内燃机的余热综合利用系统

摘要

本发明提供了一种内燃机的余热综合利用系统，其包括：有机工质泵、第一换热器、膨胀机、第二换热器、发电机、进水管、出水管、冷却水泵、第一截止阀、第一凉水塔、第二截止阀、第一进管、吸收式热泵机组、第一出管、烟气余热换热装置、烟气排放管路、流体循环进管、流体循环出管、第三截止阀、第二进管、第二出管、流体泵。本发明通过烟气余热换热装置、吸收式热泵机组回收内燃机排放的烟气的余热以及内燃机的冷却水的余热用于对有机工质进行加热，使有机工质蒸发为过热带压的气态有机工质驱动膨胀机做功。本发明基于有机工质朗肯循环，全面回收利用了内燃机的余热能，可提高内燃机的余热综合利用效率和有机工质朗肯循环系统的发电效率。

权利要求

1.一种内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，包括：

有机工质泵(10)，连通外部的有机工质储液罐；

第一换热器(11)，设置在有机工质泵(10)的下游且连通有机工质泵(10)；

膨胀机(12)，设置在第一换热器(11)的下游且连通第一换热器(11)；

第二换热器(13)，设置在膨胀机(12)的下游且连通膨胀机(12)并连通有机工质储液罐；

发电机(14)，连接膨胀机(12)且连接外部的供电或储能装置；

进水管(15)，连通于内燃机(43)的进水口(431)；

出水管(16)，一端连通于内燃机(43)的出水口(432)，进水口(431)和出水口(432)经由内燃机(43)内的通道连通；

冷却水泵(17)，一端连通出水管(16)，将内燃机(43)中的已回收内燃机(43)燃烧放出的热量的冷却水输出进入出水管(16)；

第一截止阀(18A)，具有进口(181A)和出口(182A)，进口(181)连通于冷却水泵(17)的另一端；

第一凉水塔(19)，设置在第一截止阀(18A)的下游并连通第一截止阀(18A)的出口(182A)，且连通内燃机(43)的进水管(15)；

第二截止阀(18B)，具有进口(181B)和出口(182B)，进口(181B)连通于第一截止阀(18A)的进口(181A)且连通于冷却水泵(17)的所述另一端；

第一进管(20)，一端连通于第二截止阀(18B)的出口(182B)；

吸收式热泵机组(21)，连通于第一进管(20)的另一端；

第一出管(22)，一端连通于内燃机(43)的进水管(15)而另一端连通于吸收式热泵机组(21)；

烟气余热换热装置(23)，受控连通内燃机(43)且内部收容有流体且具有流体进入口(231)和与第一换热器(11)连通的流体排出口(232)，接收内燃机(43)排放的烟气且烟气余热换热装置(23)内部的流体与接收的烟气进行换热，使所述流体吸收烟气的热量，且使烟气降温；

烟气排放管路(24)，连通烟气余热换热装置(23)，接收烟气余热换热装置(23)输出的降温的烟气，且将降温的烟气排出；

流体循环进管(25)，一端连通于烟气余热换热装置(23)的流体进入口(231)而另一端连通于第一换热器(11)；

流体循环出管(26)，一端连通于烟气余热换热装置(23)的流体排出口(232)而另一端连通于第一换热器(11)；

第三截止阀(27)，设置于流体循环进管(25)上，具有进口(271)和出口(272)，进口(271)连通于第一换热器(11)，出口(272)连通于烟气余热换热装置(23)的流体进入口(231)；

第二进管(28)，一端连通于流体循环进管(25)且连通于第三截止阀(27)的进口(271)，另一端连通于吸收式热泵机组(21)；

第二出管(29)，一端连通于吸收式热泵机组(21)而另一端连通于流体循环进管(25)且连通于第三截止阀(27)的出口(272)；

流体泵(30)，设置于第二出管(29)上，位于吸收式热泵机组(21)的下游；

其中：

内燃机(43)的出水口(432)、出水管(16)、冷却水泵(17)、第一截止阀(18A)的进口(181A)、第一截止阀(18A)的出口(182A)、第一凉水塔(19)、进水管(15)、内燃机(43)的进水口(431)以及内燃机(43)内的通道形成冷却水循环的第一个回路；

内燃机(43)的出水口(432)、出水管(16)、冷却水泵(17)、第二截止阀(18B)的进口(181B)、第二截止阀(18)的出口(182B)、第一进管(20)、吸收式热泵机组(21)、第一出管(22)、进水管(15)、内燃机(43)的进水口(431)以及内燃机(43)内的通道形成冷却水循环的第二个回路；

有机工质储液罐、有机工质泵(10)、第一换热器(11)、膨胀机(12)以及第二换热器(13)形成有机工质朗肯循环回路；

烟气余热换热装置(23)的流体排出口(232)、流体循环出管(26)、第一换热器(11)、第三截止阀(27)、流体循环进管(25)、流体进入口(231)形成流体循环的第一个回路；

烟气余热换热装置(23)的流体排出口(232)、流体循环出管(26)、第一换热器(11)、流体循环进管(25)、第二进管(28)、吸收式热泵机组(21)、第二出管(29)、流体泵(30)以及流体进入口(231)形成流体循环的第二个回路；

当第一截止阀(18A)的进口(181A)与第一截止阀(18A)的出口(182A)连通时，冷却水循环的第一个回路工作，从内燃机(43)的出水口(432)排出的已回收内燃机(43)的热量的冷却水流经内燃机(43)的出水口(432)、出水管(16)、第一截止阀(18A)的进口(181A)、第一截止阀(18A)的出口(182A)、第一凉水塔(19)、进水管(15)、内燃机(43)的进水口(431)以及内燃机(43)内的通道，以进行冷却水换热循环，其中，凉水塔接收冷却水泵(17)输出的已回收内燃机(43)燃烧放出的热量的冷却水并使该冷却水与外界通入到第一凉水塔(19)内的空气进行换热，已回收内燃机(43)燃烧放出的热量的冷却水放热而降温；

