气换热器3，然后再热工质，完成导热油循环。冷却水循环组件回收ORC发电组件冷凝器冷凝工质的余热，储存在储热水箱(9) 9，作为生活热水供给用户。
[0030]综上所述，以上仅为本发明的系统构造和简单设计方法概述，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，其特征在于，包括 燃气内燃机组， 分流器， 通过分流器与燃气内燃机组连接的ORC发电组件及导热油循环组件， 与ORC发电组件连接的冷却水循环组件， 导热油分为两股，一股预热ORC发电组件中的工质，另一股被烟气加热后，再加热ORC发电组件中的工质，ORC发电组件中的冷却水回收作为生活热水来源。2.根据权利要求1所述的一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，其特征在于，所述的ORC发电组件由相互连接构成一循环的工质泵、预热器、蒸发器、膨胀机、冷凝器组成，所述的膨胀机上连接有发电机。3.根据权利要求2所述的一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，其特征在于，所述的导热油循环组件包括导热油过滤器、导热油泵、预热器、烟气换热器、上述组件与燃气内燃机组、分流器连接构成一循环。4.根据权利要求3所述的一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，其特征在于，构成循环的管道上设有储油罐。5.根据权利要求2所述的一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，其特征在于，所述的导热油循环组件构成的循环与蒸发器及预热器连接。6.根据权利要求2所述的一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，其特征在于，所述的冷却水循环组件包括给水过滤器、给水泵和储热水箱，与冷凝器连接，回收冷凝余热，提供生活热水。7.根据权利要求2所述的一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，其特征在于，所述的ORC发电组件中的工质经过工质泵加压，进入预热器预热，然后进入蒸发器变成高温高压蒸汽，进入膨胀机膨胀做功推动发电机发电，最后进入冷凝器冷凝放热。8.根据权利要求3所述的一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统，其特征在于，所述的导热油循环组件中的导热油经过滤器、导热油泵进入内燃机组的缸套内冷却缸壁，然后进入分流器分为两股，一股进入ORC发电组件的预热器预热工质，另一股进入烟气换热器吸收烟气余热，导热油温度进一步升高，然后进入ORC发电组件的蒸发器再热工质，最终导热油汇集到储油罐中，完成导热油循环。
【专利摘要】本发明涉及一种简化的梯级回收燃气内燃机余热系统,包括燃气内燃机组，分流器，通过分流器与燃气内燃机组连接的ORC发电组件及导热油循环组件，与ORC发电组件连接的冷却水循环组件，导热油分为两股，一股预热ORC发电组件中的工质，另一股被烟气加热后，再加热ORC发电组件中的工质，ORC发电组件中的冷却水回收作为生活热水来源。本发明通过分流器将导热油分为两股，一股用来预热有机工质，一股和烟气换热，获得较高的导热油温度，为ORC发电系统提供高温热源，使得ORC发电效率进一步提高，同时将ORC系统冷却水热量回收作为生活热水来源。
【IPC分类】F02N19/10, F01K23/04, F02G5/00
【公开号】CN104929705
【申请号】CN201510313985
【发明人】张涛, 朱彤, 颜静
【申请人】同济大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月9日