一种用于内燃机组余热发电的综合冷却系统的制作方法

1.本实用新型属于环保节能技术领域，具体涉及一种用于内燃机组余热发电的综合冷却系统。


背景技术：

2.内燃机组是一种利用燃油、燃气等一次能源作为燃料的发电装置，其发电效率一般在在30
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40%左右，大部分的能源是以热量的形式直接排放到大气中。随着生产工艺的更迭以及科技水平的逐步提升，我国利用中温或高温废热发电技术已经成熟，有机朗肯循环（orc）发电就是为适应这样的可利用热源而开发的余热发电技术（其工作原理参见图一），结合orc发电系统是间接提高内燃机组发电效率的有效方法。但是目前orc发电系统对于内燃机组余热利用效率普遍偏低，主要原因在于系统设计不合理，由于内燃发电机组的余热参数是在一定的范围之内变化的，如果利用内燃机组余热驱动orc发电，当orc发电系统出现余热过剩的情况或者设备故障以及检修期间还是要采用内燃机组自带的散热器进行散热，不仅造成能源的浪费，而且还增加了内燃机组的自耗电；另外，无论是内燃机组或者orc发电系统的散热方式一般均是利用空气冷却，这种方式受外界环境温度影响较大，特别是在夏季的散热效果特别差，需要增加散热器的开启数量才能达到发电机组所要求的散热量，在一定程度上增加了发电系统的自耗电，降低了系统的综合能源利用效率，冬季气温较低时，散热器换热管中的工质易结冰导致换热管炸裂，增加维护成本，如果直接采用防冻液还会增加运营成本。所以，针对现有内燃机组余热orc发电系统的不足，通过技术创新，寻求新的技术路线，提升能源的综合利用效率。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种用于内燃机组余热发电的综合冷却系统，利用水冷的方式冷却内燃机组和orc发电系统，通过优化传统orc发电模式，有效降低系统的自耗电，提高发电效率，提升能源的综合利用率。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：
5.本实用新型提出一种用于内燃机组余热发电的综合冷却系统，包括内燃机组、orc发电系统、热源水管道、冷却水管道和水冷设备；所述热源水管道包括热源水出水管道和热源水回水管道；所述冷却水管道包括冷却水出水管道和冷却水回水管道；所述内燃机组的热源水出口通过热源水出水管道分别与orc发电系统和水冷设备的入口连接，所述orc发电系统和水冷设备的出口分别通过热源水回水管道与内燃机组的热源水入口连接；所述orc发电系统通过冷却水出水管道与水冷设备的入口连接，所述水冷设备的出口通过冷却水回水管道与orc发电系统连接。
6.进一步地，所述orc发电系统包括蒸发器、透平、冷凝器、工质泵、热源水循环泵和冷却水循环泵；所述蒸发器通过管道依次与透平和冷凝器连接，所述冷凝器经过工质泵与蒸发器连接；所述热源水循环泵安装在热源水回水管道上，所述冷却水循环泵安装在冷却
水回水管道上。
7.进一步地，所述水冷设备包括高温区、低温区和连通管道，所述高温区通过连通管道与低温区相连通，在连通管道上设置有阀门。
8.进一步地，所述水冷设备的低温区连接有补水管道。
9.进一步地，所述冷凝器通过冷却水出水管道与水冷设备的低温区的入口连接，所述水冷设备的低温区的出口通过冷却水回水管道与冷凝器连接。
10.进一步地，所述热源水出水管道包括热源水出水管道一和热源水出水管道二，所述热源水出水管道一、热源水出水管道二和与蒸发器入口连接的管道连接处设有电动三通阀。
11.进一步地，所述内燃机组的热源水出口通过热源水出水管道一与蒸发器的入口连接，所述内燃机组的热源水出口依次经过热源水出水管道一、热源水出水管道二与水冷设备的高温区的入口连接；所述水冷设备的高温区和蒸发器的出口分别通过热源水回水管道与内燃机组的热源水入口连接。
12.进一步地，在所述热源水出水管道二与冷却水出水管道之间设有旁通管道一，所述冷却水出水管道、旁通管道一和与水冷设备的低温区的入口连接的管道连接处设有机械三通阀一。
