一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法，本发明专利技术属于能源技术领域。本发明专利技术所用甲醇为液体燃料，便于储存、运输、使用，汽化潜热比较大，含氧量高，有利于降低内燃机NOx和碳烟的排放。甲醇在内燃机中燃烧产生动力带动发电机发电，同时将内燃机产生的高温烟气直接通入到气‑水换热器中，在气‑水换热器中高温烟气与缸套冷却出水进行热交换，加热后的缸套冷却出水进行供热，在气‑水换热器中换热后的烟气通入到暖风器，在暖风器中烟气与发电机冷却空气进行热交换，暖风器加热空气产生的热风近距离供热。本发明专利技术的系统结构设计合理，能源利用率高，装置设备制造简单，投资成本低、环境污染小，具有重要的推广价值。

A Distributed Cogeneration System and Method for Internal Combustion Engine Based on Methanol

The invention discloses a distributed combined heat and power supply system and method of internal combustion engine based on methanol, which belongs to the energy technology field. The methanol used in the invention is a liquid fuel, which is convenient for storage, transportation and use, has large latent heat of vaporization and high oxygen content, and is beneficial to reducing the emission of NO_x and soot from the internal combustion engine. Combustion of methanol in an internal combustion engine generates power to drive generators to generate electricity. At the same time, the high-temperature flue gas generated by the internal combustion engine is directly fed into the gas-water heat exchanger. In the gas-water heat exchanger, the high-temperature flue gas exchanges heat with the cooling water of the cylinder liner. After heating, the cooling water of the cylinder liner is used for heating and after heat transfer in the gas-water heat exchanger. The flue gas is fed into the heater, and the flue gas in the heater exchanges heat with the cooling air of the generator. The hot air generated by the heater heating the air is heated at a close distance. The system of the invention has reasonable structure design, high energy utilization rate, simple equipment manufacturing, low investment cost and low environmental pollution, and has important popularization value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法
本专利技术属于能源
，涉及热电联供技术，尤其涉及一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法。
技术介绍
随着社会的发展、经济的繁荣以及人口的增长，能源的需求量持续增长。中国能源总量严重短缺，人均资源占有量更加缺乏。节能和环保是当今能源利用的主题，而在人类生活中，存在能源利用较低和污染严重的现象。因而寻找化石燃料替代燃料、提高能源利用率，具有重要的现实意义。甲醇燃料是资源丰富的、燃烧清洁的、在热电联供
