内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910384666.4 (22)申请日 2019.05.09 (71)申请人 华电电力科学研究院有限公司 地址 310030 浙江省杭州市西湖区西湖科 技经济园西园一路10号 (72)发明人 林达周宇昊张钟平牟敏 柯冬冬李欣璇 (74)专利代理机构 杭州天欣专利事务所(普通 合伙) 33209 代理人 张狄峰 (51)Int.Cl. F03G 5/00(2006.01) F02G 5/02(2006.01) F01K 25/10(2006.01) F25B 15/06(20。

2、06.01) (54)发明名称 一种内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗 肯循环系统 (57)摘要 本发明公开一种内燃机烟气及缸套水余热 利用有机朗肯循环系统， 为了解决常规的内燃机 三联供系统在过渡季余热无法有效利用的问题。 本发明包括内燃机， 烟气热水型溴化锂机组， 有 机朗肯循环膨胀机， 发电机， 工质泵， 储液罐， 有 机朗肯循环缸套水热源换热器， 有机朗肯循环烟 气热源换热器， 有机朗肯循环回热器， 有机朗肯 循环冷凝器， 内燃机缸套水板式换热器， 冷却塔； 采用有机朗肯循环系统在过渡季回收内燃机缸 套水和烟气余热。 本发明有效回收过渡季由于无 法开启溴化锂机组所无法回收的内燃机烟气及 。

3、缸套水余热， 大大提高整个系统的一次能源利用 率， 实现了能源的梯级利用， 增加了发电功率。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 110206698 A 2019.09.06 CN 110206698 A 1.一种内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统， 其特征是， 包括内燃机 （1） ， 烟气热水型溴化锂机组 （2） ， 有机朗肯循环膨胀机 （3） ， 发电机 （4） ， 工质泵 （5） ， 储液罐 （6） ， 有机朗肯循环缸套水热源换热器 （21） ， 有机朗肯循环烟气热源换热器 （22） ， 有机朗肯循环 回热器 （23） ， 有机朗肯循环冷凝器 （24） ， 内燃机缸套水板。

4、式换热器 （25） ， 冷却塔 （26） ； 所述 内燃机 （1） 的烟气出口经过烟气溴化锂支路阀门 （11） 与烟气热水型溴化锂机组 （2） 的烟气 进口连通， 所述内燃机 （1） 的缸套水出口经过缸套水溴化锂支路阀门 （13） 与烟气热水型溴 化锂机组 （2） 的进水口连通； 所述所述内燃机 （1） 的烟气出口还经过烟气有机朗肯循环支路 阀门 （12） 与有机朗肯循环烟气热源换热器 （22） 连通， 所述内燃机 （1） 的缸套水出口还经过 缸套水有机朗肯循环支路阀门 （15） 与有机朗肯循环缸套水热源换热器 （21） 连通， 所述有机 朗肯循环缸套水热源换热器 （21） 、 有机朗肯循环烟。

5、气热源换热器 （22） 、 有机朗肯循环膨胀 机 （3） 、 有机朗肯循环回热器 （23） 和有机朗肯循环冷凝器 （24） 依次连接， 所述有机朗肯循环 冷凝器 （24） 、 储液罐 （6） 、 工质泵 （5） 、 有机朗肯循环回热器 （23） 和有机朗肯循环缸套水热源 换热器 （21） 依次连接， 所述有机朗肯循环烟气热源换热器 （22） 还经过有机朗肯循环旁通阀 门 （19） 与有机朗肯循环回热器 （23） 连通， 所述发电机 （4） 与有机朗肯循环膨胀机 （3） 连接， 所述内燃机 （1） 还与内燃机缸套水板式换热器 （25） 连接， 所述内燃机缸套水板式换热器 （25） 与冷却塔 （2。

6、6） 连接， 所述冷却塔 （26） 与有机朗肯循环冷凝器 （24） 连通。 2.根据权利要求1所述的内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统， 其特征是， 所述内燃机 （1） 的缸套水出口与有机朗肯循环缸套水热源换热器 （21） 之间的管路上安装有 溴化锂支路事故工况阀门 （14） ， 所述内燃机缸套水板式换热器 （25） 的进水口安装有有机朗 肯循环事故工况阀门 （16） 。 3.根据权利要求1所述的内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统， 其特征是， 所述有机朗肯循环冷凝器 （24） 与冷却塔 （26） 之间的管路上安装有有机朗肯循环冷却水阀 门 （17） 和有机朗肯循环事故工况冷却。

