專利名稱：一種數(shù)控燃氣輪機電熱冷聯(lián)供設備的制作方法
一種數(shù)控燃氣輪機電熱冷聯(lián)供設備，它屬于機械動力設備，可用做石油及天然氣開發(fā)、輸送、處理以及辦公和生活所需的動力裝置，特別適合于遠離電網(wǎng)的邊遠油氣田開發(fā)區(qū)使用。
在天然氣及石油的開發(fā)、輸送以及處理過程中，都需要大量的多種形式的動力能源。如在石油、天然氣的開采和傳輸中需要對石油、天然氣進行加壓的機械動力;需要對石油進行加熱以防止結(jié)蠟和增加流動性的熱源;提供各種液化天然氣的制冷氣源和在辦公和生活建筑物空調(diào)制冷使用的制冷氣源。而現(xiàn)在采用的方法多是二次能量轉(zhuǎn)換的形式，即使用電力來驅(qū)動各種電動機械。如驅(qū)動電動輸送泵來給石油及天然氣增壓，而使用普通鍋爐來提供熱源。使用各種電動制冷來液化天然氣和建筑物空調(diào)所需制冷源。由于石油天然氣開發(fā)、處理所需能量很大，而多數(shù)的油氣田開發(fā)地、輸送站等都遠離大電網(wǎng)覆蓋地區(qū)，這使得這些地區(qū)的電力相當緊張，一般只能使用各自備電站自己提供電力。為適應油氣田開發(fā)的流動性，減少投資，多使用輕便、易安裝的燃氣輪機電站做動力源，輸出電力為所有設備提供能量。由于在石油及天然氣處理中需要多種形式的能量，這就要經(jīng)過多種形式的能量轉(zhuǎn)換。如用于石油、天然氣輸送中進行增壓的機械能就必然經(jīng)過機械能-電能-機械能的兩項轉(zhuǎn)換。而制所需的制冷氣源則需要經(jīng)過渦輪機械能-電能-壓縮機機械能-空氣內(nèi)能這樣三項變換，能量利用率大大降低。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種燃氣機電熱冷聯(lián)供設備，使用燃氣機做功力源，可以同時提供電能，熱能和制冷能量。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，它有由燃氣機機匣1、壓氣機2、燃燒室3和壓氣機渦輪4組成的核心發(fā)動機，由動力渦輪機匣5、動力渦輪6和發(fā)電機7組成的供電機構(gòu)，由余熱鍋爐10、余熱交換器11組成的供熱組件，其特征在于有由高壓發(fā)生器13、低壓發(fā)生器14、吸收室15、高溫熱交換器16、低溫熱交換器17、冷凝室18、吸收室循環(huán)泵19、再生循環(huán)泵20、蒸發(fā)室21、蒸發(fā)室循環(huán)泵22、冷卻水蛇形管24和25、冷凍傳熱工質(zhì)盤管26組成的吸收式制冷機組，在余熱鍋爐10中有制冷工質(zhì)再生熱交換器23，其輸入端與再生循環(huán)泵20的輸出端相連，輸出端與高壓發(fā)生器13相連，余熱交換器11的輸入端與高溫熱交換器16的輸出端相連，而高溫熱交換器16的輸入端與低溫熱交換器17的輸出端相連，低溫熱交換器17的輸入端為供熱工值輸入端，在高壓發(fā)生器13中有溫度傳感器28、壓力傳感器29、液位傳感器30和濃度傳感器31，在低壓發(fā)生器14中有溫度傳感器32和壓力傳感器33，在冷凝室18中有溫度傳感器34，在蒸發(fā)室21中有溫度傳感器35和壓力傳感器36，在吸收室15中有溫度傳感器37和濃度傳感器38，在冷卻水蛇形管24的輸入端有數(shù)控調(diào)節(jié)閥12，在冷凍傳熱工質(zhì)盤管26的輸出端有數(shù)控流量閥27，吸收室循環(huán)泵19，再生循環(huán)泵20和蒸發(fā)室循環(huán)泵22為數(shù)控三端器件驅(qū)動的液體泵，在近旁有標準工業(yè)控制介面9，其中分別插有分別與溫度傳感器28、32、34、35和37相連動測量適配模塊41、42、43、44和45，分別與壓力傳感器29、33和36相連的測量適配模塊46、47和48，分別與濃度傳感器31和38相連的測量適配模