一种基于深度余热利用的冷热电联供系统及方法与流程

1.本发明属于热电联供技术领域，涉及一种基于深度余热利用的冷热电联供系统及方法。


背景技术：

2.综合能源系统的发展地位逐步提升，部分地区正在大力推进能源改革，提高能源利用率，降低碳排放指标。冷、热、电的分布式独立供能系统往往存在能源利用率低、整体投资成本高等缺点，而基于能量梯级利用原理的冷热电联供系统能够解决上述问题。传统冷热电联供系统一般为动力机携带余热回收设备，但存在余热利用度不足、供能类型不足等问题，供电完全依赖动力机，造成灵活性低，烟气的利用率低，烟气排放温度较高造成能量浪费；同时，供冷依靠电压缩式热泵，造成电能浪费，供冷能力下降，这些问题都会降低联供系统的能源利用率，提高用能成本，如何解决以上问题是冷热电联供系统发展过程中的首要目标。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术中余热利用度不足和供能类型不足，且供电的方式单一，烟气利用率低，导致烟气的排放量大，造成能源浪费的问题，提供一种基于深度余热利用的冷热电联供系统及方法。由光伏和燃气轮机共同发电，利用燃气轮机发电产生的烟气依次利用余热锅炉和烟气换热器制取热水，驱动吸收式热泵或直接供暖，吸收式热泵单元的低温热源为脱硫浆液余热，负压闪蒸罐使脱硫浆液罐内闪蒸降温，热泵提取产生的蒸汽所蕴含的潜热，达到间接深度回收烟气余热的目的，实现同时对外供热供电；在用户侧负荷需求为冷、电负荷时，光伏和燃气轮机共同满足用户电负荷，利用燃气轮机烟气余热制取的热水驱动吸收式热泵制冷，实现同时对外供冷供电。脱硫浆液余热回收系统可实现烟气余热深度回收，进一步降低排烟温度，实现能量梯级利用，缩小热泵工作温差，提高了制热性能系数，且系统配置光伏，提高系统清洁能源利用率，降低供能成本及碳排放量。
4.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.一种基于深度余热利用的冷热电联供系统，包括燃气轮机单元、热网回水母管、吸收式热泵单元、脱硫塔余热回收单元和冷网回水母管；
6.所述燃气轮机单元的烟气出口依次连接余热锅炉和烟气换热器的烟气入口，烟气换热器的烟气出口连接脱硫浆液余热回收单元的烟气入口；
7.所述热网回水母管分两路，一路连接烟气换热器的水侧入口，另一路连接吸收式热泵单元的热侧入口，吸收式热泵单元的热侧出口分别连接冷却塔的入口和热网供水母管，烟气换热器的水侧出口连接余热锅炉的水侧入口，余热锅炉的水侧出口分两路，一路连接热网供水母管，另一路通过吸收式热泵单元的水侧入口连接余热锅炉的水侧入口；
8.所述冷网回水母管和脱硫塔余热回收单元的汽侧出口均连接吸收式热泵单元的冷侧入口，吸收式热泵单元的冷侧出口分别连接冷冻水供水母管和脱硫塔余热回收单元的
水侧入口。
9.本发明的进一步改进在于：
10.所述脱硫塔余热回收单元包括脱硫塔和闪蒸罐；
11.所述脱硫塔的烟气入口连接烟气换热器的烟气出口，所述脱硫塔的浆液出口连接闪蒸罐的浆液入口，闪蒸罐的汽侧入口连接吸收式热泵单元的冷侧入口，所述吸收式热泵单元的冷侧出口连接闪蒸罐的冷侧入口，闪蒸罐的水侧出口连接脱硫塔的水侧入口。
12.所述闪蒸罐的冷侧入口处设置有凝结水罐。
13.所述脱硫塔的浆液出口与闪蒸罐的浆液入口之间设置有浆液喷淋泵，所述闪蒸罐的水侧出口与脱硫塔的水侧入口之间设置有浆液退水泵。
14.所述闪蒸罐上连接真空泵。