7、水阀门 （18） 。 4.根据权利要求1所述的内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统， 其特征是， 内燃机 （1） 的烟气通过烟气溴化锂支路阀门 （11） 进入烟气热水型溴化锂机组 （2） 进行余热 利用， 进而提供冷热， 此时烟气溴化锂支路阀门 （11） 打开， 烟气有机朗肯循环支路阀门 （12） 关闭； 内燃机 （1） 的缸套水通过缸套水溴化锂支路阀门 （13） 进入烟气热水型溴化锂机组 （2） 进行余热利用， 进而提供冷热， 此时缸套水溴化锂支路阀门 （13） 打开， 缸套水有机朗肯循环 支路阀门 （15） 关闭。 5.根据权利要求1所述的内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统，。

8、 其特征是， 内燃机 （1） 的烟气通过烟气有机朗肯循环支路阀门 （12） 进入有机朗肯循环烟气热源换热器 （22） 换热， 此时烟气溴化锂支路阀门 （11） 关闭， 烟气有机朗肯循环支路阀门 （12） 打开； 内燃 机 （1） 的缸套水通过缸套水有机朗肯循环支路阀门 （15） 进入有机朗肯循环缸套水热源换热 器 （21） 换热， 此时缸套水溴化锂支路阀门 （13） 和有机朗肯循环事故工况阀门 （16） 关闭， 缸 套水有机朗肯循环支路阀门 （15） 打开。 6.根据权利要求5所述的内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统， 其特征是， 有机工质依次通过有机朗肯循环缸套水热源换热器 （21）。

9、 、 有机朗肯循环烟气热源换热器 （22） 被加热至过热状态， 过热工质通过有机朗肯循环膨胀机 （3） 做功发电， 之后进入有机朗 肯循环回热器 （23） ， 再进入有机朗肯循环冷凝器 （24） 冷凝成液态， 液态有机工质通过工质 权利要求书 1/2 页 2 CN 110206698 A 2 泵 （5） 增压后， 回到有机朗肯循环回热器 （23） ， 最后回到有机朗肯循环缸套水热源换热器 （21） 完成循环； 其中有机朗肯循环回热器 （23） 通过做功后的过热有机工质预加热有机朗肯 循环冷凝器 （24） 后的液态工质； 在事故工况下， 有机朗肯循环旁通阀门 （19） 开启， 保护有机 朗肯循环。

10、膨胀机 （3） ， 使其不会受损。 7.根据权利要求6所述的内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统， 其特征是， 有机朗肯循环缸套水热源换热器 （21） 和有机朗肯循环烟气热源换热器 （22） 按顺序由低温 至高温布置， 因为缸套水温度往往低于烟气温度， 有机朗肯循环缸套水热源换热器 （21） 设 计使有机工质加热至饱和蒸汽状态或者未至饱和蒸汽状态， 这样能提高有机朗肯循环膨胀 机 （3） 压比， 进而增加系统发电功率。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110206698 A 3 一种内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统 技术领域 0001 本发明涉及一种内燃机烟气及缸套水余热利用。

11、有机朗肯循环系统， 适用于过渡季 内燃机烟气及缸套水余热利用。 背景技术 0002 内燃机三联供作为分布式能源的一种， 主要以天然气为燃料带动燃气内燃机发电 机设备运行， 产生的电力供应用户的电力需求， 系统发电后排出的余热通过余热回收利用 设备(溴化锂机)向用户供热、 供冷， 如申请号为21820837173.2的中国专利。 通过这种方式 大大提高整个系统的一次能源利用率， 实现了能源的梯级利用。 还可以提供并网电力作能 源互补， 整个系统的经济收益及效率均相应增加。 0003 但是过渡季时由于没有冷热负荷， 溴化锂机组不需要开启， 导致内燃机余热无法 有效得到利用。 此外由于天然气价格较高。