塊49和50，與液位傳感器30相連的測量適配模塊51，在標準工業(yè)控制介面9中還分別插有分別與數(shù)控調(diào)節(jié)閥12和數(shù)控流量閥27相連并對其進行控制的控制適配模塊39和40，分別與吸收室循環(huán)泵19，再生循環(huán)泵20和蒸發(fā)室循環(huán)泵22的三端器件控制端相連并對其進行控制的控制適配模塊52、53和54，標準工業(yè)控制介面9通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機8相連。
附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的工作原理如下產(chǎn)生動力的核心發(fā)動機與現(xiàn)在的燃氣機一樣，由壓氣機2壓縮的空氣，在燃燒室3中燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃氣。高溫高壓燃氣在壓氣機渦輪4處膨脹做功，推動壓氣機渦輪4轉(zhuǎn)動。而壓氣機渦輪4反過來又帶動壓氣機2轉(zhuǎn)動以壓縮空氣，維持正常運轉(zhuǎn)。通過壓氣機渦輪4后的燃氣還含有大量的內(nèi)能。流到動力渦輪6處后繼續(xù)膨脹做功，能量由動力渦輪6吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能后由動力渦輪6輸出帶動發(fā)電機7轉(zhuǎn)動。發(fā)電機7把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎笠噪娔艿男问捷敵觥Ｍㄟ^動力渦輪6后的燃氣，還含有一定的低熱能量，使用余熱鍋爐10回收。在余熱鍋爐10中，燃氣首先經(jīng)過再生熱交換器23，對其中的制冷工質(zhì)加熱再生，使其溫度達到高壓沸點，以濃縮二元制冷工質(zhì)。然后燃氣中的余熱進一步被供熱工質(zhì)在余熱交換器11中吸收。供熱工質(zhì)以熱能的形式輸出能量。
在本發(fā)明中由高壓發(fā)生器13，低壓發(fā)生器14，吸收室15，高溫熱交換器16，低溫熱交換器17，冷凝室18，吸收室循環(huán)泵19，再生循環(huán)泵20，蒸發(fā)室21，蒸發(fā)室循環(huán)泵22組成的吸收式制冷機組。組成的吸收式制冷式機組是一種使用雙元制冷工質(zhì)使用熱抽運的非壓縮式制冷機，它的工作原理如下吸收室15出口的低濃度制冷工質(zhì)由再生循環(huán)泵20輸送送入余熱鍋爐10中的制冷工質(zhì)再生熱交換器23。在再生熱交換器23中的制冷工質(zhì)被加熱到高溫沸騰溫度，然后進入高壓發(fā)生器13。在高壓發(fā)生器13中，制冷工質(zhì)沸騰產(chǎn)生冷劑溶劑蒸汽，并使制冷工質(zhì)的濃度升高。由高壓發(fā)生器13底部出來的制冷工質(zhì)經(jīng)高溫熱交換器16降溫后進入低壓發(fā)生器17，被管內(nèi)來自高壓發(fā)生器13上部的冷劑溶劑蒸汽加熱，再次沸騰產(chǎn)生冷劑溶劑蒸汽，制冷工質(zhì)的濃度進一步提高。
高壓發(fā)生器13中產(chǎn)生的冷劑溶劑蒸汽由高壓發(fā)生器13上部的管道輸送，在低壓發(fā)生器17中與低壓發(fā)生器17中的制冷工質(zhì)進行熱交換后放出潛熱，凝結(jié)成冷劑溶劑，經(jīng)節(jié)流后進入冷凝室18。低壓發(fā)生器17中蒸發(fā)的冷劑溶劑蒸汽也進入冷凝室18。在冷凝室18中的冷劑溶劑蒸汽被冷卻水蛇形管24內(nèi)冷卻水冷卻而成為冷劑溶劑。冷劑溶劑經(jīng)節(jié)流裝置后進入蒸發(fā)室21的溶劑盤中，并由蒸發(fā)室循環(huán)泵22輸送，噴淋在蒸發(fā)室21中的冷凍傳熱工質(zhì)盤管26外表面，吸收冷凍傳熱工質(zhì)盤管26內(nèi)冷凍傳熱工質(zhì)的熱量而汽化成為冷劑溶劑蒸汽。冷凍傳熱工質(zhì)溫度降低，輸出制冷能量，達到制冷的目的。