具有广阔应用前景，是大多数以天然气为能源的热电联供系统的替代燃料。甲醇为液体燃料，自燃温度较高(470℃左右)，相对于天然气燃料便于储存、运输、使用。甲醇的生产资源很广泛，煤炭、天然气、重油、焦炉气、生物质都可以。我国的煤炭资源较为丰富，煤制甲醇技术较为成熟，生产成本低，并且环境效益好，所以我国煤制甲醇的甲醇产能很大，远远超过需求，其推广可大大降低燃料成本，所以市场竞争力最强。甲醇作为超低排放的燃料在内燃机上已经得到应用，甲醇燃料挥发性好，很容易与空气形成均质混合气。甲醇的汽化潜热比较大，在形成混合气的同时吸收很多热量，致使最高燃烧温度得到限制，因而会抑制NOx的产生。相比于天然气燃料，甲醇燃料燃烧温度较低，有利于降低NOx排放。同时，甲醇的含氧量非常高，含氧量为50％，有“自供氧效应”，这有利于降低内燃机碳烟排放。甲醇用于内燃机发电可解决电力远距离输送不足的问题，减少污染物排放，并且可以利用甲醇燃料替代部分化石燃料，缓解化石燃料的供需矛盾。分布式热电联供系统是实现能源梯级利用的总能系统，对不同品味的能量实现综合梯级利用，就地满足用户的热、电需求，降低远距离供能的传输损失，极大的提高了能源利用效率。目前，燃气轮机和内燃机是热电联供系统采用的主要设备，内燃发电机组因技术成熟、价格低廉和运行稳定等优点被广泛应用。内燃机排烟余热被烟气换热器利用，用于供热，缸套冷却水余热被缸套冷却水换热器利用，用于生活热水。但是内燃机排烟余热、缸套冷却水余热仍未高效利用，发电机废热大多数被冷却空气带走，未被利用，从而未最大程度彰显热电联供系统的高能效特性。当前已有很多热电联供系统及方法的研究，但基本没有以甲醇燃料为能源的热电联供系统及方法。大多数以天然气为能源的热电联供系统，如中国专利技术专利(CN200510032846.4)公开了一种天然气冷热电联供的烟气低温端热利用系统及其操作方法，生物质气为能源的热电联供系统，如中国专利技术专利(CN201520133669.8)公开了基于生物质气的冷热电联供系统，以太阳能为主要能源的热电联供系统，如中国专利技术专利(CN201510095269.7)公开了一种太阳能热电联产联供系统。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法，其主要的设计思路就是利用洁净能源甲醇，驱动内燃机带动发电机发电；深度回收烟气余热，高效回收低品质缸套冷却水余热，利用发电机冷却空气热量，达到对内燃机余热的合理高效利用。本专利技术是这样实现的：本专利技术采用的技术方案为：一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法，所述内燃机以甲醇为燃料，带动发电机转动，机械能转化为电能。同时所述烟气和缸套冷却水具有一定得能量，如何利用烟气余热和缸套冷却水余热变得十分重要。所述内燃机烟气出口通过乏气管道与气-水换热器连接，内燃机缸套冷却水出口通过循环水管道和旁通管道汇合与气-水换热器水入口连接，气-水换热器水出口通过循环水管与高层用户供热水入口连接，高层用户供热水出口通过循环水管道分别与缸套冷却水入水口和旁通管道连接，内燃机缸套冷却水出口通过循环水管道和旁通管道汇合与气-水换热器水入口连接，系统水热量进行循环利用，对高层用户供暖，当需增大供暖量时，甲醇燃料通过燃料输送管道进入补燃装置，产生烟气再经乏气管道进入气-水换热器，以制取更多的热量。气-水换热器通过排气管道将换热后烟气输送到暖风器，暖风器通过排气管道将废气排出，风机与发电机相连，发电机通过通风管道与暖风器空气入口相连，暖风器空气出口通过通风管道与低层用户连接，进行近距离热源(热空气)进行低层用户供热。所述热电联供系统采用气-水换热器、内燃机缸套、高层用户的水循环供暖技术，取消了缸套水换热器，高效的回收低品质缸套冷却水余热，并节约投资成本，整体结构简化。高层用户供热水出口与缸套冷却水入口之间水循环管道上安装循环水泵，补水装置安装在旁通管道上，循环水泵提供循环动力，补水装置补充系统消耗水量。所述热电联供系统采用低温热源(热风)近距离对低层用户供热技术，所述发电机采用空气冷却方式，风机将发电机冷却空气送到暖风器，暖风器加热后的热风对低层用户进行供暖。所述暖风器利用烟气潜热，加热发电机冷却空气进行供热，同时回收烟气中水蒸气凝结水，凝结水回收装置安装在暖风器底部，通过管道与补水装置连接，深度回收烟气余热，提高了整个热电联供系统的效率。所述气-水换热器和暖风器采用对流管束的布置方式，对流管束既可以采用错列布置也可以采用顺列布置，既可以采用光管也可以采用扩展受热面以强化烟气侧对流换热。所述并网柜，具有智能控制内燃机启停、报警等特点，同时自动调节发电机输出参数与电网匹配，实现并网运行模式。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术所用甲醇燃料资源丰富、燃烧清洁、具有广阔应用前景的石油替代燃料。甲醇液体燃料便于储存、运输、使用，汽化潜热比较大，含氧量高，有利于降低内燃机NOx和碳烟的排放。2.热电联供系统采用气-水换热器、内燃机缸套、高层用户的水循环供暖技术，系统水热量进行循环利用。取消了缸套水换热器，高效的回收低品质缸套冷却水余热，并节约投资成本，整体结构简化。3.热电联供系统采用低温热源(热风)近距离对低层用户供热技术，发电机采用空气冷却方式，利用发电机冷却风热量和烟气潜热量结合的方式对低层用户供热，实现机组余热充分回收，提高了联供系统的热效率。4.