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一种耦合式节能系统

阅读：862发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种耦合式节能系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种耦合式节能系统，包括天然气内燃机分布式能源系统和天然气蒸汽锅炉系统，两者通过分层水箱进行耦合，分层水箱内设有设有远传式液位计，天然气内燃机分布式能源系统包括内燃发电机组、第一换热器、紧急散热器和第二换热器，第一换热器对烟气冷却，紧急散热器和第二换热器形成内燃发电机组气缸的冷却循环，天然气蒸汽锅炉系统包括天然气锅炉、第三换热器、疏水装置、除铁离子装备、软水器和软化水箱，自来水经第一三通阀分别连通设置在分层水箱内的第四换热器进水端和软水器，第四换热器出水端连通软水器。本发明利用内燃机余热产生的热水加热蒸汽锅炉补充水，降低溢流水温度的同时，减少热能浪费，降低锅炉气耗率，提高了整体系统的能效。，下面是一种耦合式节能系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种耦合式节能系统，其特征在于：包括天然气内燃机分布式能源系统和天然气蒸汽锅炉系统，两者通过分层水箱（6）进行耦合，所述分层水箱（6）内设有设有远传式液位计（9），所述天然气内燃机分布式能源系统包括内燃发电机组（1）、第一换热器（2）、紧急散热器（3）和第二换热器（4），所述第一换热器（2）对烟气冷却，所述紧急散热器（3）和所述第二换热器（4）形成所述内燃发电机组（1）气缸的冷却循环，所述天然气蒸汽锅炉系统包括天然气锅炉（11）、第三换热器（12）、疏水装置（14）、除铁离子装备（15）、软水器（16）和软化水箱（17），自来水经第一三通阀（19）分别连通设置在所述分层水箱（6）内的第四换热器（10）进水端和所述软水器（16），所述第四换热器（10）出水端连通所述软水器（16）。
2.根据权利要求1所述一种耦合式节能系统，其特征在于：所述分层水箱（6）为一体式水箱结构，包括水箱本体（61），为三层结构，上侧为高温水箱（611），下侧为低温水箱（612），中间为分隔层（613），所述高温水箱（611）在其对立端角上下错位的设有高温进水口（6111）和高温出水口（6112），所述高温进水口（6111）位于上侧，所述低温水箱（612）在其对立端角上下错位的设有低温进水口（6121）和低温出水口（6122），所述低温进水口（6121）位于上侧，且与所述高温进水口（6111）同侧，所述分隔层（613）包括上隔板（6131）和下隔板（6132），所述上隔板（6131）近所述高温出水口（6112）处设有上隔板开孔（62），所述下隔板（6132）近所述低温进水口（6112）处设有下隔板开孔（63）。
3.根据权利要求2所述一种耦合式节能系统，其特征在于：所述上隔板开孔（2）和所述下隔板开孔（3）均为等腰直角三角形开孔，其腰长为400-600mm。
4.根据权利要求2所述一种耦合式节能系统，其特征在于：所述第四换热器（10）和所述远传式液位计（9）均设置在所述高温水箱（611）内。
5.根据权利要求1所述一种耦合式节能系统，其特征在于：所述分层水箱（6）上侧还设有一溢流口。
6. 根据权利要求1所述一种耦合式节能系统，其特征在于：所述天然气锅炉（11）烟气经所述第三换热器（12）换热后由其上烟囱（13）排出。
7.根据权利要求1所述一种耦合式节能系统，其特征在于：所述疏水装置（14）回收所述第三换热器（13）的冷凝水输送至所述软化水箱（17），所述软化水箱（17）中的水被所述第三换热器（13）加热后送至所述天然气锅炉（11）回用。
8.根据权利要求2所述一种耦合式节能系统，其特征在于：所述第一换热器（2）的水流进口连通所述高温进水口（6111），所述高温出水口（6112）通过供热循环水泵（7）连通第五换热器（8）进水口，所述第五换热器（8）出水口连通所述低温进水口（6121），所述低温出水口（6122）通过加热循环水泵（5）连通所述第一换热器（2）进水口。
9.根据权利要求2所述一种耦合式节能系统，其特征在于：所述软化水箱（17）与所述第三换热器（12）之间设有给水泵（18）。
10.根据权利要求2所述一种耦合式节能系统，其特征在于：所述内燃发电机组（1）为
400kw内燃发电机组，所述第一换热器（2）为230kw烟气热水换热器，所述第二换热器（4）为
240kw板式换热器；所述第三换热器（12）为烟气热水换热器，所述第四换热器（10）为盘管换热器，所述第五换热器（8）为供热换热器。

