[發(fā)明專利]一種柴油發(fā)電機(jī)熱電聯(lián)供裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011623853.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN112796904A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海軍;朱寧;王旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海莊生機(jī)電工程設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): F02G5/00
• 分類號(hào): F02G5/00;F02B29/04;F02B63/04;F28D7/10
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 余瑩

1.一種柴油發(fā)電機(jī)熱電聯(lián)供裝置，包括柴油發(fā)電機(jī)、余熱空調(diào)機(jī)組、中冷換熱器與煙氣換熱器，其特征在于，所述柴油發(fā)電機(jī)分別與中冷換熱器、煙氣換熱器連接，所述中冷換熱器包括一組管殼換熱器、二組管殼換熱器和三組管殼換熱器，所述中冷換熱器通過一組管殼換熱器、二組管殼換熱器和三組管殼換熱器分段式冷卻，所述煙氣換熱器包括煙氣進(jìn)口、三組火管式管殼換熱器和電動(dòng)控制閥，所述三組火管式管殼換熱器上設(shè)置有冷卻液進(jìn)口、冷卻液出口和排污口，所述冷卻液出口與所述中冷換熱器連接，所述電動(dòng)控制閥與所述三組火管式管殼換熱器一側(cè)連接，所述電動(dòng)控制閥控制煙氣在所述三組火管式換熱器的流速，實(shí)現(xiàn)回收熱量的調(diào)節(jié)，所述煙氣換熱器通過煙氣旁通閥調(diào)節(jié)煙氣量，所述余熱空調(diào)機(jī)組與所述低溫冷卻液出口連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油發(fā)電機(jī)熱電聯(lián)供裝置，其特征在于，所述一組管殼換熱器一側(cè)設(shè)置有低溫冷卻液入口和低溫冷卻液出口，所述一組管殼換熱器另一側(cè)設(shè)置有冷空氣出口，所述二組管殼換熱器一側(cè)設(shè)置有板交熱源側(cè)入口，所述二組管殼換熱器另一側(cè)設(shè)置有缸套水入口，所述三組管殼換熱器一側(cè)設(shè)置有板交熱源側(cè)出口，所述三組管殼換熱器另一側(cè)設(shè)置有熱空氣入口和缸套水出口，所述一組管殼換熱器、二組管殼換熱器和三組管殼換熱器串聯(lián)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柴油發(fā)電機(jī)熱電聯(lián)供裝置，其特征在于，通過所述一組管殼換熱器和所述二組管殼換熱器將熱空氣入口的煙氣由溫度180～200℃冷卻至90～100℃，通過所述三組管殼換熱器件煙氣溫度由90～100℃冷卻至冷空氣出口溫度30～40℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柴油發(fā)電機(jī)熱電聯(lián)供裝置，其特征在于，所述一組管殼換熱器通過所述低溫冷卻液出口連接于余熱空調(diào)機(jī)組，通過余熱空調(diào)機(jī)組控制熱量平衡將空調(diào)機(jī)房溫度在33-35℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種柴油發(fā)電機(jī)熱電聯(lián)供裝置，其特征在于，通過空調(diào)熱量平衡公式完成對(duì)空調(diào)熱量的平衡分析，所述平衡分析公式為：

余熱空調(diào)機(jī)組供給側(cè)熱量來自渦輪增壓熱空氣Q_RecoveryAir，將室外冷空氣(T_OA)提升到余熱空調(diào)機(jī)組出口溫度T_Supply；

Q_RecoveryAir＝m_air·C_pair(T_Supply-T_OA) (1)

式中m_air：余熱空調(diào)機(jī)組補(bǔ)風(fēng)量kg/s

C_pair：空氣比熱，1.01kJ/kg·℃

余熱空調(diào)機(jī)組負(fù)荷側(cè)需消除機(jī)房?jī)?nèi)的發(fā)熱量及維護(hù)結(jié)構(gòu)得失熱量，維持機(jī)房適宜的溫度T_Room；柴發(fā)運(yùn)行時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)的發(fā)熱量較大，維護(hù)結(jié)構(gòu)熱量可忽略，機(jī)房發(fā)熱量主要是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的輻射熱量及發(fā)電機(jī)的對(duì)流散熱之和Q_Genearator。

Q_Genearator＝m_air·C_pair(T_Room-T_Supply) (2)