另一方面，由低壓發(fā)生器14出來的高濃度制冷工質(zhì)經(jīng)低溫熱交換器17降低溫度后進入吸收室15，與吸收室15原有的低濃度制冷工質(zhì)混合后由吸收室循環(huán)泵19輸送并噴淋在吸收室15中的冷卻水蛇形管25上，循環(huán)制冷工質(zhì)吸收在蒸發(fā)室21中產(chǎn)生的冷劑溶劑蒸汽，使蒸發(fā)室21保持所需的低壓，冷劑溶劑得以不斷汽化吸熱。噴淋的制冷工質(zhì)吸收冷劑溶劑蒸汽后濃度降低，重新成為低濃度制冷工質(zhì)，又由發(fā)生器循環(huán)泵20送往在余熱鍋爐10中的制冷工質(zhì)再生熱交換器23。吸收過程產(chǎn)生的熱量則由吸收室15內(nèi)冷卻水蛇形管25中的冷卻水帶走。
本發(fā)明的控制原理如下中央控制計算機8在控制程序的控制下，采用定時中斷掃描的方法，通過標準串行通訊接口發(fā)出要采集或(和)控制的適配模塊地址選通信號。標準工業(yè)控制介面9在收到地址選通信號后，根據(jù)其地址值選通相應的適配模塊。若是中央控制計算機8選通的是測量適配模塊，需要采集某一處的溫度，壓力、濃度或是液位等信息。這時相應的測量適配模塊就把所連接傳感器得到的模擬物理量經(jīng)A/D變換后反送回中央控制計算機8。若是中央控制計算機8選通的是控制適配模塊，需要改變某一閥門或循環(huán)泵的運行參數(shù)時，中央控制計算機8接著發(fā)出新的運行參數(shù)的數(shù)字值，由控制適配模塊接收并鎖存，然后進行D/A變換驅(qū)動相應的被控器件。例如，中央控制計算機8定時發(fā)出選通與液位傳感器30相連的測量適配模塊51的地址選通信號。標準工業(yè)控制介面9通過標準串行通訊接口接收后選通相應的測量適配模塊51。選通后，測量適配模塊51把由液位傳感器30得到的液位值經(jīng)A/D變換后反送回中央控制計算機8。中央控制計算機8把測量值與控制模型進行比較。在液位較低時，通過串口發(fā)出選通與再生循環(huán)泵20的三端器件控制端相連并對其進行控制的控制適配模塊53被選通后。中央控制計算機8發(fā)出增加輸送排量的控制數(shù)字量，由控制適配模塊53接收并鎖存。然后控制適配模塊53把其數(shù)字量變?yōu)橄鄳目刂屏?輸出電壓和頻率)驅(qū)動三端器件，以增加再生循環(huán)泵20功率，從而增大排量。整個控制過程是一個多因素多控制量的控制，但控制過程一樣。
本發(fā)明使用燃氣機做動力源，通過所排燃氣由動力渦輪吸收后帶動發(fā)電機得到電能輸出，含有余熱的燃氣在余熱鍋爐中通過加熱再生雙元制冷工質(zhì)的方式抽運熱量以產(chǎn)生制冷冷端熱，得到制冷輸出。用制冷熱端和余熱鍋爐加熱供熱工質(zhì)得到供熱輸出，實現(xiàn)電、熱、冷的聯(lián)合輸出，充分利用燃氣機的輸出能量，以滿足能量的綜合需要。使用中央控制計算機、標準工業(yè)控制介面加各種適配模塊的機電一體化測控方式，可使系統(tǒng)運行在最佳工作狀態(tài)。
本發(fā)明的核心發(fā)動機和動力渦輪聯(lián)合體可以使用國產(chǎn)YD-3(SK)，也可以使用相似的機組，余熱鍋爐可以直接采用在YD-3(SK)排氣道中加盤管式熱交換器的方法實現(xiàn)。這樣的裝置將有大約2.5MW的電能輸出，4MW的制冷能量輸出和3MW的供熱能量輸出。
本發(fā)明中用普通建筑物空調(diào)時，吸收式制冷的雙元制冷工質(zhì)可以使用溴化鋰和水，它對制冷裝置制造(如密封)要求較低，用于天然氣液化時，也可以使用水和氨氣，可以得到較低的制冷溫度。供熱工質(zhì)可以使用水吸熱式制冷機組24可以參照普通吸收式制冷機設計，本發(fā)明除可以減小高壓發(fā)生器14的尺寸外，與普通吸收式制冷機的要求相同。