当第三截止阀(27)的进口(271)与第三截止阀(27)的出口(272)连通时，流体循环的第一个回路、有机工质朗肯循环回路工作，烟气余热换热装置(23)中的吸收烟气的热量的流体经由流体排出口(232)和流体循环出管(26)进入第一换热器(11)，有机工质泵(10)将有机工质储液罐中的液态有机工质输出，有机工质泵(10)输出的液态有机工质进入第一换热器(11)，进入第一换热器(11)的吸收烟气的热量的流体与液态有机工质进行换热，液态有机工质吸收流体的热量并蒸发为过热带压的气态有机工质，而流体放热降温，降温的流体经由第三截止阀(27)以及烟气余热换热装置(23)的流体进入口(231)进入烟气余热换热装置(23)内，过热带压的气态有机工质进入膨胀机(12)并驱动膨胀机(12)做功，膨胀机(12)做功并带动与膨胀机(12)连接的发电机(14)发电，发电机(14)向外部的供电或储能装置提供所发出的电，做功后的乏气从膨胀机(12)排出并进入第二换热器(13)，在第二换热器(13)，乏气通过热交换而冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐；

当第二截止阀(18B)的进口(181B)与第二截止阀(18B)的出口(182B)连通、第三截止阀(27)的进口(271)与第三截止阀(27)的出口(272)关闭时，冷却水循环的第二个回路、有机工质朗肯循环回路以及流体循环的第二个回路工作，从内燃机(43)的出水口(432)排出的已回收内燃机(43)的热量的冷却水流经出水管(16)、第二截止阀(18B)的进口(181B)、第二截止阀(18B)的出口(182B)、第一进管(20)而进入吸收式热泵机组(21)，烟气余热换热装置(23)中的吸收烟气的热量的流体经由流体排出口(232)和流体循环出管(26)进入第一换热器(11)，有机工质泵(10)将有机工质储液罐中的液态有机工质输出，有机工质泵(10)输出的液态有机工质进入第一换热器(11)，在第一换热器(11)中，吸收烟气的热量的流体与液态有机工质进行换热，液态有机工质吸收流体的热量并蒸发为过热带压的气态有机工质，而流体放热降温，降温的流体经由流体循环进管(25)和第二进管(28)进入吸收式热泵机组(21)、在吸收式热泵机组(21)中，进入吸收式热泵机组(21)中的已回收内燃机(43)的热量的冷却水在吸收式热泵机组(21)中放热降温，经由流体循环进管(25)和第二进管(28)进入吸收式热泵机组(21)中的降温的流体在吸收式热泵机组(21)中吸热升温，吸热升温的流体经由第二出管(29)、流体泵(30)、流体循环进管(25)以及烟气余热换热装置(23)的流体进入口(231)进入烟气余热换热装置(23)内，过热带压的气态有机工质进入膨胀机(12)并驱动膨胀机(12)做功，膨胀机(12)做功并带动与膨胀机(12)连接的发电机(14)发电，发电机(14)向外部的供电或储能装置提供所发出的电，做功后的乏气从膨胀机(12)排出并进入第二换热器(13)，在第二换热器(13)，乏气通过热交换而冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐。

2.根据权利要求1所述的内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，所述内燃机的余热综合利用系统还包括：冷却泵(31)，设置在第二换热器(13)的下游并连通第二换热器(13)；

换热介质进管(32)，一端连通第一凉水塔(19)的进口(191)；

换热介质出管(33)，一端连通第一凉水塔(19)的出口(192)，且经过冷却泵(31)和第二换热器(13)；

第四截止阀(34)，具有进口(341)和出口(342)，进口(341)连通换热介质进管(32)的另一端，出口(342)连通换热介质出管(33)的另一端；

其中，

第一凉水塔(19)的出口(192)、换热介质出管(33)、冷却泵(31)、第二换热器(13)、第四截止阀(34)的进口(341)、第四截止阀(34)的出口(342)、换热介质进管(32)、第一凉水塔(19)的进口(191)形成冷却水子循环回路；

当第二截止阀(18B)的进口(181B)与第二截止阀(18B)的出口(182B)连通、第四截止阀(34)的进口(341)和第四截止阀(34)的出口(342)连通时，做功后的乏气从膨胀机(12)排出并进入第二换热器(13)，而第一凉水塔(19)的冷却水在冷却泵(31)的驱动下经由第一凉水塔(19)的出口(192)、换热介质出管(33)、冷却泵(31)进入第二换热器(13)，在第二换热器(13)中，冷却水与乏气进行换热，冷却水吸收乏气的热量而升温，乏气放热而降温、冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐，升温的冷却水经由冷却泵(31)进入第一凉水塔(19)，第一凉水塔(19)使进入其内的升温的冷却水与外界通入第一凉水塔(19)内的空气进行换热，冷却水放热降温。

3.根据权利要求1所述的内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，所述内燃机的余热综合利用系统还包括：冷却泵(31)，设置在第二换热器(13)的下游并连通第二换热器(13)；

