專利名稱:內(nèi)燃發(fā)電機的低谷電及余熱回收、儲存和再利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)電機的低谷電及余熱回收、儲存和再利用系統(tǒng),具體而言,涉及柴油發(fā)電機的余熱和低谷電的回收、存儲和利用以及調(diào)峰系統(tǒng)。
背景技術(shù):
內(nèi)燃發(fā)電機作為用電高峰期動力需求的補充及企事業(yè)單位的備用動力主要來源, 其使用范圍越來越廣泛,內(nèi)燃發(fā)電機則包括了燃油發(fā)電機和燃氣發(fā)電機,燃油發(fā)電機又可以包括柴油發(fā)電機,汽油發(fā)電機等,柴油發(fā)電機目前的應(yīng)用最為廣泛。目前對于采用柴油為燃料的發(fā)電系統(tǒng)來說,僅有35%左右的燃料能源被發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能,其他約30%和25% 的能量分別被廢氣和發(fā)電機冷卻水帶走,而發(fā)電機的機身熱量散發(fā)等其他損失也占了總能量10%左右。針對內(nèi)燃發(fā)電機工作過程中燃料利用效率低的問題,現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有了多種回收利用發(fā)電機的余熱的工藝,尤其是用于回收柴油機排放尾氣余熱的工藝。概括而言, 這些技術(shù)主要都是直接利用柴油機工作過程中產(chǎn)生的余熱,將余熱用于加熱和供暖,或者利用冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)供中央空調(diào)等。這些余熱利用工藝均存在著不同程度的缺陷,比如通用性差。并且,由于現(xiàn)有的余熱回收技術(shù)多采用了直接回收余熱的形式,并以熱的形式加以利用,因此需要配備與之相關(guān)聯(lián)的各種熱利用設(shè)備?,F(xiàn)有的余熱利用方式還存在的一個問題在于余熱的利用效率低。當(dāng)前針對內(nèi)燃發(fā)電機有多種余熱回收的手段,設(shè)計了多種相對應(yīng)的用途,但是這些手段回收率普遍不高,尤其是冷卻水所帶走的余熱,幾乎沒有相對應(yīng)回收方案。其原因主要是當(dāng)前的柴油機的余熱回收方案沒有依照余熱的品位高低進行分級回收利用,造成了余熱回收方案的不合理,余熱回收率低;回收后的余熱能大部分用于加熱和供暖用,或者通過溴化鋰冷水機置換冷媒水,形成冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)的運行模式,雖回收了余熱中的部分可用能,但是由于熱能的產(chǎn)生量和使用量難以控制,且余熱的生產(chǎn)端和熱用戶是兩個相對獨立的部分,造成了熱利用設(shè)備經(jīng)常處于不穩(wěn)定運行狀態(tài),總體效率低下,也極大的限制了各類余熱回收利用技術(shù)的推廣。此外,在發(fā)電機工作過程中常常會出現(xiàn)空載或用電低谷現(xiàn)象,其單位功率油耗增加,從而造成燃料的浪費、環(huán)境污染,在用電高峰大于內(nèi)燃發(fā)電機額定功率時,發(fā)電機則不能滿足系統(tǒng)工作要求。對此問題,雖然儲能電池技術(shù)可以起到一定的調(diào)峰作用,但是由于其使用成本和效率的限制,很難在內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述缺陷,提供一種具有較高效率的內(nèi)燃發(fā)電機低谷電及余熱回收、儲存和再利用系統(tǒng)。本發(fā)明所述的內(nèi)燃發(fā)電機低谷電及余熱回收、儲存和再利用系統(tǒng)包括內(nèi)燃發(fā)電機;空氣壓縮裝置,該裝置與所述內(nèi)燃發(fā)電機電連接,用于在用電低谷時將低谷電以壓縮空氣形式給予回收和儲存;余熱回收裝置,該裝置與所述內(nèi)燃發(fā)電機和余熱回收裝置分別為傳熱連接,用于將內(nèi)燃所述發(fā)電機和空氣壓縮裝置在工作過程中產(chǎn)生的余熱給予回收和存儲;與所述空氣壓縮裝置相連的空氣換熱裝置和膨脹機,在需要時其中,由該空氣壓縮裝置釋放出的壓縮空氣能與由該余熱回收裝置回收和存儲的所述余熱進行換熱,然后進入膨脹機中膨脹做功。