13.进一步地，在所述热源水回水管道与冷却水回水管道之间设有旁通管道二，所述冷却水回水管道、旁通管道二和与水冷设备的低温区的出口连接的管道连接处设有机械三通阀二。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
15.本实用新型的用于内燃机组余热发电的综合冷却系统，可利用的余热为缸套水热量或者高温烟气的热量，结合orc发电系统将废热转换成电能，不仅实现内燃机组余热的回收利用，而且更有效地冷却内燃机组，提高其输出功率，提升了能源的综合利用率。利用orc发电系统结合水冷设备取代内燃机组传统的散热模式，与传统的散热模式相比，降低了系统的自耗电，达到节能降耗的目的；并且把水冷设备设置为高温区和低温区，在缸套水余热过剩以及orc发电系统故障或者检修期间等特殊情况下，仍能不间断实现对内燃机组的高效冷却。另外，采用水冷方式比起利用空气冷却受外界环境因素影响较小，能够确保系统稳定运行。
附图说明
16.图1是现有技术orc发电系统的工作原理图；
17.图2是本实用新型实施例的用于内燃机组余热发电的综合冷却系统的工作原理图。
18.图中序号所代表的含义为：
19.1.内燃机组；
20.201.蒸发器，202.透平，203.冷凝器，204.工质泵，205.热源水循环泵，206.冷却水循环泵；
21.301.热源水出水管道一，302.热源水出水管道二，303.热源水回水管道；
22.401.冷却水出水管道，402.冷却水回水管道；
23.5.水冷设备，501.低温区，502.高温区，503.连通管道，504.补水管道，505.阀门；
24.6.电动三通阀，7.旁通管道一，8.机械三通阀一，9.旁通管道二，10.机械三通阀二。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
26.如图2所示，本实施例的用于内燃机组余热发电的综合冷却系统，包括内燃机组1、orc发电系统、热源水管道、冷却水管道和水冷设备5；所述热源水管道包括热源水出水管道和热源水回水管道303；所述冷却水管道包括冷却水出水管道401和冷却水回水管道402；所述内燃机组1的热源水出口通过热源水出水管道分别与orc发电系统的入口和水冷设备5的入口连接，所述orc发电系统的出口和水冷设备5的出口分别通过热源水回水管道303与内燃机组1的热源水入口连接；所述orc发电系统通过冷却水出水管道401与水冷设备5的入口连接，所述水冷设备5的出口通过冷却水回水管道402与orc发电系统连接。
27.所述orc发电系统包括蒸发器201、透平202、冷凝器203、工质泵204、热源水循环泵205和冷却水循环泵206，所述蒸发器201通过管道依次与透平202和冷凝器203连接，所述冷凝器203经过工质泵204与蒸发器201连接；所述热源水循环泵205安装在热源水回水管道303上，所述冷却水循环泵206安装在冷却水回水管道402上，其中透平202与发电机连接，透平202输出机械功带动发电机发电。
28.所述水冷设备5包括高温区502、低温区501、连通管道503和补水管道504，所述高温区502通过连通管道503与低温区501相连通，在连通管道503上设置有阀门505，打开阀门505，可以使高温区502与低温区501相贯通，低温区501用于冷却orc发电系统，高温区502用于冷却缸套水多余的热量。水冷设备5的低温区501连接有补水管道504。所述冷凝器203通过冷却水出水管道401与水冷设备5的低温区501的入口连接，所述水冷设备5的低温区501的出口通过冷却水回水管道402与冷凝器203连接。
29.所述热源水出水管道包括热源水出水管道一301和热源水出水管道二302，所述热源水出水管道一301、热源水出水管道二302和与蒸发器201入口连接的管道连接处设有电动三通阀6。所述内燃机组1的热源水出口通过热源水出水管道一301与蒸发器201的入口连接，所述内燃机组1的热源水出口依次经过热源水出水管道一301、热源水出水管道二302与水冷设备5的高温区502的入口连接，所述水冷设备5的高温区502的出口和蒸发器201的出口分别通过热源水回水管道303与内燃机组1的热源水入口连接，内燃机组1的热源水通常取自缸套水热量或者高温烟气的热量（本实例中以缸套水热源水为例）。
