利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置

摘要

本发明提供一种利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，在余热锅炉内沿烟气流动方向依次设置有汽水加热器、除氧蒸发器和水加热器，水加热器的热水出口分别与供热站、制冷站、制汽站相连通,制汽站的低压蒸汽出口与净水生产装置的蒸汽进口相连通，汽水加热器的高压蒸汽出口与蒸汽发电机组的蒸汽入口相连通；当供热站、制冷站的热负荷需求降低时，将多余的热量输送给制汽站、提高低压蒸汽的产量，生产更多净水，提高了系统的能源利用率和产水率；高压蒸汽推动蒸汽发电机组发电后转变为低压蒸汽，送入净水生产装置生产净水，系统能源利用率进一步提高。

权利要求

1.利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，其特征在于：包括余热锅炉（41），余热锅炉（41）进气端通过高温烟管（42）与燃机（2）相连通，余热锅炉（41）出气端与排烟管（16）相连通，在余热锅炉（41）内沿烟气流动方向依次设置有汽水加热器（3）、除氧蒸发器（4）和水加热器（5），水加热器（5）的热水出口分别与供热站（8）、制冷站(10)、制汽站(13)相连通,供热站（8）、制冷站（10）和制汽站（13）的出水口汇合后与水加热器（5）的进水口相连通；制汽站（13）的低压蒸汽出口与净水生产装置（35）的蒸汽进口相连通，汽水加热器（3）的高压蒸汽出口与蒸汽发电机组（39）的蒸汽入口相连通，蒸汽发电机组（39）的低压蒸汽出口与净水生产装置（35）的蒸汽进口相连通；净水生产装置（35）的凝结水出口通过冷凝水管道分为两路，一路与制汽站（13）的凝结水入口相连通，另一路与除氧水箱（24）的进水口相连通；除氧水箱（24）通过除氧水箱补水管（19）连接有补水泵（21），除氧水箱（24）的出水口通过给水泵（22）与汽水加热器（3）的进水口相连通，除氧水箱（24）与除氧蒸发器（4）之间连接有除氧蒸发器水循环管（20）；所述净水生产装置（35）的污水进水管上设置有污水加热器（31），所述除氧水箱（24）的除氧水箱补水管（19）上设置有补水加热器（18）；供热站（8）、制冷站（10）和制汽站（13）的出水口汇合后分为两路，一路与污水加热器（31）的热水入口相连通，另一路与补水加热器（18）的热水入口相连通，污水加热器（31）的冷水出口与补水加热器（18）的冷水出口汇合后与水加热器（5）的进水口相连通；所述制汽站（13）连接有第一抽真空装置（14）；所述净水生产装置（35）连接有第三抽真空装置（32），净水生产装置（35）的冷凝水管道上设置有第二抽真空装置（27）。

2.根据权利要求1所述的利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，其特征在于：所述蒸汽发电机组（39）设有中压蒸汽出口，中压蒸汽出口与蒸汽用户（38）相连通。

3.根据权利要求1所述的利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，其特征在于：所述净水生产装置（35）为由多个蒸发器串联组成的蒸汽蒸发冷凝系统。

4.根据权利要求1所述的利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，其特征在于：所述补水加热器（18）和污水加热器（31）为板式换热器。

5.根据权利要求1所述的利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，其特征在于：所述制冷站（10）采用热水型溴化锂吸收式制冷机。

说明书

利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置

技术领域

[0001] 本发明涉及余热回收和水处理领域，特别涉及一种利用燃机的烟气余热生产冷、热、电和净水的四联供装置。

背景技术

[0002] 分布式冷热电联供系统是一种靠近用户端的整体能量供应系统，具有能源综合利用率高、环保性能好、操作灵活、安全可靠等优点，在世界范围内得到大力推广应用。美国能源部宣布，2010年25%的新建商业/学院采用分布式冷热电三联供系统供能；2004年，日本分布式能源发电占当年总发电量的16.7%；2009年，在欧盟国家中，丹麦、荷兰、芬兰等国的分布式供能发电量分别占到国内总发电量的52%、38%和36%（刘爱国，我国南方地区燃气轮机分布式供能系统的研究，中国科学院工程热物理研究所硕士论文，2009年）。在中国，随着西气东输工程的开展和液化天然气的引进，天然气分布式能源项目也得到政府和能源企业的重视。为了推动天然气分布式能源项目的发展，国家发改委在2011年发布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（发改能源[2011]2196号），发展目标为：在2011年至2015年内，我国建设1000个左右天然气分布式能源项目。天然气分布式能源项目能源利用率高的主要原因是实现了能源的梯级利用：高品位能源用于发电，低品位能源用于供热、供冷。但是这种供能方式存在一个不足：当热负荷、冷负荷降低时，例如在春、秋季节，中国大部分地区环境温度适中，既不需要供暖，也不需要供冷，低品位余热不能得到充分利用，整个供能系统的能源利用率会大幅度降低。

