一种化石燃料与地热相结合的生活热水-电联供系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种化石燃料与地热相结合的生活热水-电联供系统及方法，燃料先进入内燃机驱动内燃机发电机组发电，排烟依次进入余热锅炉和烟气余热换热器。余热锅炉中产生蒸汽去驱动吸收式水源热泵，吸收式热泵以地下水为低温热源，将自来水先预热，预热后的自来水再进入烟气余热换热器或者进入以内燃机缸套水、润滑油和间冷水等为热流体的板式换热器，被加热后送入蓄热水罐，然后按需供给用户。该系统可用于同时具有电力和生活热水需求的建筑。本发明专利技术充分利用了地热资源，实现传统能源与环境资源的综合利用，并通过蓄能装置实现了热水供应的连续稳定。该系统总体能源利用率高，经济性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能源
，特别涉及一种化石燃料与地热相结合的生活热水电联供系统及方法，是一种集成了吸收式水源热泵和蓄能等关键单元技术的化石燃料与地热相结合的生活热水-电联供系统及方法。
技术介绍
我国传统的发电方式是燃煤火电厂，不但能源利用效率低，约为35%左右，而且还造成严重的环境污染，如温室气体效应、酸雨等。随着我国能源结构的不断调整，煤电所占的比例将逐步减小，而以天然气等优质能源为燃料的燃气电厂越来越受到重视。但研究与实践都表明，单纯的燃气电厂发电效率一般不超过40%，即使采用先进的燃气——蒸汽联合循环，效率也只能达到50% 60%，还有较大的改进空间。传统的生活热水是由燃气锅炉提供热量，虽然燃气锅炉的热效率能达到90%以上，但从热力学角度看，这种用能方式所造成的品位损失很大，因此畑损很大，整个系统的能源利用效率并不高，没有实现对优质能源的合理高效利用。而且使用天然气这种清洁能源成本很高，因为在我国，气源在西部，而大多数用户集中在东部，长距离输送的成本高，再加上负荷不稳定和负荷峰谷差大，管网输配系统利润较高和还贷期较短，这些因素更造成了末端用户使用天然气成本的上升。天然气价格是煤价的3倍以上。科学合理的使用方式才能使天然气能够顺利的推广应用。因此，天然气的使用方式要能够提高利用效率，降低运行成本，和保持用气负荷的季节性均衡。分布式能源系统遵循“温度对口，梯级利用”原则，能够对能源进行合理利用。所谓分布式能源系统，是指分布在用户侧的能源梯级利用和可再生能源及资源综合利用设施，通过在现场对能源实现温度对口梯级利用，尽量减少中间输送环节的损失，实现对资源利用的最大化。主要形式有热电联产、冷电联产以及冷热电联产等。系统一般包括驱动系统、发电系统和控制系统三大子系统，以及供热系统、制冷系统、生活热水系统中的全部或部分子系统。分布式能源系统因其在安全可靠、能源效率高、环境友好、社会效益、经济性等方面出色的特点受到世界范围的广泛重视。但目前的分布式能源系统大多只是对动力余热的梯级利用，很少涉及到可再生能源的利用，而对于可再生能源比较丰富的地区，若能将其整合到分布式能源系统中，则可以减少对化石能源的消耗，同时提高整体能源利用效率。我国很多地区有着丰富的地下水资源，这些地下水常年维持在15°C左右，以地下水为低温热源的吸收式热泵，可以以燃机余热为驱动热源，从地下水中提取热量来制热，此热量既可以加热采暖循环水，也可以加热生活热水，提高了燃料的利用效率。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供，通过采用集成了吸收式水源热泵和蓄能等关键单元技术，并与可再生能源结合的生活热水-电联供系统，以达到对内燃机余热的“温度对口，梯级利用”以及合理利用地热等可再生能源的目的。