技术领域
[0001] 本
发明涉及能源利用技术领域，特别是涉及适用于分布式能源系统的内燃机热电联产余热回收系统。
背景技术
[0002] 目前，随着能源危机和环境问题的日益严重，分布式能源系统因为具有能源利用率高，运行灵活等优势，日益受到人们的重视。其中，内燃机是分布式能源系统中一种非常重要的
原动机，然而，内燃机的运行效率一般仅有40％左右，大量的热量被烟气、
缸套水以及
增压空气带走。因此，余热回收技术是一种有效提高内燃机效率的方法。
[0003] 对于内燃机来说，内燃机的每种余热源品位不同，其中：最主要的余热源是烟气，其
温度最高可达600℃左右，且烟气在被余热回收后温度有大幅度降低，
能量品质跨度大，属于大温差余热；其次是缸套水余热，但缸套水的温度一般在大约75～85℃之间；对于进气增压内燃机，增压空气还会带走一部分热量，其在
增压器出口的温度一般为150℃左右。
[0004] 但是，现有简单的余热回收系统，并不能对内燃机的多种余热进行有效的
回收利用。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对
现有技术存在的技术
缺陷，提供适用于分布式能源系统的内燃机热电联产余热回收系统。
[0006] 为此，本发明提供了适用于分布式能源系统的内燃机热电联产余热回收系统，包括有机
朗肯循环、吸收式
热泵以及第一热水换热器、第二热水换热器、低温烟气换热器和增压空气冷却器，其中：
[0007]
有机朗肯循环包括烟气换热器、膨胀机、第一
冷凝器和工质泵；
[0008] 吸收式热泵包括发生器、第二冷凝器、膨胀
阀、
蒸发器、吸收器、阀
门、溶液泵和溶液交换器；
[0009] 对于有机朗肯循环，其中，烟气换热器的进气口，与内燃机的烟气出口相连通；
[0010] 烟气换热器的工质出口，与膨胀机的工质进口相连通；
[0011] 膨胀机的工质出口，与第一冷凝器的工质进口相连通；
[0012] 第一冷凝器的工质出口，与工质泵的入口相连通；
[0013] 工质泵的出口和烟气换热器的工质进口相连通；
[0014] 对于吸收式热泵，其中，发生器内具有的增压空气流通管路的进口，与
涡轮增压器的出气口相连通；
[0015] 有机朗肯循环的烟气换热器的进气口前还连通有一个烟气旁通支路；
[0016] 该烟气旁通支路，与发生器内具有的烟气流通管路的进口相连通；
[0017] 发生器内具有的烟气流通管路的进口，还与烟气换热器的出气口相连通。
[0018] 其中，发生器内具有的烟气流通管路的出口，通过第一热水换热器，与低温烟气换热器相连通；
[0019] 发生器内具有的增压空气流通管路的出口，通过第二热水换热器，与增压空气冷却器相连通；
[0020] 第一冷凝器的
冷却水出口，分别与低温烟气换热器和增压空气冷却器的冷却水进口相连通；
[0021] 低温烟气换热器和增压空气冷却器的冷却水出口，通过中空的连接管道汇流后，与
蒸发器的冷却水进口相连通；
[0022] 蒸发器的工质进口，通过膨胀阀与第二冷凝器的工质出口相连通；
[0023] 第二冷凝器的工质进口，与发生器的工质出口相连通；
[0024] 蒸发器的工质出口，与吸收器的工质进口相连通。
[0025] 其中，吸收器顶部的第一工质出口，通过阀门与溶液换热器的第一进口相连通；
[0026] 吸收器的第二工质出口，通过溶液泵与溶液换热器的第二进口相连通；
[0027] 溶液换热器的第一出口，通过内部的连接盘管，与溶液换热器的第一进口相连通；
[0028] 溶液换热器的第一出口，与发生器的第一工质进口相连通；
[0029] 溶液换热器的第二出口，通过内部的连接盘管，与溶液换热器的第二进口相连通；
[0030] 溶液换热器的第二出口，与发生器的第二工质进口相连通。
[0031] 由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了适用于分布式能源系统的内燃机热电联产余热回收系统，其主要通过有机朗肯循环，吸收式热泵和若干独立的换热器相互耦合而组成一种高效的余热回收系统，能够依照按质用能的原则，充分利用内燃机的烟气和增压空气的余热，从而节约宝贵的能源，具有良好的节能减排效果，有利于推广应用，具有重大的实践意义。
附图说明
[0032] 图1为本发明提供的适用于分布式能源系统的内燃机热电联产余热回收系统的结构示意图。
具体实施方式
[0033] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0034] 参见图1，本发明提供了适用于分布式能源系统的内燃机热电联产余热回收系统，包括有机朗肯循环、吸收式热泵以及第一热水换热器13、第二热水换热器14、低温烟气换热器15和增压空气冷却器16，其中：