[0003] 中国淡水资源十分短缺，人均淡水资源占有量仅为世界人均的25%，中国被联合国列入全世界十三个最缺水的国家之一。随着我国国民经济的高速发展，淡水资源紧缺已成为制约我国国民经济发展和人们生活水平提高的瓶颈。为解决我国水资源危机问题，净水生产技术在我国得到快速发展，其中膜分离法、离子交换法和蒸发法已经得到大规模工业应用，其中低温多效海水淡化生产净水技术已经成为主流技术，尤其是采用火力发电厂的余热作为热源生产净水，成本低、能源效率高，在我国已经得到推广应用。东黄岛发电厂、国华黄骅发电厂、国投天津北疆电厂、首钢京唐钢铁公司等多家燃煤火电企业采用低温多效蒸馏海水淡化技术，建设了日产淡水6000吨至100000吨不等的海水淡化装置（陈颖，低温多效海水淡化技术在大型电站中的应用，华北电力大学专业硕士论文，2011年）。这些燃煤电厂全部利用汽轮机排放的低压蒸汽余热作为海水淡化生产淡水的热源。但是，由于燃煤电厂锅炉排放的烟气中含有SO2等酸性气体，为了避免锅炉的尾部受热面发生低温结露腐蚀，排烟温度必须控制在SO2的酸露点以上，一般高于120℃，锅炉的烟气余热没有得到充分利用，造成一定的排烟热损失。对于天然气分布式能源项目使用的天然气燃料的硫元素含量极低，排放的烟气一般不存在上述SO2引起的低温结露腐蚀问题，为以大幅度降低余热锅炉排烟温度的方式提高能源利用率创造了条件。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，对燃机排放的余热资源实现高效、梯级利用，高品位能源用来发电，低品位能源用来供热、供冷、生产净水,通过一套系统实现供冷、供热、供电、供水的同时，还解决热负荷、冷负荷较低时整个供能系统的能源利用率低的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，包括余热锅炉，余热锅炉进气端通过高温烟管与燃机相连通，余热锅炉出气端与排烟管相连通，在余热锅炉内沿烟气流动方向依次设置有汽水加热器、除氧蒸发器和水加热器，水加热器的热水出口分别与供热站、制冷站、制汽站相连通,供热站、制冷站和制汽站的出水口汇合后与水加热器的进水口相连通；制汽站的蒸汽出口与净水生产装置蒸汽进口相连通，汽水加热器高压蒸汽出口与蒸汽发电机组蒸汽入口相连通，蒸汽发电机组低压蒸汽出口与净水生产装置蒸汽进口相连通；净水生产装置的凝结水出口通过冷凝水管道分为两路，一路与制汽站凝结水入口相连通，另一路与除氧水箱进水口相连通；除氧水箱通过除氧水箱补水管连接有补水泵，除氧水箱出水口通过给水泵与汽水加热器的进水口相连通，除氧水箱与除氧蒸发器之间连接有除氧蒸发器水循环管。

[0007] 所述净水生产装置污水进水管上设置有污水加热器，所述除氧水箱进水管上设置有补水加热器，所述除氧水箱的除氧水箱补水管上设置有补水加热器；供热站、制冷站和制汽站的出水口汇合后分为两路，一路与污水加热器热水入口相连通，另一路与补水加热器热水入口相连通，污水加热器冷水出口与补水加热器冷水出口汇合后与水加热器的进水口相连通。

[0008] 所述制汽站连接有第一抽真空装置。

[0009] 所述净水生产装置连接有第三抽真空装置，净水生产装置的冷凝水管道上设置有第二抽真空装置。

[0010] 所述蒸汽发电机组设有中压蒸汽出口，中压蒸汽出口与蒸汽用户相连通。

[0011] 所述净水生产装置为由多个蒸发器串联组成的多效蒸发系统。

[0012] 所述补水加热器和污水加热器为板式换热器。

[0013] 所述制冷站采用热水型溴化锂吸收式制冷机。

[0014] 本发明利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，利用烟气余热通过余热锅炉生产热水为供热站、制冷站、制汽站提供热源，供热站、制冷站为用户供热和供冷，制汽站生产的低压蒸汽、作为净水生产装置的热源生产净水，余热锅炉产生的高压蒸汽进入蒸汽发电机组发电；当供热站、制冷站的热负荷需求降低时，将多余的热量输送给制汽站生产更多的低压蒸汽用于生产更多净水，系统的余热资源得到更充分利用，没有浪费，提高了系统的能源利用率和产水率。同时，高压蒸汽推动蒸汽发电机组发电后转变为低压蒸汽送入净水生产装置生产净水，系统能源利用率进一步提高。