15.所述燃气轮机单元的电力输出端与配电箱的电力输入端连接，配电箱的电力输入端还连接光伏发电单元的输出端，所述燃气轮机单元和光伏发电单元通过配电箱实现用户及系统供电。
16.所述燃气轮机单元包括压气机、回热器、燃烧室、透平和发电机；
17.所述压气机的烟气出口依次连接回热器的第一侧烟气入口、燃烧室烟气入口、透平烟气入口和回热器的第二侧烟气入口，回热器的第二侧烟气出口连接余热锅炉的烟气入口；所述压气机、透平和发电机同轴连接。
18.所述吸收式热泵单元包括发生器、溶液换热器、吸收器、蒸发器和冷凝器；
19.所述热网回水母管依次连接吸收器和冷凝器的热侧入口，冷凝器的热侧出口分两路，一路连接冷却塔的入口，另一路连接热网供水母管，所述冷却塔的出口连接吸收器的热侧入口，冷凝器的冷凝水出口连接蒸发器的冷凝水入口；余热锅炉的水侧出口通过发生器的水侧入口连接余热锅炉的水侧入口；所述发生器的汽侧出口连接冷凝器的汽侧入口，溶液出口依次连接溶液换热器的第一溶液入口、吸收器的溶液入口和溶液换热器的第二溶液入口，溶液换热器的第二溶液出口连接发生器的溶液入口。
20.，所述发生器的溶液出口与溶液换热器的第一溶液入口之间设置有第一膨胀阀，所述溶液换热器的第二溶液出口与发生器的溶液入口之间设置有溶液泵。
21.一种基于深度余热利用的冷热电联供方法，包括以下步骤：
22.当供热时，热网回水分两路，一路依次进入余热锅炉和烟气换热器中与烟气换热换热后汇至热网供水母管；另一路进入吸收式热泵单元，脱硫塔余热回收单元产生的蒸汽进入吸收式热泵单元，并与进入吸收式热泵单元中的热网水换热，吸热后的热网水一路汇至热网供水母管，另一路进入冷却塔降温，降温后的热网水回到吸收式热泵单元；
23.当供冷时，冷网回水母管的冷冻水进入吸收式热泵单元换热，降温后的冷冻水汇至冷网供水母管。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.本发明公开了一种基于深度余热利用的冷热电联供系统，通过燃气轮机单元的烟气制取热水，用于驱动吸收式热泵单元，部分烟气驱动脱硫塔余热回收单元吸收烟气余热，产生的热量做为吸收式热泵单元的低温热源，实现了能量的梯级利用，同时增设的脱硫塔余热回收单元通过吸收烟气的余热，实现间接深度回收烟气余热的目的，进一步降低排烟温度，提高余热能源利用率，同时还可回收部分品质较好凝结水，可用于热网补水，提高了
热泵低温热源温度，提高制热性能系数，提升系统供热能力，降低了燃料消耗量，本发明公开的系统，可实现热电联供或冷电联供自由切换，供暖可进行烟气余热单独供热或联合吸收式热泵并行供热，面对用户侧多变的负荷需求有更强适应性和灵活性。
26.进一步的，本发明的脱硫塔余热回收单元包括脱硫塔和闪蒸罐，闪蒸罐回收脱硫浆液余热达到间接深度回收烟气余热的目的，降低尾部烟气排放温度，产生的余热通过吸收式热泵单元吸收实现对外供热，提高热泵低温热源温度，降低热泵工作温差，提高制热性能系数。
27.进一步的，本发明建立了光伏发电单元，光伏发电单元与燃气轮机单元高效耦合，充分满足系统设备耗电及用户电负荷，提高清洁能源利用率，提高系统灵活性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本发明的系统结构图。