第二凉水塔(35)，设置在冷却泵(31)的下游并连通冷却泵(31)；

换热介质进管(32)，一端连通第二凉水塔(35)的进口(351)；

换热介质出管(33)，一端连通第二凉水塔(35)的出口(352)，且经过冷却泵(31)和第二换热器(13)；

第四截止阀(34)，具有进口(341)和出口(342)，进口(341)连通换热介质进管(32)的另一端，出口(342)连通换热介质出管(33)的另一端；

其中，

第二凉水塔(35)的出口(352)、换热介质出管(33)、冷却泵(31)、第二换热器(13)、第四截止阀(34)的进口(341)、第四截止阀(34)的出口(342)、换热介质进管(32)、第二凉水塔(35)的进口(351)形成独立的冷却水循环回路；

当第二截止阀(18B)的进口(181B)与第二截止阀(18B)的出口(182B)连通、第四截止阀(34)的进口(341)和第四截止阀(34)的出口(342)连通时，做功后的乏气从膨胀机(12)排出并进入第二换热器(13)，而第二凉水塔(35)内的冷却水在冷却泵(31)的驱动下经由第二凉水塔(35)的出口(352)、换热介质出管(33)、冷却泵(31)进入第二换热器(13)，在第二换热器(13)中，冷却水与乏气进行换热，冷却水吸收乏气的热量而升温，乏气放热而降温、冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐，升温的冷却水经由冷却泵(31)进入第二凉水塔(35)，第二凉水塔(35)使进入其内的升温的冷却水与外界通入第二凉水塔(35)的空气进行换热，冷却水放热降温。

4.根据权利要求2所述的内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，所述内燃机的余热综合利用系统还包括：第三进管(36)，一端连通于第四截止阀(34)的进口(341)而另一端连通于吸收式热泵机组(21)；

第三出管(37)，一端连通于吸收式热泵机组(21)而另一端连通于换热介质出管(33)；

第四截止阀(34)的进口(341)和第四截止阀(34)的出口(342)关闭时，做功后的乏气从膨胀机(12)排出并进入第二换热器(13)，而第一凉水塔(19)的冷却水在冷却泵(31)的驱动下经由第一凉水塔(19)的出口(192)、换热介质出管(33)、冷却泵(31)进入第二换热器(13)，在第二换热器(13)中，冷却水与乏气进行换热，冷却水吸收乏气的热量而升温，乏气放热而降温、冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐，升温的冷却水在冷却泵(31)的泵送作用下经由第三进管(36)进入吸收式热泵机组(21)，进入吸收式热泵机组(21)中的升温的冷却水在吸收式热泵机组(21)中放热降温，经由第二进管(28)进入吸收式热泵机组(21)中的降温的流体在吸收式热泵机组(21)中吸热升温。

5.根据权利要求3所述的内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，所述内燃机的余热综合利用系统还包括：第三进管(36)，一端连通于第四截止阀(34)的进口(341)而另一端连通于吸收式热泵机组(21)；

第三出管(37)，一端连通于吸收式热泵机组(21)而另一端连通于换热介质出管(33)；

当第四截止阀(34)的进口(341)和第四截止阀(34)的出口(342)关闭时，做功后的乏气从膨胀机(12)排出并进入第二换热器(13)，而第二凉水塔(35)内的冷却水在冷却泵(31)的驱动下经由第二凉水塔(35)的出口(352)、换热介质出管(33)、冷却泵(31)进入第二换热器(13)，在第二换热器(13)中，冷却水与乏气进行换热，冷却水吸收乏气的热量而升温，乏气放热而降温、冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐，升温的冷却水在冷却泵(31)的泵送作用下经由第三进管(36)进入吸收式热泵机组(21)，在吸收式热泵机组(21)中，进入吸收式热泵机组(21)中的升温的冷却水在吸收式热泵机组(21)中放热降温，经由第二进管(28)进入吸收式热泵机组(21)中的降温的流体在吸收式热泵机组(21)中吸热升温。

6.根据权利要求1所述的内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，所述内燃机的余热综合利用系统还包括：烟道(38)，连通在烟气余热换热装置(23)和内燃机(43)之间，用于将内燃机(43)排放的烟气输出；

第五截止阀(39A)，设置于烟道(38)，具有进口(391A)和出口(392A)，进口(391A)连通内燃机(43)，出口(392A)连通烟气余热换热装置(23)；以及第六截止阀(39B)，具有进口(391B)和出口(392B)，进口(391B)连通第五截止阀(39A)的进口(391A)且连通内燃机(32)，出口(392B)连通于外界大气；

当第五截止阀(39A)的进口(391A)与第五截止阀(39A)的出口(392A)连通时，内燃机(43)排放的烟气输入至烟气余热换热装置(23)，当第六截止阀(39B)的进口(391B)与第六截止阀(39B)的出口(392B)连通时，内燃机(43)排放的烟气排放进入大气中。

7.根据权利要求1所述的内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，烟气余热换热装置(23)内的流体为水、导热油中的一种。

8.根据权利要求1所述的内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，所述内燃机的余热综合利用系统还包括：控制器(42)，用于控制所述内燃机的余热综合利用系统。

9.根据权利要求8所述的内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，控制器(33)为PLC或DCS。

10.根据权利要求1所述的内燃机的余热综合利用系统，其特征在于，

第一截止阀(18A)的进口(181A)与出口(182A)和第二截止阀(18B)的进口(181B)与出口(182B)同时连通。

说明书

内燃机的余热综合利用系统

技术领域

[0001] 本发明涉及内燃机余热利用领域，尤其涉及一种内燃机的余热综合利用系统。

背景技术

[0002] 内燃机发电机组由于其可小型化、轻便化被广泛应用于工程实际中。但内燃机发电机组的实际发电效率在40％作用，有大量的热以烟气排放和冷却水循环的方式向外界散失。由于单台内燃机模块功率等级较低，现阶段内燃机的余热多用于供热或制冷。也有部分解决办法是将多台内燃机的余热集中起来用以发电。