说明书全文

一种耦合式节能系统

技术领域

[0001] 本发明涉及供热领域，特别涉及一种耦合式节能系统。

背景技术

[0002] 在企业单位中，根据生产生活需求往往同时存在各种用能需求，根据负荷分析匹配，从能源高效利用角度，进行能源站建设，在同时存在一定用电负荷，热水采暖负荷，蒸汽负荷需求的情况下：设置天然气内燃机分布式能源系统，根据用电及热水负荷选择合适天然气内燃机组供电，内燃机烟气与缸套水通过换热产生热水进行供热，设置天然气蒸汽锅炉，根据蒸汽负荷供应蒸气，目前，两个系统相互独立没有联系。

[0003] 但是，天然气内燃机组机组需在满负荷工况附近才有较高的能源效率，为保证高效运行，机组最好满负荷运行，此时机组供电、供热水能力基本固定。

[0004] 然而负荷需求往往是波动的，常常会出现一种情况电力可完全消纳，但是此时余热热水需求不足无法完全消纳。

[0005] 而天然气蒸汽锅炉补充水温度为常温，如果提升补充水温度，可以减少天然气锅炉本身的燃气消耗量。

[0006] 故而，如何将两者耦合实现节能，则是一项难题。

[0007] 并且，天然气蒸汽锅炉中天然气在锅炉炉膛燃烧后经过换热产生蒸汽后，烟气经过烟道由烟囱排放，而天然气锅炉排烟温度有150℃左右，属于低温余热资源，对此，我们应加以利用。

发明内容

[0008] 本发明为解决上述问题，提供一种耦合式节能系统，利用内燃机余热产生的热水加热蒸汽锅炉补充水，降低溢流水温度的同时，减少热能浪费，降低锅炉气耗率，提高了整体系统的能效。

[0009] 并且，分层水箱的应用上，减小占地面积，同时实现高低温水箱的联通，高低温水箱总容积不变，整体调节能力强，并且降低了生产成本。

[0010] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种耦合式节能系统，包括天然气内燃机分布式能源系统和天然气蒸汽锅炉系统，两者通过分层水箱进行耦合，分层水箱内设有设有远传式液位计，天然气内燃机分布式能源系统包括内燃发电机组、第一换热器、紧急散热器和第二换热器，第一换热器对烟气冷却，紧急散热器和第二换热器形成内燃发电机组气缸的冷却循环，天然气蒸汽锅炉系统包括天然气锅炉、第三换热器、疏水装置、除铁离子装备、软水器和软化水箱，自来水经第一三通阀分别连通设置在分层水箱内的第四换热器进水端和软水器，第四换热器出水端连通软水器。

[0011] 进一步地，分层水箱为一体式水箱结构，包括水箱本体，为三层结构，上侧为高温水箱，下侧为低温水箱，中间为分隔层，高温水箱在其对立端角上下错位的设有高温进水口和高温出水口，高温进水口位于上侧，低温水箱在其对立端角上下错位的设有低温进水口和低温出水口，低温进水口位于上侧，且与高温进水口同侧，分隔层包括上隔板和下隔板，上隔板近高温出水口处设有上隔板开孔，下隔板近低温进水口处设有下隔板开孔。

[0012] 进一步地，上隔板开孔和下隔板开孔均为等腰直角三角形开孔，其腰长为400-600mm。

[0013] 进一步地，第四换热器和远传式液位计均设置在高温水箱内。

[0014] 进一步地，分层水箱上侧还设有一溢流口。

[0015] 进一步地，天然气锅炉烟气经第三换热器换热后由其上烟囱排出。

[0016] 进一步地，疏水装置回收第三换热器的冷凝水输送至软化水箱，软化水箱中的水被第三换热器加热后送至天然气锅炉回用。

[0017] 进一步地，第一换热器的水流进口连通高温进水口，高温出水口通过供热循环水泵连通第五换热器进水口，第五换热器出水口连通低温进水口，低温出水口通过加热循环水泵连通第一换热器进水口。