12、， 导致内燃机发电成本较高。 如果余热无法得到有 效利用， 或者系统的一次能源利用率较低时， 内燃机三联供分布式能源站往往会处于亏损 状态。 而内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统能有效改变这一现状。 发明内容 0004 本发明的目的在于解决常规的内燃机三联供系统在过渡季余热无法有效利用， 而 提供一种内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统， 采用有机朗肯循环系统在过渡 季回收内燃机缸套水和烟气余热。 0005 本发明解决上述问题所采用的技术方案是： 一种内燃机烟气及缸套水余热利用有 机朗肯循环系统， 其特征是， 包括内燃机， 烟气热水型溴化锂机组， 有机朗肯循环膨胀机， 发 电机，。

13、 工质泵， 储液罐， 有机朗肯循环缸套水热源换热器， 有机朗肯循环烟气热源换热器， 有 机朗肯循环回热器， 有机朗肯循环冷凝器， 内燃机缸套水板式换热器， 冷却塔； 所述内燃机 的烟气出口经过烟气溴化锂支路阀门与烟气热水型溴化锂机组的烟气进口连通， 所述内燃 机的缸套水出口经过缸套水溴化锂支路阀门与烟气热水型溴化锂机组的进水口连通； 所述 所述内燃机的烟气出口还经过烟气有机朗肯循环支路阀门与有机朗肯循环烟气热源换热 器连通， 所述内燃机的缸套水出口还经过缸套水有机朗肯循环支路阀门与有机朗肯循环缸 套水热源换热器连通， 所述有机朗肯循环缸套水热源换热器、 有机朗肯循环烟气热源换热 器、 有机朗肯。

14、循环膨胀机、 有机朗肯循环回热器和有机朗肯循环冷凝器依次连接， 所述有机 朗肯循环冷凝器、 储液罐、 工质泵、 有机朗肯循环回热器和有机朗肯循环缸套水热源换热器 依次连接， 所述有机朗肯循环烟气热源换热器还经过有机朗肯循环旁通阀门与有机朗肯循 环回热器连通， 所述发电机与有机朗肯循环膨胀机连接， 所述内燃机还与内燃机缸套水板 式换热器连接， 所述内燃机缸套水板式换热器与冷却塔连接， 所述冷却塔与有机朗肯循环 冷凝器连通。 0006 进一步的， 所述内燃机的缸套水出口与有机朗肯循环缸套水热源换热器之间的管 路上安装有溴化锂支路事故工况阀门， 所述内燃机缸套水板式换热器的进水口安装有有机 说明书 。

15、1/4 页 4 CN 110206698 A 4 朗肯循环事故工况阀门。 0007 进一步的， 所述有机朗肯循环冷凝器与冷却塔之间的管路上安装有有机朗肯循环 冷却水阀门和有机朗肯循环事故工况冷却水阀门。 0008 进一步的， 内燃机的烟气通过烟气溴化锂支路阀门进入烟气热水型溴化锂机组进 行余热利用， 进而提供冷热， 此时烟气溴化锂支路阀门打开， 烟气有机朗肯循环支路阀门关 闭； 内燃机的缸套水通过缸套水溴化锂支路阀门进入烟气热水型溴化锂机组进行余热利 用， 进而提供冷热， 此时缸套水溴化锂支路阀门打开， 缸套水有机朗肯循环支路阀门关闭。 0009 进一步的， 内燃机的烟气通过烟气有机朗肯循环支。

16、路阀门进入有机朗肯循环烟气 热源换热器换热， 此时烟气溴化锂支路阀门关闭， 烟气有机朗肯循环支路阀门打开； 内燃机 的缸套水通过缸套水有机朗肯循环支路阀门进入有机朗肯循环缸套水热源换热器换热， 此 时缸套水溴化锂支路阀门和有机朗肯循环事故工况阀门关闭， 缸套水有机朗肯循环支路阀 门打开。 0010 进一步的， 有机工质依次通过有机朗肯循环缸套水热源换热器、 有机朗肯循环烟 气热源换热器被加热至过热状态， 过热工质通过有机朗肯循环膨胀机做功发电， 之后进入 有机朗肯循环回热器， 再进入有机朗肯循环冷凝器冷凝成液态， 液态有机工质通过工质泵 增压后， 回到有机朗肯循环回热器， 最后回到有机朗肯循环。