[0035] 有机朗肯循环包括烟气换热器1、膨胀机2、第一冷凝器3和工质泵4；
[0036] 吸收式热泵包括发生器5、第二冷凝器6、膨胀阀7、蒸发器8、吸收器9、阀门10、溶液泵11和溶液交换器12。
[0037] 在本发明中，具体实现上，对于有机朗肯循环，其中，烟气换热器1的进气口，与内燃机100的烟气出口相连通(通过中空的连接管道)；
[0038] 烟气换热器1的工质出口，与膨胀机2的工质进口相连通；
[0039] 膨胀机2的工质出口，与第一冷凝器3的工质进口相连通；
[0040] 第一冷凝器3的工质出口，与工质泵4的入口相连通；
[0041] 工质泵4的出口和烟气换热器1的工质进口相连通。
[0042] 在本发明中，具体实现上，对于吸收式热泵，其中，发生器5内具有的增压空气流通管路(如盘管)的进口，与
涡轮增压器101的出气口相连通；
[0043] 具体实现上，有机朗肯循环的烟气换热器1的进气口前还连通有一个烟气旁通支路；
[0044] 该烟气旁通支路，与发生器5内具有的烟气流通管路(如盘管)的进口相连通(具体可以通过发生器的热源
接口)；
[0045] 发生器5内具有的烟气流通管路的进口，还与烟气换热器1的出气口(用于流出经过换
热处理的中温烟气)相连通(图略)；
[0046] 需要说明的是，对于本发明，吸收式热泵中发生器5的热源分为三股，分别为有机朗肯循环烟气换热器1后的中温烟气、烟气换热器1前旁通的部分高温烟气和涡轮增压器出口的中温增压空气。
[0047] 具体实现上，发生器5内具有的烟气流通管路的出口，通过第一热水换热器13，与低温烟气换热器15相连通；
[0048] 发生器5内具有的增压空气流通管路的出口，通过第二热水换热器14，与增压空气冷却器16相连通。
[0049] 第一冷凝器3的冷却水出口，分别与低温烟气换热器15和增压空气冷却器16的冷却水进口相连通；
[0050] 低温烟气换热器15和增压空气冷却器16的冷却水出口，通过中空的连接管道汇流后，与蒸发器8的冷却水进口相连通；
[0051] 蒸发器8的工质进口，通过膨胀阀7与第二冷凝器6的工质出口相连通；
[0052] 第二冷凝器6的工质进口，与发生器5的工质出口相连通；
[0053] 蒸发器8的工质出口，与吸收器9的工质进口相连通。
[0054] 具体实现上，吸收器9顶部的第一工质出口，通过阀门10与溶液换热器12的第一进口相连通；
[0055] 吸收器9的第二工质出口，通过溶液泵11与溶液换热器12的第二进口相连通；
[0056] 溶液换热器12的第一出口，通过内部的连接盘管，与溶液换热器12的第一进口相连通；
[0057] 溶液换热器12的第一出口，与发生器5的第一工质进口相连通；
[0058] 溶液换热器12的第二出口，通过内部的连接盘管，与溶液换热器12的第二进口相连通；
[0059] 溶液换热器12的第二出口，与发生器5的第二工质进口相连通。
[0060] 具体实现上，吸收器9的热水独立，不与本系统其他部分相连接，热水直接供给用户。
[0061] 对于本发明，需要说明的是，内燃机100的烟气经过有机朗肯循环的烟气换热器1后，继续通入吸收式热泵的发生器5加热溶液。同时有机朗肯循环的烟气换热器1前设有烟气旁通支路，用于将一部分高温烟气作为发生器5中的热源，从而调控进入发生器5的热量，使得吸收式热泵蒸发器8的低温吸热量和发生器5的高温吸热量平衡。
[0062] 烟气和增压空气流路上的低温烟气换热器15和增压空气冷却器16中的冷
流体都是有机朗肯循环中的冷却水。有机朗肯循环中的冷却水在通过有机工质的第一冷凝器3后，分成并联的两路，分别通过低温烟气换热器15和增压空气冷却器16，然后再汇合成一股冷却水。
[0063] 在本发明中，有机朗肯循环通过回收内燃机部分烟气的高温段余热，加热有机工质进而推动膨胀机2做功发电，为用户提供
电能；做功后的工质乏汽在第一冷凝器3中被冷却，再被工质泵4加压，重新输送到烟气换热器1中，被烟气加热蒸发。
[0064] 在本发明中，吸收式热泵的发生器5，吸收涡轮增压器101出口增压空气的中温段热量和通过有机朗肯循环中烟气换热器1后的内燃机烟气中温段热量，以及部分从烟气换热器1旁通的高温烟气热量，以这些余热作为吸收式热泵的驱动热源。旁通的高温烟气主要是为了调控发生器5的吸热量，从而和吸收式热泵的蒸发器8的低温吸热量相平衡。吸收式热泵的蒸发器8需要吸收低温热量，因此将有机朗肯循环的冷凝热，以及烟气和增压空气的低温段余热作为其低温热源。
[0065] 在本发明中，有机朗肯循环的低温冷却水，首先通过第一冷凝器3带走有机工质冷凝热，然后分成两股：一股通过低温烟气换热器15回收烟气的低温段热量，另一股通过增压空气冷却器16回收增压空气的低温段热量。然后，两股冷却水再次汇合并继续通过吸收式热泵的蒸发器8，同时将其所携带的低温余热传递给吸收式热泵，作为其低温热源。