[0003] 内燃机烟气余热温度较高，若直接用以供热或制冷损失了大量高品质能源，同时在一些场合也无热需求或冷需求。发电可以解决余热能的利用问题，但需要多台内燃机余热共同利用才能解决单台余热量小的问题。

[0004] 随着节能减排技术的发展，现阶段有提出采用有机工质朗肯循环发电的模式来利用单台内燃机余热。有机朗肯循环可以很好地利用烟气余热能发电，但有机工质朗肯循环系统发电效率较低，大部分热量通过有机工质朗肯循环系统的冷凝器散失掉，此部分热量尚无有效的回收利用方式。

发明内容

[0005] 鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种内燃机的余热综合利用系统，其能提高内燃机的余热综合利用效率。

[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种内燃机的余热综合利用系统，其包括：有机工质泵，连通外部的有机工质储液罐；第一换热器，设置在有机工质泵的下游且连通有机工质泵；膨胀机，设置在第一换热器的下游且连通第一换热器；第二换热器，设置在膨胀机的下游且连通膨胀机并连通所述液态有机工质储液罐；发电机，连接膨胀机且连接外部的供电或储能装置；进水管，连通于内燃机的进水口；出水管，一端连通于内燃机的出水口，进水口和出水口经由内燃机内的通道连通；冷却水泵，一端连通出水管，将内燃机中的已回收内燃机燃烧放出的热量的冷却水输出进入出水管；第一截止阀，具有进口和出口，进口连通于冷却水泵的另一端；第一凉水塔，设置在第一截止阀的下游并连通第一截止阀的出口，且连通内燃机的进水管；第二截止阀，具有进口和出口，进口连通于第一截止阀的进口且连通于冷却水泵的所述另一端；第一进管，一端连通于第二截止阀的出口；吸收式热泵机组，连通于第一进管的另一端；第一出管，一端连通于内燃机的进水管而另一端连通于吸收式热泵机组；烟气余热换热装置，受控连通内燃机且内部收容有流体且具有流体进入口和与第一换热器连通的流体排出口，接收内燃机排放的烟气且烟气余热换热装置内部的流体与接收的烟气进行换热，使所述流体吸收烟气的热量，且使烟气降温；烟气排放管路，连通烟气余热换热装置，接收烟气余热换热装置输出的降温的烟气，且将降温的烟气排出；流体循环进管，一端连通于烟气余热换热装置的流体进入口而另一端连通于第一换热器；流体循环出管，一端连通于烟气余热换热装置的流体排出口而另一端连通于第一换热器；第三截止阀，设置于流体循环进管上，具有进口和出口，进口连通于第一换热器，出口连通于烟气余热换热装置的流体进入口；第二进管，一端连通于流体循环进管且连通于第三截止阀的进口，另一端连通于吸收式热泵机组；第二出管，一端连通于吸收式热泵机组而另一端连通于流体循环进管且连通于第三截止阀的出口；流体泵，设置于第二出管上，位于吸收式热泵机组的下游。其中：内燃机的出水口、出水管、冷却水泵、第一截止阀的进口、第一截止阀的出口、第一凉水塔、进水管、内燃机的进水口以及内燃机内的通道形成冷却水循环的第一个回路；内燃机的出水口、出水管、冷却水泵、第二截止阀的进口、第二截止阀的出口、第一进管、吸收式热泵机组、第一出管、进水管、内燃机的进水口以及内燃机内的通道形成冷却水循环的第二个回路；有机工质储液罐、有机工质泵、第一换热器、膨胀机以及第二换热器形成有机工质朗肯循环回路；烟气余热换热装置的流体排出口、流体循环出管、第一换热器、第三截止阀、流体循环进管、流体进入口形成流体循环的第一个回路；烟气余热换热装置的流体排出口、流体循环出管、第一换热器、流体循环进管、第二进管、吸收式热泵机组、第二出管、流体泵以及流体进入口形成流体循环的第二个回路；当第一截止阀的进口与第一截止阀的出口连通时，冷却水循环的第一个回路工作，从内燃机的出水口排出的已回收内燃机的热量的冷却水流经内燃机的出水口、出水管、第一截止阀的进口、第一截止阀的出口、第一凉水塔、进水管、内燃机的进水口以及内燃机内的通道，以进行冷却水换热循环，其中，凉水塔接收冷却水泵输出的已回收内燃机燃烧放出的热量的冷却水并使该冷却水与外界通入到第一凉水塔内的空气进行换热，已回收内燃机燃烧放出的热量的冷却水放热而降温；当第三截止阀的进口与第三截止阀的出口连通时，流体循环的第一个回路、有机工质朗肯循环回路工作，烟气余热换热装置中的吸收烟气的热量的流体经由流体排出口和流体循环出管进入第一换热器，有机工质泵将有机工质储液罐中的液态有机工质输出，有机工质泵输出的液态有机工质进入第一换热器，进入第一换热器的吸收烟气的热量的流体与液态有机工质进行换热，液态有机工质吸收流体的热量并蒸发为过热带压的气态有机工质，而流体放热降温，降温的流体经由第三截止阀以及烟气余热换热装置的流体进入口进入烟气余热换热装置内，过热带压的气态有机工质进入膨胀机并驱动膨胀机做功，膨胀机做功并带动与膨胀机连接的发电机发电，发电机向外部的供电或储能装置提供所发出的电，做功后的乏气从膨胀机排出并进入第二换热器，在第二换热器，乏气通过热交换而冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐；当第二截止阀的进口与第二截止阀的出口连通、第三截止阀的进口与第三截止阀的出口关闭时，冷却水循环的第二个回路、有机工质朗肯循环回路以及流体循环的第二个回路工作，从内燃机的出水口排出的已回收内燃机的热量的冷却水流经出水管、第二截止阀的进口、第二截止阀的出口、第一进管而进入吸收式热泵机组，烟气余热换热装置中的吸收烟气的热量的流体经由流体排出口和流体循环出管进入第一换热器，有机工质泵将有机工质储液罐中的液态有机工质输出，有机工质泵输出的液态有机工质进入第一换热器，在第一换热器中，吸收烟气的热量的流体与液态有机工质进行换热，液态有机工质吸收流体的热量并蒸发为过热带压的气态有机工质，而流体放热降温，降温的流体经由流体循环进管和第二进管进入吸收式热泵机组、在吸收式热泵机组中，进入吸收式热泵机组中的已回收内燃机的热量的冷却水在吸收式热泵机组中放热降温，经由流体循环进管和第二进管进入吸收式热泵机组中的降温的流体在吸收式热泵机组中吸热升温，吸热升温的流体经由第二出管、流体泵、流体循环进管以及烟气余热换热装置的流体进入口进入烟气余热换热装置内，过热带压的气态有机工质进入膨胀机并驱动膨胀机做功，膨胀机做功并带动与膨胀机连接的发电机发电，发电机向外部的供电或储能装置提供所发出的电，做功后的乏气从膨胀机排出并进入第二换热器，在第二换热器，乏气通过热交换而冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐。

