一种燃气供热装置的制作方法

本发明属于供热和空调，具体涉及一种燃气供热装置。

背景技术：

1、现有技术将朗肯循环用于供热。其中，采用工厂废热、地热、太阳能光伏、发动机尾气作为朗肯循环的蒸发器的热源，这些热源都是单一热源。如采用发动机排出烟气热量直接加热朗肯循环的蒸发器工质，烟气热量中相当部分是用于工质的液体升温和蒸发，该部分热能在膨胀机中基本不能转化为机械能，只能在朗肯循环冷凝器中排出，导致现有朗肯循环的热效率很低。

2、包括发动机的燃气供热装置中，发动机排出烟气温度一般在550℃-900℃，缸套水出水温度在85℃-90℃，将烟气和发动机缸套热能结合加热朗肯循环的蒸发器工质能极大提高工质过热气体的加热量，过热气体在在膨胀机中降温降压，把该部分热量转化为机械能，进而提高朗肯循环热效率。

3、专利cn202011174936.8公开了一种燃气发动机驱动的热泵，包括燃气发动机、缸套水换热器、传动装置、压缩机、第一制冷剂换热器、第二制冷剂换热器、第一节流装置、第一烟气换热器、第二烟气换热器，实现了烟气和发动机缸套余热的热交换利用，但未结合朗肯循环进一步提高热效率。

4、专利cn202010654619.x公开了一种基于燃气机热泵和有机朗肯循环耦合系统的运行方法，采用发动机产生的高温烟气驱动有机朗肯循环子系统进行发电。朗肯循环没有利用燃气机发动机缸套和烟气低温热量，导致高温烟气热量的大部分不能用于热能转化为机械能，有机朗肯循环转化出的机械能少，热效率低。

5、专利cn201510631318.4公开了一种低品位余热驱动的冷热电联产系统，包括有机朗肯循环单元，该有机朗肯循环单元由依次连接并构成循环的工质泵、蒸发器、膨胀机、内置热泵循环单元组成，内置热泵循环单元包括第一换热器、节流阀、第二换热器、压缩机及四通换向阀，的蒸发器与内置热泵循环单元中的第一换热器、第二换热器分别与余热流和外接换热流进行热量交换，膨胀机的输出功端分别连接压缩机和发电机。朗肯循环单元采用单一热源加热，未有多热能品位热源的融合、以及发动机和膨胀机共同驱动的蒸气压缩循环系统。

6、因此，需要一种热效率高、结构设计合理、可安全稳定运行的新型朗肯循环的燃气供热装置，以至少解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种热效率高、结构合理的燃气供热装置。

2、本发明提供了一种燃气供热装置，具有这样的特征，包括：至少1台发动机、膨胀机、第二换热器、烟道，液体管路、第一气体管路、第一制冷剂、第一制冷剂泵，烟道与发动机连接，烟道内布置有第一烟气换热器，发动机运行产生的烟气在烟道内流过第一烟气换热器，第一制冷剂泵与液体管路连接，液体管路还与第二换热器连接，膨胀机与第一烟气换热器连接，还通过第一气体管路和第二换热器连接，来自液体管路的第一制冷剂液体通过第一制冷剂泵加压后，第一制冷剂液体流动过程中吸收发动机的缸套的热量，再流过第一烟气换热器，吸收流过第一烟气换热器烟气热量，第一制冷剂呈过热气体状态流出第一烟气换热器，进入膨胀机，第一制冷剂气体在膨胀机中降温降压并转化为机械能，然后离开膨胀机，通过第一气体管路流入第二换热器冷凝、过冷后变成第一制冷剂液体，重新进入液体管路完成一个朗肯循环过程。