( 二 )技术方案为了达到上述目的，本专利技术提供了一种化石燃料与地热相结合的生活热水-电联供系统，包括发电设备，包括内燃机和发电机，用于将燃料的化学能转化为烟气的热能，然后一部分热能转化为电能，另一部分由烟气和缸套水等带出；其中内燃机的排烟出口与蒸汽发生装置烟气侧入口相连接；蒸汽发生装置，用于产生吸收式热泵所需的驱动蒸汽，其烟气出口与换热设备中的烟气余热换热器相连接，冷侧进出口分别与吸收式热泵驱动热源的凝水出口和蒸汽入口连接；吸收式热泵，以来自蒸汽发生装置的蒸汽为驱动热源，以地下水为低温热源，用于将自来水预热；驱动热源进出口分别连接蒸汽发生装置的蒸汽出口和给水进口，低温热源的进出口分别连接地下水的供回水管路，热水侧进出口分别连接自来水供水管路和液体分流设备入口；换热设备，包括烟气余热换热器和板式换热器，用于实现冷、热物流间的热量交换，其中烟气余热换热器热侧出口通向大气环境，冷侧进出口分别与液体分流设备的出口和蓄热储存设备相连接，板式换热器热侧进出口分别与低温热源循环系统的出口和入口相连接，冷侧进出口分别与液体分流设备的出口和蓄热储存设备相连接；蓄热储存设备，用于储存系统产生的热水，并保温；其进口连接烟气余热换热器和板式换热器的热水出口，出口连接生活热水供水管道；液体分流设备，用于将预热后的水分流成两股，其进口与吸收式热泵热水出口相连接，两个出口分别与烟气余热换热器和板式换热器冷侧入口相连接。上述方案中，所述蒸汽发生装置为余热锅炉，该余热锅炉的烟气出口与烟气余热换热器相连接，冷侧进出口分别与吸收式热泵驱动热源的凝水出口和蒸汽入口连接接。上述方案中，所述蓄热储存设备为蓄热水罐，其进口连接烟气余热换热器和板式换热器的热水出口，出口连接生活热水供水管道。上述方案中，所述液体分流设备为分流器，其进口与吸收式热泵热水出口相连接， 两个出口分别与烟气余热换热器和板式换热器冷侧入口相连接。上述方案中，所述吸收式热泵与烟气余热换热器或板式换热器串联，用于生活热水的分阶段加热，自来水先进入吸收式热泵被加热到一定温度再进入烟气余热换热器或板式换热器，再被加热到60°C。 上述方案中，所述60°C的生活热水先贮存于蓄热储存设备中，再按需要供给用户。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种化石燃料与地热相结合的生活热水-电联供方法，该方法包括燃料先进入内燃机驱动内燃机发电机组发电，排烟依次进入蒸汽发生装置和烟气余热换热器，在蒸汽发生装置中产生蒸汽去驱动吸收式热泵，吸收式热泵以地下水为低温热源，将自来水先预热，预热后的自来水再进入烟气余热换热器或者进入以内燃机缸套水、 润滑油和间冷水为热流体的板式换热器，被加热后自来水被送入蓄热储存设备。上述方案中，所述内燃机排烟时，先进入余热锅炉产生蒸汽驱动吸收式热泵，再进入烟气余热换热器加热生活热水，最后排空。上述方案中，该方法进一步包括被送入蓄热储存设备的自来水进一步按需供给用户。上述方案中，当生活热水供大于求时，多余部分储存于蓄热水罐中，当生活热水供小于求时，用蓄热水罐中储存的热水补充，用蓄热水罐来满足不同时间对生活热水需求量的变化，以使系统在尽量在稳定工况下运行。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术遵循“温度对口，梯级利用”的用能原则，通过强化余热回收技术，实现燃料的高效利用，达到节能减排的目的。2、本专利技术通过余热锅炉、烟气余热换热器和板式换热器，充分回收了燃机排烟余热和缸套水等低温余热，不但提高了用能效率，同时也减少了对环境的热污染。3、本专利技术生活热水先进吸收式水源热泵预热，再进入烟气余热换热器或板式换热器进一步加热，即分阶段加热。采用吸收式水源热泵，初步预热生活热水的供水，温度提升范围较小，增大了吸收式热泵的性能系数，同时也减少了烟气余热换热器和板式换热器中冷热流体的温差，使换热过程的不可逆损失减小。4、本专利技术吸收式水源热泵以地下水为低温热源，合理利用了可再生能源。5、本专利技术采用蓄热水罐调节生活热水供需要求，以满足不同时段对生活热水的需求，同时也使系统尽可能在稳定工况下运行。附图说明图1是本专利技术提供的化石燃料与地热相结合的生活热水-电联供系统的工作流程示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供的化石燃料与地热相结合的生活热水-电联供系统及方法，将燃料燃烧产生的热能从高温到接近环境温度分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金红光，韩巍，孙流莉，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：