30.其中：1-压气机；2-回热器；3-燃烧室；4-透平；5-发电机；6-余热锅炉；7-烟气换热器；8-脱硫塔；9-第一电动调节阀；10-第一球阀；11-第二球阀；12-第二电动调节阀；13-第三球阀；14-第四球阀；15-第三电动调节阀；16-第五球阀；17-第六球阀；18-第四电动调节阀；19-第七球阀；20-发生器；21-溶液泵；22-第一膨胀阀；23-溶液换热器；24-吸收器；25-蒸发器；26-第二膨胀阀；27-冷凝器；28-真空泵；29-闪蒸罐；30-第一电动截止阀；31-第二电动截止阀；32-凝结水罐；33-凝结水泵；34-浆液退水泵；35-浆液喷淋泵；36-太阳能光伏板；37-逆变器；38-配电箱；39-第八球阀；40-第九球阀；41-第十球阀；42-第十一球阀；43-第十二球阀；44-冷却塔；45-冷却水循环泵；46-第十三球阀；47-热网循环水泵。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的
装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
36.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
38.参见图1，本发明公开了一种基于深度余热利用的冷热电联供系统，该系统电源侧由燃气轮机发电系统与光伏发电系统共同组成，以燃气轮机作为光伏发电量不足部分的补充，同时二者发电量的一部分用于系统中循环水泵、真空泵等耗电设备的用电量；热电联供模式燃气轮机发电过程中排放的烟气用于梯级加热热网循环水，循环水可用于直接供热或驱动吸收式热泵，脱硫浆液余热利用系统利用水的饱和温度随压力降低而降低的特性，回收脱硫浆液余热达到间接深度回收烟气余热的目的，降低尾部烟气排放温度，热泵回收烟气余热实现对外供热；冷电联供模式利用燃气轮机烟气制取的循环水驱动吸收式热泵供冷。利用闪蒸装置实现烟气深度余热利用的同时提高热泵低温热源温度，降低热泵工作温差，提高制热性能系数。
39.具体包括以下部件：
40.压气机1；回热器2；燃烧室3；透平4；发电机5；余热锅炉6；7-烟气换热器7；脱硫塔8；第一电动调节阀9；第一球阀10；第二球阀11；第二电动调节阀12；第三球阀13；第四球阀14；第三电动调节阀15；第五球阀16；第六球阀17；第四电动调节阀18；第七球阀19；发生器20；溶液泵21；第一膨胀阀22；溶液换热器23；吸收器24；蒸发器25；第二膨胀阀26；冷凝器27；真空泵28；闪蒸罐29；第一电动截止阀30；第二电动截止阀31；凝结水罐32；凝结水泵33；浆液退水泵34；浆液喷淋泵35；太阳能光伏板36；逆变器37；配电箱38；第八球阀39；第九球阀40；第十球阀41；第十一球阀42；第十二球阀43；冷却塔44；冷却水循环泵45；第十三球阀46和热网循环水泵47。
41.本发明实施例的连接结构为，压气机1的烟气出口连接回热器2的第一烟气入口，回热器2的第一烟气出口连接燃烧室3的烟气入口，燃烧室4的烟气入口连接透平4的烟气入口，透平4的烟气出口连接回热器2的第二烟气入口，透平2的第二烟气出口连接余热锅炉6的烟气入口，余热锅炉6的烟气出口连接烟气换热器7的烟气入口，烟气换热器7的烟气出口连接脱硫塔8的烟气入口。压气机1、透平4和发电机5同轴设置，发电机5的输出端连接配电箱8的输入端，太阳能光伏板36的电力输出端连接逆变器37，逆变器37的输出端连接配电箱38的输入端，配线箱38用于系统和用户供电。
42.热网回水母管分两路：
43.第一路与烟气换热器7的水侧入口连接，烟气换热器7的水侧出口连接余热锅炉6的水侧入口，余热锅炉6的水侧出口分两路，第一路连接热网供水母管，第二路连接发生器