暧风器深度回收烟气潜热，凝结水回收装置回收烟气凝结下来的水，作为系统水消耗的补充，不仅提高了烟气余热利用效率，而且节约水资源附图说明图1是一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法示意图。图中标号：1-甲醇储料罐；2-内燃机；3-空冷发电机；4-气-水换热器；5-暖风器；6-并网柜；7-补水装置；8-凝结水回收装置；9-补燃装置；10-风机；11-循环水泵；12-缸套冷却水入口；13-缸套冷去水出口；14-内燃机烟气出口；15-气-水换热器水入口；16-气-水换热器水出口；17-暖风器空气入口；18-暖风器空气出口；19-高层用户供热水入口；20-高层用户供热水出口；21-旁通管道；22-乏气管道具体实施方式本专利技术提出一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法如图1所示，甲醇储料罐1通过燃料输送管道接入内燃机2，驱动内燃机2带动发电机3发电，发电机3产生的电能通过并网柜6与电网连接，为用户提供电能。内燃机烟气出口14通过乏气管道22与气-水换热器4连接，内燃机缸套冷却水出口13通过循环水管道和旁通管道21汇合与气-水换热器水入口15连接，气-水换热器水出口16通过循环水管与高层用户供热水入口19连接，高层用户供热水出口20通过循环水管道与循环水泵11连接，循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法，其特征在于，热电联供系统包括内燃机(2)、发电机(3)、气‑水换热器(4)、暖风器(5)，其中，甲醇储料罐(1)通过燃料输送管道接入内燃机(2)，甲醇燃烧驱动内燃机(2)带动发电机(3)发电，发电机(3)产生的电能通过并网柜(6)与电网连接，为用户提供电能，内燃机烟气出口(14)通过乏气管道(22)与气‑水换热器(4)连接，内燃机缸套冷却水出口(13)通过循环水管道和旁通管道(21)汇合与气‑水换热器水入口(15)连接，气‑水换热器水出口(16)通过循环水管与高层用户供热水入口(19)连接，高层用户供热水出口(20)通过循环水管道与循环水泵(11)连接，循环水泵(11)通过循环水管道分别与缸套冷却水入水口(12)和旁通管道(21)连接，内燃机缸套冷却水出口(13)通过循环水管道和旁通管道(21)汇合与气‑水换热器水入口(15)连接，系统水进行循环利用，对高层用户供暖，当需增大供暖量时，甲醇燃料通过燃料输送管道进入补燃装置(9)，产生烟气再经乏气管道(22)进入气‑水换热器(4)，以制取更多的热量。气‑水换热器(4)通过排气管道将换热后烟气输送到暖风器(5)，暖风器(5)通过排气管道将废气排出，风机(10)与发电机(3)相连，发电机(3)通过通风管道与暖风器空气入口(17)相连，暖风器空气出口(18)通过通风管道与低层用户连接，进行近距离热源(热空气)进行低层用户供热。...

【技术特征摘要】
1.一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法，其特征在于，热电联供系统包括内燃机(2)、发电机(3)、气-水换热器(4)、暖风器(5)，其中，甲醇储料罐(1)通过燃料输送管道接入内燃机(2)，甲醇燃烧驱动内燃机(2)带动发电机(3)发电，发电机(3)产生的电能通过并网柜(6)与电网连接，为用户提供电能，内燃机烟气出口(14)通过乏气管道(22)与气-水换热器(4)连接，内燃机缸套冷却水出口(13)通过循环水管道和旁通管道(21)汇合与气-水换热器水入口(15)连接，气-水换热器水出口(16)通过循环水管与高层用户供热水入口(19)连接，高层用户供热水出口(20)通过循环水管道与循环水泵(11)连接，循环水泵(11)通过循环水管道分别与缸套冷却水入水口(12)和旁通管道(21)连接，内燃机缸套冷却水出口(13)通过循环水管道和旁通管道(21)汇合与气-水换热器水入口(15)连接，系统水进行循环利用，对高层用户供暖，当需增大供暖量时，甲醇燃料通过燃料输送管道进入补燃装置(9)，产生烟气再经乏气管道(22)进入气-水换热器(4)，以制取更多的热量。气-水换热器(4)通过排气管道将换热后烟气输送到暖风器(5)，暖风器(5)通过排气管道将废气排出，风机(10)与发电机(3)相连，发电机(3)通过通风管道与暖风器空气入口(17)相连，暖风器空气出口(18)通过通风管道与低层用户连接，进行近距离热源(热空气)进行低层用户供热。2.根据权利要求1所述一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法，其特征在于，所述甲醇燃料是资源丰富的、燃烧清洁的、在热电联供技术领域具有广阔应用前景的替代燃料，降低内燃机NOx和碳烟的排放。3.根据权利要求1所述一种基于甲醇的分布式内燃机热电联供系统及方法，其特征在于，热电联供系统采用内燃机(2)、气-水换热器(4)、高层用户的水循环供暖技术...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎维平，王华，赵子东，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13