[0018] 进一步地，软化水箱与所述第三换热器之间设有给水泵。

[0019] 进一步地，内燃发电机组为400kw内燃发电机组，第一换热器为230kw烟气热水换热器，第二换热器为240kw板式换热器；第三换热器为烟气热水换热器，第四换热器为盘管换热器，第五换热器为供热换热器。

[0020] 综上所述，本发明具备以下优点：本发明利用内燃机余热产生的热水加热蒸汽锅炉补充水，降低溢流水温度的同时，减少热能浪费，降低锅炉气耗率，提高了整体系统的能效。

[0021] 并且，分层水箱的应用上，减小占地面积，同时实现高低温水箱的联通，高低温水箱总容积不变，整体调节能力强，并且降低了生产成本。

[0022] 天然气蒸汽锅炉系统中，对烟气排出温度大幅度减低，实现烟气余热深度利用，同时对冷凝水回收利用，将冷凝水回送至锅炉内，整体利用率更高，并能够降低成本。附图说明

[0023] 图1是本发明结构示意图；图2是分层水箱结构示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：实施例1：
一种耦合式节能系统，如图1所示，包括天然气内燃机分布式能源系统和天然气蒸汽锅炉系统，两者通过分层水箱6进行耦合，分层水箱6内设有设有远传式液位计9，远传式液位计与控制系统连接。

[0025] 具体的，参照附图1，天然气内燃机分布式能源系统包括内燃发电机组1、第一换热器2、紧急散热器3和第二换热器4，第一换热器2对烟气冷却，紧急散热器3和第二换热器4形成内燃发电机组1气缸的冷却循环，在冷却循环上，气缸冷却水进水温度84℃，即紧急散热器后端出水为84℃，对气缸进行冷却后，温度升高，出水温度92℃。

[0026] 余热利用时出水经过三通阀，92℃水进入第二换热器4用来对低温侧水进行加热，温度降低。

[0027] 而控制系统利用三通阀及紧急散热器，控制水温降为84℃后继续进入内燃机气缸循环。

[0028] 而第二换热器处，低温侧水由55℃加热至75℃，具体进入分层水箱。

[0029] 同时，内燃发电机组燃烧膨胀带动发电机发电，燃烧后烟气温度451℃ ，高温烟气经过第一换热器对水进行加热，水温55℃加热至75℃，烟气温度降低经烟囱排放以上，而75℃热水汇合进入分层水箱。

[0030] 继续参照附图1，天然气蒸汽锅炉系统包括天然气锅炉11、第三换热器12、疏水装置14、除铁离子装备15、软水器16和软化水箱17，自来水经第一三通阀19分别连通设置在分层水箱6内的第四换热器10进水端和软水器16，第四换热器10出水端连通所述软水器16。

[0031] 在天然气蒸汽锅炉系统自身运转机制上，天然气在天然气锅炉11内燃烧后经过烟道排放到大气，烟气温度150℃，而烟道上第三换热器12将烟气由150℃降至50℃，由烟囱13排放，即天然气锅炉 11烟气经第三换热器12换热后由其上烟囱13排出，温度为50℃。

[0032] 烟气降温过程中，其中所含水蒸气会发生凝结，同时释放气化潜热，换热器底部设置疏水装置回收冷凝水，冷凝水管道经除铁离子装置除铁，然后软水器的进水管与锅炉补充水一起经过软化后排入软化水箱5。

[0033] 软化水箱内的软化水给水泵18输送经过换热器的水道经过烟气余热换热加热后送入天然气锅炉11内。

[0034] 在实现两者的耦合上，参照附图2，分层水箱6为一体式水箱结构，包括水箱本体61，为三层结构，上侧为高温水箱611，下侧为低温水箱612，中间为分隔层613。