[0015] 进一步，本发明净水生产装置的污水进水管上设置有污水加热器，除氧水箱进水管上设置有补水加热器；利用供热站、制冷站、制汽站引出的具有一定温度的回水加热余热锅炉的补水和净水生产装置的污水，对烟气余热进行深度利用，提高了余热锅炉的补水温度、有利于提高余热锅炉的效率，提高净水生产装置的初始污水温度，有利于提高产水率。而且，通过补水加热器和污水加热器放热，水加热器的回水温度大幅度降低，使余热锅炉的排烟温度大幅度降低、系统的能源利用率大幅度提高。

[0016] 此外，由于本发明利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置降低返回水加热器的水温、降低排烟温度、提高系统的能源利用率，有效降低资源消耗、有效降低污染物的排放水平，既节能、又环保。

附图说明

[0017] 图1是本发明的结构示意图。

[0018] 1-供燃管道，2-燃机，3-汽水加热器，4-除氧蒸发器，5-水加热器，6-水循环泵，7-热水母管，8-供热站，9-热用户，10-制冷站，11-冷用户，12-回水母管，13-制汽站，
14-第一抽真空装置，15-污水进水管，16-排烟管，17-水加热器进水管，18-补水加热器，
19-除氧水箱补水管，20-除氧蒸发器水循环管，21-补水泵，22-给水泵，23-给水管，24-除氧水箱，25-凝结水管道支管一，26-凝结水泵，27-第二抽真空装置，28-凝结水管道支管二，29-净水管，30-浓污水管，31-污水加热器，32-第三抽真空装置，33-热污水管，34-第一低压蒸汽管道，35-净水生产装置，36-第二低压蒸汽管，37-中压蒸汽管道，38-蒸汽用户，39-蒸汽发电机组，40-高压蒸汽管道，41-余热锅炉，42-高温烟管。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0020] 参见图1，本发明包括余热锅炉41、蒸汽发电机组39、水加热器5、供热站8、制冷站10、制汽站13、补水加热器18、污水加热器31和净水生产装置35。

[0021] 燃机2与供燃管道1连接，余热锅炉41进气端通过高温烟管42与燃机2相连通，余热锅炉41出气端与排烟管16相连通，在余热锅炉41内沿烟气流动方向依次设置有汽水加热器3、除氧蒸发器4和水加热器5，水加热器5的热水出口通过水循环泵6与热水母管7相连通，热水母管7并进一步分别与供热站8、制冷站10、制汽站13相连通，供热站8与热用户9连接供热，制冷站10与冷用户11连接供冷。供热站8、制冷站10、制汽站13的出水口与回水母管12相连通，连接有第一抽真空装置14；回水母管12的出口分为两路：一路与污水加热器31热水入口相连通，另一路与补水加热器18热水入口相连通，污水加热器31冷水出口与补水加热器18冷水出口汇合后通过水加热器进水管17与水加热器5的进水口相连通。一路通过污水加热管与污水加热器相连通、并通过水加热器进水管17与水加热器5的进水口相连通；另一路通过补水加热管与补水加热器相连通、并通过水加热器进水管17与水加热器5的进水口相连通。

[0022] 制汽站13的蒸汽出口通过第一低压蒸汽管道34与净水生产装置35蒸汽进口相连通，污水进水管15通过污水加热器31后通过热污水管33与净水生产装置35连通，净水生产装置35连接有第三抽真空装置32，净水生产装置35连接有净水管29和浓污水管30用于排出生产的净水和废污水。

[0023] 汽水加热器3高压蒸汽出口通过高压蒸汽管道40与蒸汽发电机组39蒸汽入口相连通，蒸汽发电机组39设有中压蒸汽出口，中压蒸汽出口通过中压蒸汽管道37与蒸汽用户38相连通，蒸汽发电机组39低压蒸汽出口通过第二低压蒸汽管36与净水生产装置35蒸汽进口相连通；净水生产装置35的凝结水出口通过冷凝水管道分为两路，一路通过凝结水管道支管二28与制汽站13凝结水入口相连通，另一路通过凝结水管道支管一25与除氧水箱
24进水口相连通，冷凝水管道上设置有第二抽真空装置27和凝结水泵26。