17、缸套水热源换热器完成循环； 其 中有机朗肯循环回热器通过做功后的过热有机工质预加热有机朗肯循环冷凝器后的液态 工质； 在事故工况下， 有机朗肯循环旁通阀门开启， 保护有机朗肯循环膨胀机， 使其不会受 损。 0011 进一步的， 有机朗肯循环缸套水热源换热器和有机朗肯循环烟气热源换热器应按 此顺序由低温至高温布置， 因为缸套水温度往往低于烟气温度， 有机朗肯循环缸套水热源 换热器设计时应该使有机工质加热至饱和蒸汽状态或者未至饱和蒸汽状态， 这样能提高有 机朗肯循环膨胀机压比， 进而增加系统发电功率。 0012 本发明与现有技术相比， 具有以下优点和效果：（1） 有效回收过渡季由于无法开启 溴化锂。

18、机组所无法回收的内燃机烟气及缸套水余热；（2） 通过这种方式大大提高整个系统 的一次能源利用率， 实现了能源的梯级利用， 增加了发电功率。 附图说明 0013 图1是本发明实施例的结构示意图。 0014 图中： 内燃机1， 烟气热水型溴化锂机组2， 有机朗肯循环膨胀机3， 发电机4， 工质泵 5， 储液罐6， 烟气溴化锂支路阀门11， 烟气有机朗肯循环支路阀门12， 缸套水溴化锂支路阀 门13， 溴化锂支路事故工况阀门14， 缸套水有机朗肯循环支路阀门15， 有机朗肯循环事故工 况阀门16， 有机朗肯循环冷却水阀门17， 有机朗肯循环事故工况冷却水阀门18， 有机朗肯循 环旁通阀门19， 有机。

19、朗肯循环缸套水热源换热器21， 有机朗肯循环烟气热源换热器22， 有机 朗肯循环回热器23， 有机朗肯循环冷凝器24， 内燃机缸套水板式换热器25， 冷却塔26。 具体实施方式 0015 下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明， 以下实施例是对本发 明的解释而本发明并不局限于以下实施例。 说明书 2/4 页 5 CN 110206698 A 5 0016 参见图1， 本实施例中的一种内燃机烟气及缸套水余热利用有机朗肯循环系统， 其 特征是， 包括内燃机1， 烟气热水型溴化锂机组2， 有机朗肯循环膨胀机3， 发电机4， 工质泵5， 储液罐6， 有机朗肯循环缸套水热源换热器21， 有机。

20、朗肯循环烟气热源换热器22， 有机朗肯 循环回热器23， 有机朗肯循环冷凝器24， 内燃机缸套水板式换热器25， 冷却塔26； 内燃机1的 烟气出口经过烟气溴化锂支路阀门11与烟气热水型溴化锂机组2的烟气进口连通， 内燃机1 的缸套水出口经过缸套水溴化锂支路阀门13与烟气热水型溴化锂机组2的进水口连通； 内 燃机1的烟气出口还经过烟气有机朗肯循环支路阀门12与有机朗肯循环烟气热源换热器22 连通， 内燃机1的缸套水出口还经过缸套水有机朗肯循环支路阀门15与有机朗肯循环缸套 水热源换热器21连通， 有机朗肯循环缸套水热源换热器21、 有机朗肯循环烟气热源换热器 22、 有机朗肯循环膨胀机3、 有。

21、机朗肯循环回热器23和有机朗肯循环冷凝器24依次连接， 有 机朗肯循环冷凝器24、 储液罐6、 工质泵5、 有机朗肯循环回热器23和有机朗肯循环缸套水热 源换热器21依次连接， 有机朗肯循环烟气热源换热器22还经过有机朗肯循环旁通阀门19与 有机朗肯循环回热器23连通， 发电机4与有机朗肯循环膨胀机3连接， 内燃机1还与内燃机缸 套水板式换热器25连接， 内燃机缸套水板式换热器25与冷却塔26连接， 冷却塔26与有机朗 肯循环冷凝器24连通。 0017 内燃机1的缸套水出口与有机朗肯循环缸套水热源换热器21之间的管路上安装有 溴化锂支路事故工况阀门14， 内燃机缸套水板式换热器25的进水口安装。