3、本发明提供了另一种燃气供热装置，具有这样的特征，包括：至少1台发动机、膨胀机、第二换热器、烟道，液体管路、第一气体管路、第一制冷剂、第一制冷剂泵，烟道与发动机连接，烟道内依次布置有m台烟气过热器、第一烟气换热器，发动机运行产生的烟气在烟道内顺序流过m台烟气过热器、第一烟气换热器，m为不小于1的一个正整数，膨胀机上具有m个分气口和m个回气口，第一制冷剂泵与液体管路连接，液体管路还与第二换热器连接，膨胀机与第一烟气换热器连接，通过第一气体管路与第二换热器连接，还通过m个分气口和m个回气口与m台烟气过热器连接，来自液体管路的第一制冷剂液体通过第一制冷剂泵加压后，第一制冷剂液体流动过程中吸收发动机的缸套的热量，再流过第一烟气换热器，吸收流过第一烟气换热器烟气热量，第一制冷剂呈过热气体状态流出第一烟气换热器，进入膨胀机，降温降压后从第1个分气口流出进入第1台烟气过热器加热后通过第1个回气口进入膨胀机，按照同样的方式，依次流过所有的烟气过热器，然后第一制冷剂气体在膨胀机中降温降压并转化为机械能，然后离开膨胀机，通过第一气体管路流入第二换热器冷凝、过冷后变成第一制冷剂液体，重新进入液体管路完成一个朗肯循环过程。

4、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征：其中，烟道内还布置有第二烟气换热器，该第二烟气换热器位于第一烟气换热器下游，流出第一烟气换热器的烟气再流过第二烟气换热器，来自液体管路的第一制冷剂液体通过第一制冷剂泵加压后，第一制冷剂液体流动过程中吸收流过第二烟气换热器的烟气热量、发动机的缸套的热量，再流过第一烟气换热器。

5、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征，还包括：第一压缩机、第一换热器、第一节流阀、吸气管路、排气管路、第二制冷剂，第一压缩机与第一换热器通过吸气管路连接，第一压缩机还与排气管路连接，第一换热器还与第一节流阀连接，第二制冷剂气体在第一压缩机压缩后，排气流过排气管路，流过或不流过第二换热器冷凝、过冷变成第二制冷剂液体，第二制冷剂液体流过第一节流阀节流，再流经第一换热器吸收外界空气或水的热量蒸发后变成第二制冷剂气体，第二制冷剂气体通过吸气管路进入第一压缩机，完成一个蒸气压缩循环过程。

6、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征：其中，膨胀机和/或发动机与第一压缩机连接，驱动第一压缩机工作。

7、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征：其中，发动机通过连接装置与膨胀机连接，发动机与膨胀机共同驱动第一压缩机工作。

8、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征，还包括：经济器、第三烟气换热器和第二节流阀，第一压缩机具有补气口，第三烟气换热器布置于烟道中的第一烟气换热器下游，第三烟气换热器、经济器与第二节流阀、补气口连接，第二制冷剂液体分为两路，一路流进经济器，另一路经过第二节流装置节流后流过第三烟气换热器、经济器，第二制冷剂在第三烟气换热器被烟气加热蒸发、第二制冷剂在经济器冷却经济器中其余制冷剂液体，变成制冷剂气体后流回补气口。

9、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征，还包括：第二压缩机，发动机通过传动装置驱动第二压缩机工作，第二压缩机通过吸气管路与第一换热器连接，还与排气管路连接。

10、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征，还包括：经济器、第三烟气换热器和第二节流阀，第一压缩机和第二压缩机至少其中一台具有补气口，第三烟气换热器布置于烟道中的第一烟气换热器下游，第三烟气换热器、经济器与第二节流阀、补气口连接，第二制冷剂液体分为两路，一路流进经济器，另一路经过第二节流装置节流后流过第三烟气换热器、经济器，第二制冷剂在第三烟气换热器被烟气加热蒸发、第二制冷剂在经济器冷却经济器中其余制冷剂液体，变成制冷剂气体后流回补气口。

11、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征，还包括：经济器、第三烟气换热器和第二节流阀，第一压缩机和第二压缩机至少其中一台具有补气口，第三烟气换热器布置于烟道中的第一烟气换热器下游，第三烟气换热器、经济器与第二节流阀、补气口连接，第二制冷剂液体分为两路，一路流进经济器，另一路经过第二节流装置节流后流过第三烟气换热器、经济器，第二制冷剂在第三烟气换热器被烟气加热蒸发、第二制冷剂在经济器冷却经济器中其余制冷剂液体，变成制冷剂气体后流回补气口。