在這里,所述膨脹機可以優(yōu)選是空氣透平機。在所述系統(tǒng)中,所述空氣壓縮裝置包括氣路相連的壓縮機和高壓儲氣罐。所述預(yù)熱裝置優(yōu)選為環(huán)形散熱片并通過風(fēng)冷或水冷的方式強化該散熱片的換熱效率。該余熱回收裝置優(yōu)選包括多級相變蓄熱機構(gòu),如由三級蓄熱材料組成的蓄熱/換熱系統(tǒng),以便將溫度較低的壓縮空氣順序通過三級蓄熱系統(tǒng),盡可能充分吸收尾氣和冷卻水中含有的可用熱能。在上述系統(tǒng)中,優(yōu)選在空氣換熱裝置之前,在系統(tǒng)氣路中設(shè)有使壓縮空氣與外界空氣進行換熱的預(yù)熱裝置,以利用外界熱量提高壓縮氣體溫度,進而提高其流速。本發(fā)明還公開了一種內(nèi)燃發(fā)電機低谷電及余熱回收、儲存和再利用方法,其包括 利用內(nèi)燃發(fā)電機發(fā)電;在用電低谷時,使與該內(nèi)燃發(fā)電機電連接的空氣壓縮裝置工作,以將該內(nèi)燃發(fā)電機所產(chǎn)生的低谷電以壓縮空氣形式予以回收和存儲;將該內(nèi)燃發(fā)電機和該空氣壓縮裝置在工作過程中所產(chǎn)生的余熱予以回收和存儲;將由該空氣壓縮裝置回收和存儲的壓縮空氣引入膨脹機中以對外做功,其中,在將該壓縮空氣送入該膨脹機之前,先使該壓縮空氣吸收所回收和存儲的所述余熱。本發(fā)明將余熱回收和低谷電回收存儲相結(jié)合用于發(fā)電技術(shù),有效地提高了內(nèi)燃發(fā)電機的能量利用效率,并且拓寬了余熱的利用方式,也對內(nèi)燃發(fā)電機起到了調(diào)峰作用。
圖1為本發(fā)明內(nèi)燃發(fā)電機的低谷電及余熱回收、儲存和再利用系統(tǒng)示意圖;圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)效率和壓縮空氣流速間的關(guān)系圖;圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)輸出功率和壓縮空氣流速間的關(guān)系圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細描述,但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護范圍并不受具體實施方式
的限制。如圖1所述,該具體的內(nèi)燃發(fā)電機低谷電及余熱回收、儲存和再利用系統(tǒng)包括內(nèi)燃發(fā)電機1 ;由空氣壓縮機2和高壓儲氣罐3組成的空氣壓縮裝置;流量調(diào)節(jié)閥門4 ;由環(huán)形散熱片和風(fēng)扇組成的壓縮空氣預(yù)熱裝置5 ;由蓄熱材料組成的蓄/換熱裝置6 ;膨脹機7 ; 發(fā)電機8。在這里,所述內(nèi)燃發(fā)電機1優(yōu)選為柴油發(fā)電機,并且空氣壓縮機2、高壓儲氣瓶3、 壓縮空氣預(yù)熱裝置5、蓄/換熱裝置6和膨脹機7依次在氣路上相互連通,或者說流體連通; 發(fā)電機1和空氣壓縮機2分別與蓄/換熱裝置6水路連通,從而發(fā)電機1和空氣壓縮機2 在工作中所產(chǎn)生的余熱可通過工作介質(zhì)(水)被傳遞至蓄/換熱裝置6并被存儲起來。在用電低谷時,也就是輸出端負載不足的情況下,啟動空氣壓縮機2,發(fā)電機1所產(chǎn)生的電能的大部分被輸送至用戶9,而余電部分或者說低谷電能驅(qū)動空氣壓縮機2,使空氣絕熱壓縮至儲氣罐3中。在用電高峰或者內(nèi)燃發(fā)電機1關(guān)閉而需要用電時,可依據(jù)用戶 9電能的使用量開啟流量調(diào)節(jié)閥門4,經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥門4的壓縮空氣發(fā)生體積膨脹,溫度降低,但當(dāng)其流經(jīng)壓縮空氣預(yù)熱裝置5時,壓縮空氣因與外界進行熱交換而基本上恢復(fù)到常溫。