[0066] 在本发明中，在烟气的流通路径上，在吸收式热泵的发生器5和低温烟气换热器15之间设有一个第一热水换热器13，用于吸收烟气的中低温段热量并生产生活用热水；在增压空气的流通路径上，在吸收式热泵的发生器5和增压空气冷却器16之间也设有一个第二热水换热器14，用于吸收增压空气的中低温段热量并生产生活用热水。
[0067] 对于本发明，任意两个相互连通的部件之间，通过中空的连接管道相连通。
[0068] 需要说明的是，本发明针对现有技术存在的问题，根据按质用能，
梯级利用的原则并结合用户用能的具体需求，提出多种技术耦合的新型余热回收系统，通过将烟气和增压空气各个温度段的余
热能均进行了充分合理的利用，并同时将有机朗肯循环的冷凝热也进行了深度利用，大大提高了内燃机余热的利用率，充分利用内燃机的余热。达到了节能减排的效果。
[0069] 对于本发明提供的余热回收系统，首先通过有机朗肯循环的蒸发器回收大部分内燃机烟气的高温段余热。然后，用另外少部分烟气的高温段余热，以及剩余烟气的中温段余热和增压空气的中温段余热作为吸收式热泵中发生器的热源。再用中低温段的烟气和增压空气，去加热生活用热水，最后再用低温段的烟气和增压空气，去作为吸热式热泵的低温热源。
[0070] 其中，吸收式热泵的发生器由少部分烟气的高温段余热，以及烟气和增压空气的中温段余热驱动；吸收式热泵的低温热源由有机朗肯循环的冷凝热，以及烟气和增压空气的低温段热量提供。本发明的余热回收系统可按照能量品质充分梯级利用内燃机的不同热源，显著提高内燃机的整体能源效率。
[0071] 为了更加清楚地理解本发明的技术方案，以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体
实施例，对本发明做进一步阐述。
[0072] 针对某发电用
天然气燃料内燃机，其烟气出口温度大概在500℃左右。将其连接到有机朗肯循环中的烟气换热器1中，作为有机朗肯循环的热源。高温烟气将有机工质加热成高温高压的气体，然后工质流入膨胀机2中膨胀做功发电，为用户供电。膨胀机2后连接冷凝器3，使得做功后的工质在此冷却成液态。在第一冷凝器3后连接工质泵4，用于将工质加压再次输送到烟气换热器1中。
[0073] 烟气经过有机朗肯循环的烟气换热器1换热后，出口温度大约在180℃左右，足以作为吸收式热泵的驱动热源。因此，烟气继续通入吸收式热泵的发生器5中加热溶液。有机朗肯循环的烟气换热器1前设有烟气旁通支路，用于将一部分高温烟气通入吸收式热泵的发生器5中，从而调控进入到发生器5的热量，使得吸收式热泵蒸发器8的低温吸热量和发生器5的高温吸热量平衡。出涡轮增压器101后的增压空气的温度大约在150℃左右，足以作为吸收式热泵的驱动热源。因此，同样将增压空气通入吸收式热泵的发生器5加热溶液。发生器5中的溶液受热蒸发出气态工质，然后流入到第二冷凝器6中，被冷凝成液态并放出热量供用户使用；在第二冷凝器6后依此连接膨胀阀7和蒸发器8，工质在膨胀阀7后压
力下降，然后在蒸发器8中蒸发并吸收来自有机朗肯循环的冷却水的低温热量。在蒸发器8后连接吸收器9，工质在此处被溶液吸收并放热，供用户使用。
[0074] 通过发生器5后的烟气和增压空气的温度，降到大约100℃左右，将它们分别通入第一热水换热器13和第二热水换热器14中，加热生活用热水，为用户提供热水需求。从第一热水换热器13和第二热水换热器14中出来的烟气和增压空气的温度大概在50℃左右，将它们分别通入低温烟气换热器15和增压空气冷却器16中，从而与有机朗肯循环中第一冷凝器3出口的冷却水换热，将烟气的低温热量传递给冷却水。
[0075] 在有机朗肯循环的冷却水回路上，首先连接有冷凝器3，然后分成两路：一路上连接低温烟气换热器15，另一路连接增压空气冷却器16，分别用以回收两股热源30～50℃左右的低温余热。两股冷却水在两个低温烟气换热器15和增压空气冷却器16后再次汇合，并继续通过吸收式热泵的蒸发器8，向蒸发器8释放低温的余热。
[0076] 综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的适用于分布式能源系统的内燃机热电联产余热回收系统，其主要通过有机朗肯循环，吸收式热泵和若干独立的换热器相互耦合而组成一种高效的余热回收系统，能够依照按质用能的原则，充分利用内燃机的烟气和增压空气的余热，从而节约宝贵的能源，具有良好的节能减排效果，有利于推广应用，具有重大的实践意义。
[0077] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