12、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征：其中，膨胀机和第一压缩机置于一个壳体内，第一制冷剂的临界温度在80-195℃之间，第二制冷剂与第一制冷剂是同一种工质。

13、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征，还包括：至少1台电压缩机，电压缩机与排气管路和吸气管路连接，用于制冷和除霜，电压缩机运行时，发动机不工作，第二制冷剂气体从排气管路进入电压缩机，压缩后通过吸气管路进入第一换热器冷凝、过冷。

14、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一制冷剂泵前后的液体管路上包括至少1个第一制冷剂阀门。

15、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一制冷剂泵、第一制冷剂阀门中的至少一个具有第一制冷剂流量调节功能。

16、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征，还包括：至少1个第一制冷剂气体温度传感器，用于测量进入或离开第一烟气换热器的第一制冷剂的温度；和至少1个第一制冷剂压力传感器，用于测量进入或离开第一烟气换热器的第一制冷剂的压力，依据第一制冷剂气体温度传感器和第一制冷剂压力传感器的信号进行流过膨胀机的第一制冷剂流量调节。

17、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征，还包括：缸套水换热器，与发动机的缸套通过缸套水管路连接，缸套水管路中装有缸套水泵，第一制冷剂流过缸套水换热器吸收缸套水热量。

18、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征：其中，第二烟气换热器为烟气-第一制冷剂换热器或烟气-缸套水换热器中的一种，第一制冷剂或缸套水中的一种流过第二烟气换热器吸收烟气热量。

19、在本发明提供的燃气供热装置中，还可以具有这样的特征，还包括：发电机，发动机和/或膨胀机与发电机连接。

20、发明的作用与效果

21、根据本发明所涉及的燃气供热装置，第一烟气换热器中的烟气在80℃至90℃以下存在包括水蒸汽凝结的大量低温烟气热能、发动机缸套的85至95℃热能将第一制冷剂液体加热升温蒸发，再利用第一烟气换热器中的高温烟气热能将第一制冷剂加热成高温过热蒸气，合理构建了朗肯循环的加热侧。具体来说，利用第一烟气换热器中的低温烟气热能、发动机缸套热能比第二换热器中第一制冷剂冷凝温度高10℃-60℃的特性，把通过第一制冷剂泵增压后的第一制冷剂液体升温、蒸发，第一制冷剂吸收的该部分热量，略高于流出膨胀机的第一制冷剂气体在第二换热器冷凝放热量，其作为朗肯循环的重要组成部分，使得流过第一烟气换热器中的高温烟气热能专注加热第一制冷剂过热气体。第一制冷剂过热气体热能在膨胀机中转化为机械能驱动第一压缩机工作，发动机缸套热量主要用于第二换热器中冷凝放热。即第一烟气换热器中的高温烟气热能主要通过膨胀机中转化为机械能驱动第一压缩机工作，不再用于第一制冷剂液体加热和蒸发等很少能产生机械能的用途。

22、第一烟气换热器实现了烟气根据热能品位分别对第一制冷剂进行加热，实现了烟气热能分级、高效利用。烟气中蒸汽凝结过程中还大量去除了nox等组分，实现烟气洁净排放。

23、本发明的朗肯循环可结合蒸气压缩循环可实现制冷剂管路连接共用，甚至第二换热器可作为朗肯循环和蒸气压缩循环共用的冷凝器。本发明燃气供热装置结构简单合理，运维管理方便。

24、结合本发明膨胀机的发动机+膨胀机热效率(机械能/低热值燃料输入热量＝发动机和膨胀机总输出功率/燃料低热值输入热量)达到50％-70％，膨胀机流入第二换热器中的第一制冷剂气体冷凝热能用于供热。

25、燃气供热装置采用空气源热泵形式时，燃气供热装置的季节平均供热效率提高至2.21-3.20间，用于分布式供热降低供热成本，比锅炉或热电联产的集中供热方式节约70-80％的燃料消耗，实现传统化石能源集中供热的替代，冬季从需求侧减少大量燃气和电力需求，解决冬季燃气和电力供需失衡矛盾。