22、有有机朗肯循环事 故工况阀门16。 0018 有机朗肯循环冷凝器24与冷却塔26之间的管路上安装有有机朗肯循环冷却水阀 门17和有机朗肯循环事故工况冷却水阀门18。 0019 内燃机1的烟气通过烟气溴化锂支路阀门11进入烟气热水型溴化锂机组2进行余 热利用， 进而提供冷热， 此时烟气溴化锂支路阀门11打开， 烟气有机朗肯循环支路阀门12关 闭； 内燃机1的缸套水通过缸套水溴化锂支路阀门13进入烟气热水型溴化锂机组2进行余热 利用， 进而提供冷热， 此时缸套水溴化锂支路阀门13打开， 缸套水有机朗肯循环支路阀门15 关闭。 0020 内燃机1的烟气通过烟气有机朗肯循环支路阀门12进入有机朗肯循环。

23、烟气热源换 热器22换热， 此时烟气溴化锂支路阀门11关闭， 烟气有机朗肯循环支路阀门12打开； 内燃机 1的缸套水通过缸套水有机朗肯循环支路阀门15进入有机朗肯循环缸套水热源换热器21换 热， 此时缸套水溴化锂支路阀门13和有机朗肯循环事故工况阀门16关闭， 缸套水有机朗肯 循环支路阀门15打开。 0021 有机工质依次通过有机朗肯循环缸套水热源换热器21、 有机朗肯循环烟气热源换 热器22被加热至过热状态， 过热工质通过有机朗肯循环膨胀机3做功发电， 之后进入有机朗 肯循环回热器23， 再进入有机朗肯循环冷凝器24冷凝成液态， 液态有机工质通过工质泵5增 压后， 回到有机朗肯循环回热器23。

24、， 最后回到有机朗肯循环缸套水热源换热器21完成循环； 其中有机朗肯循环回热器23通过做功后的过热有机工质预加热有机朗肯循环冷凝器24后 的液态工质； 在事故工况下， 有机朗肯循环旁通阀门19开启， 保护有机朗肯循环膨胀机3， 使 其不会受损。 0022 有机朗肯循环缸套水热源换热器21和有机朗肯循环烟气热源换热器22按顺序由 低温至高温布置， 因为缸套水温度往往低于烟气温度， 有机朗肯循环缸套水热源换热器21 说明书 3/4 页 6 CN 110206698 A 6 设计使有机工质加热至饱和蒸汽状态或者未至饱和蒸汽状态， 这样能提高有机朗肯循环膨 胀机3压比， 进而增加系统发电功率。 002。

25、3 操作步骤如下： 1.关闭缸套水溴化锂支路阀门13和有机朗肯循环事故工况阀门16， 打开缸套水有机朗 肯循环支路阀门15， 使内燃机缸套水通过有机朗肯循环缸套水热源换热器21加热液态有机 工质。 0024 2.关闭烟气溴化锂支路阀门11， 打开烟气有机朗肯循环支路阀门12， 使内燃机烟 气通过有机朗肯循环烟气热源换热器22进一步加热有机工质至过热状态。 0025 3.关闭有机朗肯循环旁通阀门19使过热有机工质进入有机朗肯循环膨胀机3做功 发电。 0026 4.关闭缸套水溴化锂支路阀门13和有机朗肯循环事故工况阀门16， 打开缸套水有 机朗肯循环支路阀门15， 通过冷却塔26给有机朗肯循环冷凝器24的冷侧循环水降温。 0027 虽然本发明以实施例公开如上， 但其并非用以限定本发明的保护范围， 任何熟悉 该项技术的技术人员， 在不脱离本发明的构思和范围内所作的更改， 均应属于本发明的保 护范围。 说明书 4/4 页 7 CN 110206698 A 7 图1 说明书附图 1/1 页 8 CN 110206698 A 8 。