上述二式(1)(2)聯(lián)立，可得余熱空調(diào)機(jī)組補(bǔ)風(fēng)量：

m_air＝(Q_Genearator+Q_RecoveryAir)/[C_pair(T_Room-T_OA)] (3)

上式中C_pair約等于1，公式(3)可簡(jiǎn)化

m_air＝Q/△T (4)

Q＝Q_Genearator+Q_RecoveryAir

△T＝T_Room-T_OA

Q為柴油發(fā)電機(jī)輻射及部分渦輪增壓熱空氣發(fā)熱量，與柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電量成正比；式(4)可見柴油發(fā)電機(jī)補(bǔ)風(fēng)量與余熱空調(diào)機(jī)組發(fā)電量成正比，與室內(nèi)外溫差成反比；通過改變風(fēng)量m_air維持柴油發(fā)電機(jī)房適宜的溫度和柴發(fā)渦輪增壓進(jìn)氣降溫。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油發(fā)電機(jī)熱電聯(lián)供裝置，其特征在于，所述煙氣換熱器通過電動(dòng)控制閥和煙氣旁通閥進(jìn)行冷卻液出水溫度上限和煙氣出口溫度下限、煙氣在換熱器內(nèi)流速及最大壓損的控制，實(shí)現(xiàn)煙氣換熱器長(zhǎng)時(shí)間高效運(yùn)行，高效運(yùn)行控制公式為：

Q_{RecoveryExhaust}＝m_Exhaust·C_pExhaust(T_Exhaust-T_Finalgas) (5)

式中Q_{RecoveryExhaust}：煙氣換熱器換熱量(kW)

m_Exhaust：煙氣質(zhì)量流量kg/s

C_pExhaust：煙氣比熱，1.05kJ/kg.℃

T_Exhaust：柴油發(fā)電機(jī)出口煙氣溫度，℃

T_Finalgas：煙氣換熱器出口煙氣溫度，℃

煙氣換熱器為逆流式換熱器

Q_{RecoveryExhaust}＝ε·m_Exhaust·C_pExhaust(T_Exhaust-T_Waterin) (6)

式中T_Waterin：煙氣換熱器入口冷卻液溫度(℃)

ε：煙氣換氣器效率

聯(lián)立公式(5)及(6)可得；

T_Exhaust-T_Finalgas＝ε(T_Exhaust-T_Waterin) (7)

T_Finalgas＝(1-ε)·(T_Exhaust-ε·T_Waterin) (8)

煙氣換熱器的煙氣出口溫度T_Finalgas控制在140℃以上，減少對(duì)煙囪的腐蝕；柴油發(fā)電機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí),煙氣出口溫度T_Exhaust降低，T_Waterin相對(duì)穩(wěn)定，通過(8)式能夠得，部分負(fù)荷時(shí)煙氣換熱器的ε減小才能實(shí)現(xiàn)部分負(fù)荷時(shí)T_Exhaust降低的同時(shí)，維持煙氣出口溫度T_Finalgas的相對(duì)穩(wěn)定；

ε＝{1-exp[-NTU(1-Rc)]}/{1-Rc.exp[-NTU(1-Rc)]} (9)

式中：Rc＝m_Exhaust·C_pExhaust/m_Water·C_pWater，

NTU＝UA/m_Exhaust·C_pExhaust (10)

由于Rc偏小，(9)式可近似表達(dá)為：

ε＝1-exp(-NTU) (11)

柴油發(fā)電機(jī)部分負(fù)荷時(shí)煙氣質(zhì)量m_Exhaust減小，(m_Exhaust減小時(shí)U值會(huì)略變小，但變化幅度遠(yuǎn)小于m_Exhaust的減小幅度)，從式(10)可見，柴發(fā)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)NTU增大；從式(11)可知,ε增大隨著NTU的增大而增大；綜合式(10)、(11)可得，柴油發(fā)電機(jī)在冷卻液工況(殼程)不變的情況下，隨著發(fā)電量的降低，煙氣溫度及煙氣量減少，總的換熱量減少的同時(shí)換熱效率ε提高，從而導(dǎo)致煙氣出口溫度降低；通過改變換熱面積A，能夠?qū)崿F(xiàn)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)降低NTU從而降低煙氣換熱器的換熱效率，提高換熱器出口煙氣溫度。