[0035] 高温水箱611在其对立端角上下错位的设有高温进水口6111和高温出水口6112，高温进水口6111位于上侧，低温水箱612在其对立端角上下错位的设有低温进水口6121和低温出水口6122，低温进水口6121位于上侧，且与高温进水口6111同侧。

[0036] 分隔层613包括上隔板6131和下隔板6132，上隔板6131近高温出水口6112处设有上隔板开孔62，下隔板6132近低温进水口6112处设有下隔板开孔63水箱本体61。

[0037] 在连接机制上，第一换热器2的水流进口连通高温进水口6111，高温出水口6112通过供热循环水泵7连通第五换热器8进水口，第五换热器8出水口连通低温进水口6121，低温出水口6122通过加热循环水泵5连通第一换热器2进水口。

[0038] 而且上隔板开孔2和下隔板开孔3均为等腰直角三角形开孔，其腰长为400-600mm。

[0039] 第四换热器10和远传式液位计9均设置在高温水箱611内，且分层水箱6上侧还设有一溢流口。

[0040] 在自来水的进水设置上，20℃的自来水通过第一三通阀19经第四换热器可以上升至25℃，随后与冷凝水一同进入软化器后软化后进入软化水箱，有效的减少气耗率，实现节能。

[0041] 具体的，在远传式液位计的作用下，当液位低于溢流口液位15cm时，控制第一三通阀切换自来水直接进入软水器。

[0042] 当高温水量过多发生溢流时，分层水箱中液位达到溢流口液位时，控制三通阀将自来水切换经过第四换热器，自来水经过加热后水温由20℃升至25℃，再进入软水器，同时溢流水温度降低。

[0043] 这样热水无法完全利用时，天然气蒸汽锅炉补充水温度升高，气耗率降低，提高了系统整体能效。

[0044] 结合天然气燃烧烟气余热回收利用对天然气蒸汽锅炉系统进一步说明：大气压0.103MPa，空气中氧气体积分数21%，质量分数23%，空气密度1.293kg/Nm3，烟气温度150℃，锅炉用天然气成分分析如下表1。

[0045] 表1：锅炉天然气成分分析表1Nm3天然气燃烧需空气量10.89Nm3，生成烟气体积11.91Nm3，其中水蒸气体积
2.04Nm3，干烟气体积9.87Nm3，水蒸气质量1.64kg。

[0046] 经过使用换热器烟气降至50℃，其中0.565kg水蒸气发生凝结。

[0047] 干烟气放热1358kJ，水蒸气放热1659.28kJ，可回收热量3088kJ，可回收冷凝水0.565kg。

[0048] 对其节能降耗进行分析，以3t/h天然气锅炉为例：立式天然气锅炉3t/h，蒸汽参数0.8MPa、175℃、焓值2773kJ/kg，锅炉效率92%，排烟温度150℃,锅炉天然气耗率84Nm3/t，天然气锅炉过量空气系数1.1，锅炉给水温度20℃。

[0049] 根据锅炉热平衡方程分析，烟气余热后锅炉天然气耗率为76.77Nm3/t，汽耗率下降8.6%，可回收冷凝水130kg/h。

[0050] 值得一提的是，内燃发电机组1为400kw内燃发电机组，第一换热器2为230kw烟气热水换热器，第二换热器4为240kw板式换热器；第三换热器12为烟气热水换热器，第四换热器10为盘管换热器，第五换热器8为供热换热器。

[0051] 综上所述，利用内燃机余热产生的热水加热蒸汽锅炉补充水，降低溢流水温度的同时，减少热能浪费，降低锅炉气耗率，提高了整体系统的能效。

[0052] 并且，分层水箱的应用上，减小占地面积，同时实现高低温水箱的联通，高低温水箱总容积不变，整体调节能力强，并且降低了生产成本。

[0053] 天然气蒸汽锅炉系统中，对烟气排出温度大幅度减低，实现烟气余热深度利用，同时对冷凝水回收利用，将冷凝水回送至锅炉内，整体利用率更高，并能够降低成本。

[0054] 上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

[0055] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

[0056] 对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0057] 应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

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