隨后,預(yù)熱后的壓縮空氣流經(jīng)蓄/換熱裝置6吸收熱量,壓縮空氣的體積流量增加, 直接用于驅(qū)動膨脹機7,膨脹機7進而驅(qū)動發(fā)電機8發(fā)電,輸出電力至用戶9。針對需要直接利用余熱資源的用戶,本發(fā)明也可以將余熱資源依據(jù)熱用戶的需求分級可調(diào)地輸出。在這里,壓縮機優(yōu)選為多級壓縮機。蓄/換熱裝置6為余熱回收裝置,用于將內(nèi)燃發(fā)電機1和空氣壓縮機2在工作過程中產(chǎn)生的余熱給予回收和存儲。該余熱回收裝置可以由現(xiàn)有技術(shù)中常用的各種蓄熱材料組成,并且其結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)置成多級相變蓄熱機構(gòu),以便依據(jù)余熱能級分別回收系統(tǒng)中不同種類的余熱資源,例如冷卻水余熱、柴油機尾氣余熱、壓縮熱等,從而可以較大程度地回收各級種類柴油機余熱,尤其是在低品位的冷卻水中,余熱得以回收,余熱的回收利用效率可達到70% 80%。在此裝置中,由于壓縮機2、儲氣罐3、蓄/換熱裝置6和膨脹機7組成的壓縮空氣儲電系統(tǒng)將電源端和用戶端分成兩個獨立的部分,起到了 “消峰平谷”調(diào)峰的作用,可使得內(nèi)燃發(fā)電機工作始終處于最佳的運行狀態(tài)。系統(tǒng)燃料的利用效率也將由以往的35%提高到 55%以上,內(nèi)燃發(fā)電機的最大輸出功率可提高3倍左右,從而滿足高峰用電的要求。壓縮空氣預(yù)熱裝置5中的散熱片也可以使用其它形狀和結(jié)構(gòu),并且為加強其換熱效率,還可以將散熱片放入水中以代替風(fēng)扇,以形成水冷式預(yù)熱裝置。圖2所示的是本發(fā)明的系統(tǒng)總和效率和壓縮空氣流速之間的關(guān)系圖。這里的系統(tǒng)總和效率是指系統(tǒng)總效率值,其計算式可表述為系統(tǒng)總和效率=(內(nèi)燃發(fā)電機對外輸出功率值+余熱回收系統(tǒng)對外輸出功率值)/ 消耗柴油的熱值圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)總輸出功率和壓縮空氣流速關(guān)系。從圖2和圖3可以得知,系統(tǒng)總和效率即系統(tǒng)輸出功率均隨著壓縮空氣流速的增加而提高。在本發(fā)明中,由于壓縮空氣在進入膨脹機做功前經(jīng)歷了預(yù)熱并且吸收了蓄/換熱裝置6內(nèi)所存儲的余熱后,其流速增加,從而有效地提高了系統(tǒng)效率和系統(tǒng)輸出功率。試驗證明,在用電負荷大于內(nèi)燃發(fā)電機的最大額定輸出功率時,開啟流量調(diào)節(jié)閥門,壓縮空氣的流量設(shè)定為0. 06kg/s時,系統(tǒng)的總效率值為48%,系統(tǒng)對外輸出功率峰值為65kw。如果把壓縮空氣的流量設(shè)定為0. 31kg/s,系統(tǒng)的總效率值可提高到57%,而系統(tǒng)對外輸出功率峰值可提高到160kw。盡管以上參考實施例及附圖對本發(fā)明進行了說明,但本發(fā)明并不局限于上述的具體特征和設(shè)計。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說,不需要在上述說明中用數(shù)值表示各部件的尺寸和形狀,這些可以根據(jù)具體情況來確定。除了所給出的例子之外,在不超出本發(fā)明范圍的前提下,本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了以上描述所能做出的所有改變或等同替換均應(yīng)屬本發(fā)明之范圍。