30.在所述热源水出水管道二302与冷却水出水管道401之间设有旁通管道一7，所述冷却水出水管道401、旁通管道一7和与水冷设备5的低温区501的入口连接的管道连接处设有机械三通阀一8。在所述热源水回水管道303与冷却水回水管道402之间设有旁通管道二9，所述冷却水回水管道402、旁通管道二9和与水冷设备5的低温区501的出口连接的管道连接处设有机械三通阀二10。
31.工作原理如下：
32.1、内燃机组燃烧发电：利用燃气与一定比例的空气压入多个气缸内，燃烧后产生的热力推动带有曲柄连杆机构的火花塞往复转动，多个曲柄连杆机构将机械动能传递给发动机，使发动机按照设定的转速将动能传递给同轴上的发电机转子，转子转动切割定子间产生的磁力线，从而输出稳定的电能，同时产生余热，可利用于本实用新型的余热为缸套水和高温烟气的热量。
33.2、orc发电系统：内燃机组1的缸套水出口温度一般在80～110℃左右，缸套水通过热源水出水管道一301进入蒸发器201，有机工质在蒸发器201内被高温缸套水加热后，由液态变为气态完成升压，压力升高后进入透平202中做功，带动发电机发电，做功后的有机工质气体压力和温度均会降低，然后再进入冷凝器203经冷却水降温减压形成工质液体，液体由工质泵204送入蒸发器201循环发电利用。进入蒸发器201的缸套水经冷却降温后由热源水循环泵205送回内燃机组1缸套水回路循环使用。
34.3、综合冷却系统：水冷设备5的低温区501用于冷却orc发电系统，高温区502用于冷却缸套水多余的热量，不再另外开启内燃机组1自带的散热器，减少自耗电。根据orc发电系统所需的缸套水热量，自动调节电动三通阀6，控制进入蒸发器201和水冷设备5高温区502的缸套水量，一般orc发电系统设计容量均可完全消耗缸套水余热，仅在特殊时期才会使用到水冷设备5的高温区502。
35.在orc发电系统正常运行期间，通过调节机械三通阀一8和机械三通阀二10，保持冷却水出水管道401与水冷设备5的低温区501以及冷却水回水管道402与水冷设备5的低温区501连通，旁通管道一7和旁通管道二9处于关闭状态，冷却水进入冷凝器203中带走有机工质的热量，然后通过冷却水出水管道401进入水冷设备5的低温区501进行冷却降温，最后通过冷却水回水管道402由冷却水循环泵206送入冷凝器203循环冷却利用。
36.在orc发电系统故障或者检修期间，通过调节机械三通阀一8和机械三通阀二10，保持冷却水出水管道401与水冷设备5的低温区501以及冷却水回水管道402与水冷设备5的低温区501关闭，旁通管道一7与水冷设备5的低温区501以及旁通管道二9与水冷设备5的低温区501连通，并且打开水冷设备5高温区502与低温区501之间连通管道50上的阀门505，直接利用水冷设备5冷却内燃机组1，减少内燃机组1自耗电。
37.本实用新型利用水冷的方式冷却内燃机组1和orc发电系统，受外界环境因素影响较小，保证系统稳定运行；通过优化传统orc发电模式，有效降低系统的自耗电，提高发电效率，提升能源的综合利用率。
38.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术说明书以及权利要求书中使用的
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一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
39.最后需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，仅用于说明本实用新型的技术方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。