[0024] 除氧水箱24通过除氧水箱补水管19连接有补水泵21，除氧水箱补水管19通过补水加热器18后与除氧水箱24连通，除氧水箱24出水口通过给水管23与汽水加热器3进水口相连通，给水管23上安装有给水泵22，除氧水箱24与除氧蒸发器4之间连接有除氧蒸发器水循环管20。

[0025] 所述净水生产装置35为由多个蒸发器串联组成的多效蒸发系统（multi-effect desalination，简称MED），污水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为净水，节约能源，净水产率高；也可以采用多级闪蒸(multi-stage flash system,简称MSF)，依次通过多个温度、压力逐级降低的闪蒸室，进行蒸发冷凝。所述补水加热器18和污水加热器31为板式换热器，制冷站13采用热水型溴化锂吸收式制冷机，节能效率高、系统运行安全可靠。

[0026] 本发明利用燃机的烟气余热生产冷、热、电、水的四联供装置，其工作步骤如下：

[0027] 步骤一，燃机排放的高温烟气引入余热锅炉，依次流经布置在余热锅炉的汽水加热器、除氧蒸发器、水加热器并放热，烟气温度降低到60℃以下，烟气温度大幅度降低后排出余热锅炉；

[0028] 步骤二，余热锅炉的补水和凝结水回水经除氧蒸发器加热、除氧后进入汽水加热器加热，转变成高压、过热蒸汽引出余热锅炉；

[0029] 步骤三，循环回水经水加热器加热后分别进入供热站、制冷站、制汽站并放热，分别向用户供热和供冷，向净水生产系统提供低压蒸汽。引出供热站、制冷站、制汽站的回水分别进入补水加热器和污水加热器，用于加热锅炉的补水和净水生产系统的污水，回水温度进一步降低后再次进入水加热器。提高净水生产装置的污水初始温度，可以提高产水率和能源利用率。返回水加热器的回水温度降低后，进一步降低了余热锅炉的排烟温度、提高了能源利用率。

[0030] 步骤四，制汽站生产的低压蒸汽进入净水生产装置，向进入净水生产装置的污水放热后转变成凝结水后部分返回制汽站。离开余热锅炉的高压、高温蒸汽推动蒸汽发电机组发电，从蒸汽发电机组抽出中压、中温蒸汽外供给蒸汽用户；蒸汽发电机组排放的低压、低温蒸汽引入净水生产装置对污水放热后转变成凝结水，返回除氧水箱。余热锅炉的补水经补水加热器加热后进入除氧水箱。

[0031] 步骤五，经污水加热器加热的污水进入净水生产装置，一部分污水吸热、蒸发转变成低压蒸汽，低压蒸汽冷却后作为成品水引出至净水管，另一部分污水外排至浓污水管道。

[0032] 污水是含有一定浓度其他杂质的水，可以是海水、盐碱水、苦咸水等，也可以是工业污水和生活污水。制汽站设置抽真空装置，维持制汽站达到一定的真空度，确保来自于净水生产装置的凝结水在制汽站内在60℃至90℃的范围内实现蒸发转变成蒸汽。作为制汽站热源的热水在加热面管的管内流动，喷淋水和蒸汽在加热面管的管外。

[0033] 燃机是利用天然气、煤气、燃油等燃料的最为热源生产动力的装置，可以是燃气轮机，也可以是内燃机。

[0034] 汽水加热器是布置在余热锅炉中，回收利用烟气余热生产过热蒸汽的一系列受热面组，一般包括省煤器、蒸发器和过热器，首先将不饱和水加热转变成饱和水，再对饱和水加热生成饱和蒸汽，进一步对饱和蒸汽加热生成过热蒸汽。

[0035] 水加热器分别为供热站、制冷站、制汽站提供热源，当供热站和制冷站所需的热负荷降低时，热水为制汽站提供更多的热量、生产更多的低压蒸汽用于净水生产装置，将净水生产装置的更多的污水转变成蒸汽，余热资源得到充分利用，系统的能源利用率和产水率提高了。

[0036] 在净水生产装置冷凝水管道上设置抽真空装置以维持一定的真空度，确保作为净水生产装置热源的低压蒸汽在一定的温度条件下凝结成水，并向污水放热生产净水。

[0037] 净水生产装置连接有抽真空装置，用以维持净水生产装置在一定的真空度范围内，确保进入净水生产装置的污水在一定的温度条件下蒸发转变成饱和蒸汽。

[0038] 制汽站连接有抽真空装置，用以维持制汽站在一定的真空度范围内，确保进入制汽站的凝结水在一定的温度条件下蒸发转变成饱和蒸汽，作为净水生产装置的热源。

[0039] 此外，本发明大幅度降低余热锅炉的排烟温度，将系统的排烟热损失降至非常低的水平，大幅度提高系统的能源利用率和产水率。