20的水侧入口，发生器20的水侧出口连接余热锅炉6的水侧入口。
44.第二路与吸收器24的热侧入口连接，吸收器24的热侧出口连接冷凝器27的热侧入口，冷凝器27的热侧出口分两路，一路连接热网供水母管，另一路连接冷却塔44的入口，冷却塔44的出口连接吸收器24的热侧入口。
45.本系统低温热源供热单元包括脱硫塔8，脱硫塔8的浆液出口连接闪蒸罐29的浆液入口，闪蒸罐29的蒸汽出口连接蒸发器25的冷侧入口，蒸发器25的蒸汽出口连接吸收器24的蒸汽入口。同时蒸发器25的冷凝水出口分两路，一路连接冷网水供水母管，另一路连接闪蒸罐29，闪蒸罐29的入口处通过第二电动截止阀31连接凝结水罐32，用于回收闪蒸罐29内多余的凝结水。
46.本发明实施例中，吸收式热泵单元包括发生器20的溶液出口通过第一膨胀阀22连接溶液换热器23第一侧溶液入口，在溶液换热器23中与稀溶液换热，换热后的溶液经溶液换热器23第一侧溶液出口进入吸收器24的溶液入口，在吸收器24的吸收高温蒸汽后通过吸收器24的溶液出口连接连接溶液换热器23的第二侧溶液入口，之后经过溶液换热器23的第二侧溶液出口和溶液泵21回到发生器20，实现循环，发生器20中产生的蒸汽进入冷凝器27，在冷凝器27中，蒸汽与来自吸收器24的热网水换热产生冷凝水，冷凝水经冷凝器27的冷凝水出口进入蒸发器24，与蒸发器24中的低温热网水或冷网回水换热，换热产生的蒸汽进入蒸发器24，产生的冷凝水分别回到闪蒸罐29和冷网供水母管。
47.本发明实施例的工作原理：
48.供热时：
49.太阳能光伏板36与燃气轮机单元共同发电满足系统耗电设备及用户的电负荷需求，二者发电量由配电柜8分配；
50.燃气轮机单元的排烟依次经过余热锅炉6与烟气换热器7加热热网循环水而后经脱硫塔脱硫8后排放；热网回水母管的热网循环水一路依次经过第二球阀11、第一电动调节阀9依次经过烟气换热器7、第一球阀10和余热锅炉6，加热后的热网回水一部分通过第三电动调节阀15和第五球阀16用于直接供热，一部分通过第四球阀14进入发生器20用于驱动吸收式热泵，换热后的热网水通过第三球阀13回到余热锅炉6实现热网水的循环驱动；热网回水母管中的另一路循环水依次通过第六球阀17和第四电动调节阀18进入吸收器24中吸收，吸收后的循环水依次冷凝器27和第七球阀19后回到热网供水母管；脱硫塔中的浆液吸收烟气热量后通过浆液喷淋泵35进入闪蒸罐29内喷淋降温，闪蒸罐29上设置有真空泵28，闪蒸罐29内产生的高温蒸汽作为低温热源通过第八球阀39进入吸收式热泵单元中的蒸发器25中换热，热量在吸收式热泵单元中被热网循环水吸收，用于热网供热，实现间接深度回收烟气余热，产生的冷凝水通过第九球阀40、凝结水泵33和第一电动截止阀30回到闪蒸罐29中，凝结水罐内降温后的浆液通过浆液退水泵34回到脱硫塔8中，当闪蒸罐29内凝结水通过第二电动截止阀31进入凝结水罐32。
51.当供冷时：
52.冷冻水回水母管中的冷冻水通过第十一球阀42进入冷凝器27中放热降温后通过第十球阀41回到冷网供水母管供水，冷冻水回水在冷凝器27中换热降温产生的蒸汽进入吸收器24，吸收器24中的循环水吸收热量后依次通过冷凝器27和第十二球阀43进入冷却塔44降温，降温后的循环水依次经过冷却水循环泵45和第十三球阀46回到吸收器24中，实现冷
冻水循环。
53.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。