[0007] 本发明的有益效果如下：

[0008] 本发明的内燃机的余热综合利用系统通过烟气余热换热装置、吸收式热泵机组回收内燃机排放的烟气的余热以及内燃机的冷却水的余热用于对有机工质进行加热，使有机工质蒸发为过热带压的气态有机工质驱动膨胀机做功。本发明基于有机工质朗肯循环，全面回收利用了内燃机的余热能，可提高内燃机的余热综合利用效率和有机工质朗肯循环系统的发电效率。

[0009] 本发明的内燃机的余热综合利用系统运行经济性好，可使内燃机的余热最大限度地用来发电，此外富余的冷却水的余热还可以用以厂区供热或制冷，而且，发电系统与供热或制冷系统互不影响，可独立运行。

附图说明

[0010] 图1为根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例的示意图；

[0011] 图2为根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的另一实施例的示意图。

[0012] 其中，附图标记说明如下：

[0013] 10有机工质泵 272第一截止阀出口

[0014] 11第一换热器 28第二进管

[0015] 12膨胀机 29第二出管

[0016] 13第二换热器 30流体泵

[0017] 14发电机 31冷却泵

[0018] 15进水管 32换热介质进管

[0019] 16出水管 33换热介质出管

[0020] 17冷却水泵 34第四截止阀

[0021] 18A第一截止阀 341进口

[0022] 181A进口 342出口

[0023] 182A出口 35第二凉水塔

[0024] 18B第二截止阀 351进口

[0025] 181B进口 352出口

[0026] 182B出口 36第三进管

[0027] 19第一凉水塔 37第三出管

[0028] 191进口 38烟道

[0029] 192出口 39A第五截止阀

[0030] 20第一进管 391A进口

[0031] 21吸收式热泵机组 392A出口

[0032] 22第一出管 39B第六截止阀

[0033] 23烟气余热换热装置 391B进口

[0034] 231流体进入口 392B出口

[0035] 232流体排出口 40有机朗肯循环旁通回路

[0036] 24烟气排放管路 41电动阀门

[0037] 25流体循环进管 42控制器

[0038] 26流体循环出管 43内燃机

[0039] 27第三截止阀 431进水口

[0040] 271进口 432出水口

具体实施方式

[0041] 下面参照附图来详细说明根据本发明的内燃机的余热综合利用系统。

[0042] 参照图1和图2，根据本发明的内燃机的余热综合利用系统包括：有机工质泵10，连通外部的有机工质储液罐(未示出)；第一换热器11，设置在有机工质泵10的下游且连通有机工质泵10；膨胀机12，设置在第一换热器11的下游且连通第一换热器11；第二换热器13，设置在膨胀机12的下游且连通膨胀机12并连通所述液态有机工质储液罐；发电机14，连接(例如直连)膨胀机12且连接外部的供电或储能装置；进水管15，连通于内燃机
43的进水口431；出水管16，一端连通于内燃机43的出水口432，进水口431和出水口432经由内燃机43内的通道连通；冷却水泵17，一端连通出水管16，将内燃机43中的已回收内燃机43燃烧放出的热量的冷却水输出进入出水管16；第一截止阀18A，具有进口181A和出口182A，进口181连通于冷却水泵17的另一端；第一凉水塔19，设置在第一截止阀18A的下游并连通第一截止阀18A的出口182A，且连通内燃机43的进水管15；第二截止阀18B，具有进口181B和出口182B，进口181B连通于第一截止阀18A的进口181A且连通于冷却水泵17的所述另一端；第一进管20，一端连通于第二截止阀18B的出口182B；吸收式热泵机组21，连通于第一进管20的另一端；第一出管22，一端连通于内燃机43的进水管15而另一端连通于吸收式热泵机组21；烟气余热换热装置23，受控连通内燃机43且内部收容有流体且具有流体进入口231和与第一换热器11连通的流体排出口232，接收内燃机43排放的烟气且烟气余热换热装置23内部的流体与接收的烟气进行换热，使所述流体吸收烟气的热量，且使烟气降温；烟气排放管路24，连通烟气余热换热装置23，接收烟气余热换热装置23输出的降温的烟气，且将降温的烟气排出；流体循环进管25，一端连通于烟气余热换热装置23的流体进入口231而另一端连通于第一换热器11；流体循环出管26，一端连通于烟气余热换热装置23的流体排出口232而另一端连通于第一换热器11；第三截止阀27，设置于流体循环进管25上，具有进口271和出口272，进口271连通于第一换热器11，出口
