[發明專利]一種柴油發電機熱電聯供裝置

在審

• 申請號: 202011623853.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112796904A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 李海軍;朱寧;王旭
• 申請（專利權）人: 上海莊生機電工程設備有限公司
• 主分類號: F02G5/00
• 分類號: F02G5/00;F02B29/04;F02B63/04;F28D7/10
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 余瑩

1.一種柴油發電機熱電聯供裝置，包括柴油發電機、余熱空調機組、中冷換熱器與煙氣換熱器，其特征在于，所述柴油發電機分別與中冷換熱器、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口、三組火管式管殼換熱器和電動控制閥，所述三組火管式管殼換熱器上設置有冷卻液進口、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，所述電動控制閥與所述三組火管式管殼換熱器一側連接，所述電動控制閥控制煙氣在所述三組火管式換熱器的流速，實現回收熱量的調節，所述煙氣換熱器通過煙氣旁通閥調節煙氣量，所述余熱空調機組與所述低溫冷卻液出口連接。

2.根據權利要求1所述的一種柴油發電機熱電聯供裝置，其特征在于，所述一組管殼換熱器一側設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設置有冷空氣出口，所述二組管殼換熱器一側設置有板交熱源側入口，所述二組管殼換熱器另一側設置有缸套水入口，所述三組管殼換熱器一側設置有板交熱源側出口，所述三組管殼換熱器另一側設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連接。

3.根據權利要求2所述的一種柴油發電機熱電聯供裝置，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.根據權利要求2所述的一種柴油發電機熱電聯供裝置，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機組，通過余熱空調機組控制熱量平衡將空調機房溫度在33-35℃。

5.根據權利要求4所述的一種柴油發電機熱電聯供裝置，其特征在于，通過空調熱量平衡公式完成對空調熱量的平衡分析，所述平衡分析公式為：

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

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

式中m_air：余熱空調機組補風量kg/s

C_pair：空氣比熱，1.01kJ/kg·℃

余熱空調機組負荷側需消除機房內的發熱量及維護結構得失熱量，維持機房適宜的溫度T_Room；柴發運行時機房內的發熱量較大，維護結構熱量可忽略，機房發熱量主要是柴油發動機的輻射熱量及發電機的對流散熱之和Q_Genearator。

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

上述二式(1)(2)聯立，可得余熱空調機組補風量：

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)可簡化

m_air＝Q/△T (4)

Q＝Q_Genearator+Q_RecoveryAir

△T＝T_Room-T_OA

Q為柴油發電機輻射及部分渦輪增壓熱空氣發熱量，與柴油發電機發電量成正比；式(4)可見柴油發電機補風量與余熱空調機組發電量成正比，與室內外溫差成反比；通過改變風量m_air維持柴油發電機房適宜的溫度和柴發渦輪增壓進氣降溫。

6.根據權利要求1所述的一種柴油發電機熱電聯供裝置，其特征在于，所述煙氣換熱器通過電動控制閥和煙氣旁通閥進行冷卻液出水溫度上限和煙氣出口溫度下限、煙氣在換熱器內流速及最大壓損的控制，實現煙氣換熱器長時間高效運行，高效運行控制公式為：

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：煙氣質量流量kg/s

C_pExhaust：煙氣比熱，1.05kJ/kg.℃

T_Exhaust：柴油發電機出口煙氣溫度，℃

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，減少對煙囪的腐蝕；柴油發電機部分負荷運行時,煙氣出口溫度T_Exhaust降低，T_Waterin相對穩定，通過(8)式能夠得，部分負荷時煙氣換熱器的ε減小才能實現部分負荷時T_Exhaust降低的同時，維持煙氣出口溫度T_Finalgas的相對穩定；

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)式可近似表達為：

ε＝1-exp(-NTU) (11)

柴油發電機部分負荷時煙氣質量m_Exhaust減小，(m_Exhaust減小時U值會略變小，但變化幅度遠小于m_Exhaust的減小幅度)，從式(10)可見，柴發低負荷運行時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，柴油發電機在冷卻液工況(殼程)不變的情況下，隨著發電量的降低，煙氣溫度及煙氣量減少，總的換熱量減少的同時換熱效率ε提高，從而導致煙氣出口溫度降低；通過改變換熱面積A，能夠實現在低負荷運行時降低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。