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃發(fā)電機低谷電及余熱回收、儲存和再利用系統(tǒng),包括 內(nèi)燃發(fā)電機;空氣壓縮裝置,它與該內(nèi)燃發(fā)電機電連接,用于在用電低谷時工作以將由該內(nèi)燃發(fā)電機所產(chǎn)生的低谷電以壓縮空氣形式予以回收和存儲;余熱回收裝置,它與該內(nèi)燃發(fā)電機和該余熱回收裝置分別傳熱連接,用于將該內(nèi)燃發(fā)電機和該空氣壓縮裝置在工作過程中所產(chǎn)生的余熱予以回收和存儲;其特征在于,該系統(tǒng)還包括與該空氣壓縮裝置連通的空氣換熱裝置和膨脹機,其中,由該空氣壓縮裝置釋放出的壓縮空氣能與由該余熱回收裝置回收和存儲的所述余熱進行換熱,然后進入膨脹機中膨脹做功。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,該空氣壓縮裝置包括氣路相連的空氣壓縮機和高壓儲氣罐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,在該空氣換熱裝置之前,在該系統(tǒng)的氣路中設(shè)有使來自該空氣壓縮裝置的壓縮空氣與外界空氣進行換熱的預(yù)熱裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其特征在于,該預(yù)熱裝置為環(huán)形散熱片并且設(shè)有用于強化該散熱片的換熱效率的風(fēng)扇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,該余熱回收裝置包括多級相變蓄熱機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的系統(tǒng),其特征在于,所述膨脹機為空氣透平機。
7.一種內(nèi)燃發(fā)電機低谷電及余熱回收、儲存和再利用方法,包括 利用內(nèi)燃發(fā)電機發(fā)電;在用電低谷時,使與該內(nèi)燃發(fā)電機電連接的空氣壓縮裝置工作,以將該內(nèi)燃發(fā)電機所產(chǎn)生的低谷電以壓縮空氣形式予以回收和存儲;將該內(nèi)燃發(fā)電機和該空氣壓縮裝置在工作過程中所產(chǎn)生的余熱予以回收和存儲; 將由該空氣壓縮裝置回收和存儲的壓縮空氣引入膨脹機中以對外做功; 其特征在于,在將該壓縮空氣送入該膨脹機之前,先使該壓縮空氣吸收所回收和存儲的所述余熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述方法,其特征在于,該壓縮空氣在吸收所回收和存儲的所述余熱之前通過預(yù)熱裝置與外界空氣進行換熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法,其特征在于,通過呈多級相變蓄熱機構(gòu)形式的余熱回收裝置進行所述余熱的回收和存儲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)燃發(fā)電機低谷電及余熱回收、儲存和再利用系統(tǒng),包括內(nèi)燃發(fā)電機;空氣壓縮裝置,用于在用電低谷時將低谷電以壓縮空氣形式給予回收和儲存;余熱回收裝置,用于將所述發(fā)電機和壓縮裝置在工作過程中產(chǎn)生的余熱給予回收和存儲;空氣換熱裝置和膨脹機,在需要時,利用該空氣換熱裝置可以使從空氣壓縮裝置中釋放出的壓縮空氣吸收余熱回收裝置中的熱量并進入膨脹機中膨脹做功。本發(fā)明還公開了一種內(nèi)燃發(fā)電機低谷電及余熱回收、儲存和再利用方法。本發(fā)明將余熱回收和低谷電存儲相結(jié)合用于發(fā)電技術(shù),有效地提高了內(nèi)燃發(fā)電機的能量利用效率,并且拓寬了余熱的利用方式,同時對內(nèi)燃發(fā)電機起到調(diào)峰的作用。
文檔編號F01K27/02GK102588024SQ20111002088
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者丁玉龍, 張新敬, 李永亮, 汪翔, 金翼 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所