272连通于烟气余热换热装置23的流体进入口231；第二进管28，一端连通于流体循环进管25且连通于第三截止阀27的进口271，另一端连通于吸收式热泵机组21；第二出管29，一端连通于吸收式热泵机组21而另一端连通于流体循环进管25且连通于第三截止阀27的出口272；流体泵30，设置于第二出管29上，位于吸收式热泵机组21的下游。其中：内燃机43的出水口432、出水管16、冷却水泵17、第一截止阀18A的进口181A、第一截止阀18A的出口182A、第一凉水塔19、进水管15、内燃机43的进水口431以及内燃机43内的通道形成冷却水循环的第一个回路；内燃机43的出水口432、出水管16、冷却水泵17、第二截止阀
18B的进口181B、第二截止阀18B的出口182B、第一进管20、吸收式热泵机组21、第一出管
22、进水管15、内燃机43的进水口431以及内燃机43内的通道形成冷却水循环的第二个回路；有机工质储液罐、有机工质泵10、第一换热器11、膨胀机12以及第二换热器13形成有机工质朗肯循环回路；烟气余热换热装置23的流体排出口232、流体循环出管26、第一换热器11、第三截止阀27、流体循环进管25、流体进入口231形成流体循环的第一个回路；烟气余热换热装置23的流体排出口232、流体循环出管26、第一换热器11、流体循环进管25、第二进管28、吸收式热泵机组21、第二出管29、流体泵30以及流体进入口231形成流体循环的第二个回路；当第一截止阀18A的进口181A与第一截止阀18A的出口182A连通时，冷却水循环的第一个回路工作，从内燃机43的出水口432排出的已回收内燃机43的热量的冷却水流经内燃机43的出水口432、出水管16、第一截止阀18A的进口181A、第一截止阀18A的出口182A、第一凉水塔19、进水管15、内燃机43的进水口431以及内燃机43内的通道，以进行冷却水换热循环，其中，凉水塔接收冷却水泵17输出的已回收内燃机43燃烧放出的热量的冷却水并使该冷却水与外界通入到第一凉水塔19内的空气进行换热，已回收内燃机43燃烧放出的热量的冷却水放热而降温；当第三截止阀27的进口271与第三截止阀27的出口272连通时，流体循环的第一个回路、有机工质朗肯循环回路工作，烟气余热换热装置23中的吸收烟气的热量的流体经由流体排出口232和流体循环出管26进入第一换热器
11，有机工质泵10将有机工质储液罐中的液态有机工质输出，有机工质泵10输出的液态有机工质进入第一换热器11，进入第一换热器11的吸收烟气的热量的流体与液态有机工质进行换热，液态有机工质吸收流体的热量并蒸发为过热带压的气态有机工质，而流体放热降温，降温的流体经由第三截止阀27以及烟气余热换热装置23的流体进入口231进入烟气余热换热装置23内，过热带压的气态有机工质进入膨胀机12并驱动膨胀机12做功，膨胀机12做功并带动与膨胀机12连接的发电机14发电，发电机14向外部的供电或储能装置提供所发出的电，做功后的乏气从膨胀机12排出并进入第二换热器13，在第二换热器13，乏气通过热交换而冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐；当第二截止阀18B的进口181B与第二截止阀18B的出口182B连通、第三截止阀27的进口271与第三截止阀27的出口272关闭时，冷却水循环的第二个回路、有机工质朗肯循环回路以及流体循环的第二个回路工作，从内燃机43的出水口432排出的已回收内燃机43的热量的冷却水流经出水管16、第二截止阀18B的进口181B、第二截止阀18B的出口182B、第一进管20而进入吸收式热泵机组21，烟气余热换热装置23中的吸收烟气的热量的流体经由流体排出口232和流体循环出管26进入第一换热器11，有机工质泵10将有机工质储液罐中的液态有机工质输出，有机工质泵10输出的液态有机工质进入第一换热器11，在第一换热器11中，吸收烟气的热量的流体与液态有机工质进行换热，液态有机工质吸收流体的热量并蒸发为过热带压的气态有机工质，而流体放热降温，降温的流体经由流体循环进管25和第二进管28进入吸收式热泵机组21、在吸收式热泵机组21中，进入吸收式热泵机组21中的已回收内燃机43的热量的冷却水在吸收式热泵机组21中放热降温，经由流体循环进管
25和第二进管28进入吸收式热泵机组21中的降温的流体在吸收式热泵机组21中吸热升温(在此，需说明的是，吸收式热泵机组21是靠机组内部的溴化锂溶液或者氨水溶液等回收冷却水热量，然后来加热流体，即通过机组内部的溴化锂溶液或者氨水溶液等进行间接热交换，该部分属于本领域公知常识，在此不再赘述)，吸热升温的流体经由第二出管29、流体泵30、流体循环进管25以及烟气余热换热装置23的流体进入口231进入烟气余热换热装置23内，过热带压的气态有机工质进入膨胀机12并驱动膨胀机12做功，膨胀机12做功并带动与膨胀机12连接的发电机14发电，发电机14向外部的供电或储能装置提供所发出的电，做功后的乏气从膨胀机12排出并进入第二换热器13，在第二换热器13，乏气通过热交换而冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐。

[0043] 本发明的内燃机的余热综合利用系统通过烟气余热换热装置23、吸收式热泵机组21回收内燃机43排放的烟气的余热以及内燃机43的冷却水的余热用于对有机工质进行加热，使有机工质蒸发为过热带压的气态有机工质驱动膨胀机43做功。本发明基于有机工质朗肯循环，全面回收利用了内燃机的余热能，可提高内燃机的余热综合利用效率和有机工质朗肯循环系统的发电效率。

[0044] 本发明的内燃机的余热综合利用系统运行经济性好，可使内燃机的余热最大限度地用来发电，此外富余(即满足发电后)的冷却水的余热还可以用以厂区供热或制冷，而且，发电系统与供热或制冷系统互不影响，可独立运行。

[0045] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图1和图2，所述内燃机的余热综合利用系统还包括：控制器42，用于控制所述内燃机的余热综合利用系统(具体地可以针对后面所述的不同的实施例可以控制相应的部件)。

[0046] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，控制器42可为PLC(可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller)或DCS(分布式控制系统，Distributed Control System)。

[0047] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图1和图2，所述内燃机的余热综合利用系统还可包括：控制器42，通信连接冷却水泵17、第一截止阀18A、第二截止阀18B、第一凉水塔19、有机工质泵10、第一换热器11、膨胀机12、第二换热器13、烟气余热换热装置23、吸收式热泵机组21、第三截止阀27以及流体泵30。

[0048] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，第一截止阀18A的进口181A与出口182A和第二截止阀18B的进口181B与出口182B可同时连通。此时，冷却水循环的第一个回路和冷却水循环的第二个回路同时工作，可以通过控制器42分别调节第一截止阀18A和第二截止阀18B的阀门开度，从而分别调节冷却水循环的第一个回路和冷却水循环的第二个回路中的冷却水的流量。

[0049] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图2，所述内燃机的余热综合利用系统还可包括：冷却泵31，设置在第二换热器13的下游并连通第二换热器13；换热介质进管32，一端连通第一凉水塔19的进口191；换热介质出管33，一端连通第一凉水塔19的出口192，且经过冷却泵31和第二换热器13；第四截止阀34，具有进口341和出口342，进口341连通换热介质进管32的另一端，出口342连通换热介质出管33的另一端；其中，第一凉水塔19的出口192、换热介质出管33、冷却泵31、第二换热器13、第四截止阀34的进口341、第四截止阀34的出口342、换热介质进管32、第一凉水塔19的进口191形成冷却水子循环回路；当第二截止阀18B的进口181B与第二截止阀18B的出口182B连通、第四截止阀34的进口341和第四截止阀34的出口342连通时，做功后的乏气从膨胀机
12排出并进入第二换热器13，而第一凉水塔19的冷却水在冷却泵31的驱动下经由第一凉水塔19的出口192、换热介质出管33、冷却泵31进入第二换热器13，在第二换热器13中，冷却水与乏气进行换热，冷却水吸收乏气的热量而升温，乏气放热而降温、冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐，升温的冷却水经由冷却泵31进入第一凉水塔19，第一凉水塔19使进入其内的升温的冷却水与外界通入第一凉水塔19内的空气进行换热，冷却水放热降温。

[0050] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图1和图2，所述内燃机的余热综合利用系统还可包括：控制器42，通信连接冷却水泵17、第一截止阀18A、第二截止阀18B、第一凉水塔19、有机工质泵10、第一换热器11、膨胀机12、第二换热器13、烟气余热换热装置23、吸收式热泵机组21、第三截止阀27、流体泵30、第四截止阀34、冷却泵31以及第二凉水塔35。

[0051] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图1，所述内燃机的余热综合利用系统还可包括：冷却泵31，设置在第二换热器13的下游并连通第二换热器13；第二凉水塔35，设置在冷却泵31的下游并连通冷却泵31；换热介质进管32，一端连通第二凉水塔35的进口351；换热介质出管33，一端连通第二凉水塔35的出口352，且经过冷却泵31和第二换热器13；第四截止阀34，具有进口341和出口342，进口341连通换热介质进管32的另一端，出口342连通换热介质出管33的另一端；其中，第二凉水塔35的出口352、换热介质出管33、冷却泵31、第二换热器13、第四截止阀34的进口341、第四截止阀的出口342、换热介质进管32、第二凉水塔35的进口351形成独立的冷却水循环回路；当第二截止阀18B的进口181B与第二截止阀18B的出口182B连通、第四截止阀34的进口341和第四截止阀34的出口342连通时，做功后的乏气从膨胀机12排出并进入第二换热器13，而第二凉水塔35内的冷却水在冷却泵31的驱动下经由第二凉水塔35的出口352、换热介质出管33、冷却泵31进入第二换热器13，在第二换热器13中，冷却水与乏气进行换热，冷却水吸收乏气的热量而升温，乏气放热而降温、冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐，升温的冷却水经由冷却泵31进入第二凉水塔35，第二凉水塔35使进入其内的升温的冷却水与外界通入第二凉水塔35的空气进行换热，冷却水放热降温。

[0052] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图1和图2，所述内燃机的余热综合利用系统还可包括：控制器42，通信连接冷却水泵17、第一截止阀18A、第二截止阀18B、第一凉水塔19、有机工质泵10、第一换热器11、膨胀机12、第二换热器13、烟气余热换热装置23、吸收式热泵机组21、第三截止阀27、流体泵30、第四截止阀34以及冷却泵31。

[0053] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图2，所述内燃机的余热综合利用系统还可包括：第三进管36，一端连通于第四截止阀34的进口341而另一端连通于吸收式热泵机组21；第三出管37，一端连通于吸收式热泵机组21而另一端连通于换热介质出管33；第四截止阀34的进口341和第四截止阀34的出口342关闭时，做功后的乏气从膨胀机12排出并进入第二换热器13，而第一凉水塔19的冷却水在冷却泵31的驱动下经由第一凉水塔19的出口192、换热介质出管33、冷却泵31进入第二换热器13，在第二换热器13中，冷却水与乏气进行换热，冷却水吸收乏气的热量而升温，乏气放热而降温、冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐，升温的冷却水在冷却泵31的泵送作用下经由第三进管36进入吸收式热泵机组21，进入吸收式热泵机组21中的升温的冷却水在吸收式热泵机组21中放热降温，经由第二进管28进入吸收式热泵机组21中的降温的流体在吸收式热泵机组21中吸热升温。在一实施例中，经由第一进管20进入吸收式热泵机组21中的已回收内燃机43的热量的冷却水和经由第三进管36进入吸收式热泵机组21中的升温的冷却水一起在吸收式热泵机组21中放热降温。

[0054] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图1，所述内燃机的余热综合利用系统还可包括：第三进管36，一端连通于第四截止阀34的进口341而另一端连通于吸收式热泵机组21；第三出管37，一端连通于吸收式热泵机组21而另一端连通于换热介质出管33；当第四截止阀34的进口341和第四截止阀34的出口342关闭时，做功后的乏气从膨胀机12排出并进入第二换热器13，而第二凉水塔35内的冷却水在冷却泵31的驱动下经由第二凉水塔35的出口352、换热介质出管33、冷却泵31进入第二换热器13，在第二换热器13中，冷却水与乏气进行换热，冷却水吸收乏气的热量而升温，乏气放热而降温、冷却成液态有机工质、之后液态有机工质回收到有机工质储液罐，升温的冷却水在冷却泵31的泵送作用下经由第三进管36进入吸收式热泵机组21，在吸收式热泵机组21中，进入吸收式热泵机组21中的升温的冷却水在吸收式热泵机组21中放热降温，经由第二进管28进入吸收式热泵机组21中的降温的流体在吸收式热泵机组21中吸热升温。在一实施例中，经由第一进管20进入吸收式热泵机组21中的已回收内燃机43的热量的冷却水和经由第三进管36进入吸收式热泵机组21中的升温的冷却水一起在吸收式热泵机组21中放热降温。

[0055] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图1和图2，所述内燃机的余热综合利用系统还可包括：烟道38，连通在烟气余热换热装置23和内燃机43之间，用于将内燃机43排放的烟气输出；第五截止阀39A，设置于烟道38，具有进口391A和出口392A，进口391A连通内燃机43，出口392A连通烟气余热换热装置23；第六截止阀39B，具有进口391B和出口392B，进口391B连通第五截止阀39A的进口391A且连通内燃机32，出口392B连通于外界大气；当第五截止阀39A的进口391A与第五截止阀39A的出口392A连通时，内燃机43排放的烟气输入至烟气余热换热装置23，当第六截止阀39B的进口391B与第六截止阀39B的出口392B连通时，内燃机43排放的烟气排放进入大气中。当烟气余热换热装置23不工作或突发情况使内燃机的余热不需要回收或部分回收时，第六截止阀39B的进口391B与第六截止阀39B的出口392B连通，可将部分烟气直接排空以调节烟气进入烟气余热换热装置23的流量，确保内燃机和烟气余热换热装置23的正常工作与安全。

[0056] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图1和图2，所述内燃机的余热综合利用系统还可包括：控制器42，通信连接冷却水泵17、第一截止阀18A、第二截止阀18B、第一凉水塔19、有机工质泵10、第一换热器11、膨胀机12、第二换热器13、烟气余热换热装置23、吸收式热泵机组21、第三截止阀27、流体泵30、第五截止阀39A以及第六截止阀39B。

[0057] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，第五截止阀39A的进口391A与出口392A和第六截止阀39B的进口391B与出口392B可同时连通。此时，内燃机32排放的部分烟气输入至烟气余热换热装置22，内燃机32排放的另一部分烟气排放进入大气中，可以通过控制器33分别调节第五截止阀39A和第六截止阀39B的阀门开度，从而分别调节输入至烟气余热换热装置22及排放进入大气中的烟气的流量。

[0058] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，烟气余热换热装置23内的流体可为水、导热油中的一种。

[0059] 在根据本发明的内燃机的余热综合利用系统的一实施例中，参照图1和图2，所述有机朗肯循环回路还可包括：有机朗肯循环旁通回路40，一端连通于膨胀机12的上游而另一端连通在膨胀机12的下游且所述另一端与第三换热器连通；以及电动阀门41，设置于有机朗肯循环旁通回路40，控制有机朗肯循环旁通回路40的流量。有机朗肯循环旁通回路40及电动阀门41的设置能够调节膨胀机12的功率输出，从而控制发电机14的功率输出。
具体地，当有机工质回收的热量过多、发电机14当前不需要较大的功率输出或有机工质参数未达到工作状态需要空转时，可通过电动阀门41调整阀门开度将富余的气态有机工质通过有有机朗肯循环旁通回路40进行旁通，然后直接经第二换热器13冷却输送到有机工质储液罐。此外，在本发明的内燃机的余热综合利用系统刚启动时，有机朗肯循环旁通回路
40也起到预循环作用，避免膨胀机12积液现象且能够延长机工质朗肯循环回路的工作寿命。