在本發(fā)明中，標準工業(yè)控制介面9和中央控制計算機8可以和本發(fā)明中的核心發(fā)動機部分，動力面輪部分以及供熱組件部分的測控裝置共用，在標準工業(yè)控制介面9中插入與這些裝置測控器件相連的測量或控制適配模塊，并在中央控制計算機8中裝入相應的控制程序。
在本發(fā)明中，標準工業(yè)控制介面9可以選用美國ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENT INC.)的I/O 32，或是美國OPTO 22公司的PB16AH。中央控制計算機8可以選用美國OPTO 22公司的LC4控制器，也可以選用美國ME公司的PCS-1工業(yè)過程控制工作站，還可以選用普通PC計算機。測量適配模塊可以采用OPTO 22公司的AD3或類似的A/D轉(zhuǎn)換模塊?？刂七m配模塊可選用OPTO 22公司的DF3或類似的D/F轉(zhuǎn)換模塊。
在本發(fā)明中，冷卻水蛇形管24輸入端的數(shù)控調(diào)節(jié)閥12和冷凍傳熱工質(zhì)盤管26輸出端的數(shù)控流量閥27可以使用如專利號為CN91232100的數(shù)控閥門，或是使用如專利號為CN89102085的數(shù)控閥門。吸收室循環(huán)泵19，再生循環(huán)泵20和蒸發(fā)室循環(huán)泵22為數(shù)控三端器件驅(qū)動的液體泵。數(shù)控三端器件可以使用如專利申請?zhí)枮镃N91101413.6的數(shù)控三端器件，也可以使用如專利號為CN91200002的數(shù)控三端器件。吸收室循環(huán)泵19，再生循環(huán)泵20和蒸發(fā)室循環(huán)泵22還可以使用如專利號為CN92209705的機電一體化數(shù)控鍋爐給水泵。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控燃氣輪機電熱冷聯(lián)供設備，它有由燃氣機機匣(1)、壓氣機(2)、燃燒室(3)和壓氣機渦輪(4)組成的核心發(fā)動機(8)，由動力渦輪機匣(5)、動力渦輪(6)和發(fā)電機(7)組成的供電機構(gòu)(9)，由余熱鍋爐(10)、余熱交換器(11)組成的供熱組件(12)，其特征在于有由高壓發(fā)生器(13)、低壓發(fā)生器(14)、吸收室(15)、高溫熱交換器(16)、低溫熱交換器(17)、冷凝室(18)、吸收室循環(huán)泵(19)、再生循環(huán)泵(20)、蒸發(fā)室(21)、蒸發(fā)室循環(huán)泵(22)、冷卻水蛇形管(24)和(25)、冷凍傳熱工質(zhì)盤管(26)組成的吸收式制冷機組(27)，在余熱鍋爐(10)中有制冷工質(zhì)再生熱交換器(23)，其輸入端與再生循環(huán)泵(20)的輸出端相連，輸出端與高壓發(fā)生器(13)相連，余熱交換器(11)的輸入端與高溫熱交換(16)的輸出端相連，而高溫熱交換器(16)的輸入端與低溫熱交換器(17)的輸出端相連，低溫熱交換器(17)的輸入端為供熱工值輸入端，在高壓發(fā)生器(13)中有溫度傳感器(28)、壓力傳感器(29)、液位傳感器(30)和濃度傳感器(31)，在低壓發(fā)生器(14)中有溫度傳感器(32)和壓力傳感器(33)，在冷凝室(18)中有溫度傳感器(34)，在蒸發(fā)室(21)中有溫度傳感器(35)和壓力傳感器(36)，在吸收室(15)中有溫度傳感器(37)和濃度傳感器(38)，在冷卻水蛇形管(24)的輸入端有數(shù)控調(diào)節(jié)閥(12)，在冷凍傳熱工質(zhì)盤管(26)的輸出端有數(shù)控流量閥(27)，吸收室循環(huán)泵(19)，再生循環(huán)泵(20)和蒸發(fā)室循環(huán)泵(22)為數(shù)控三端器件驅(qū)動的液體泵，在近旁有標準工業(yè)控制介面(9)，其中分別插有分別與溫度傳感器(28)、(32)、(34)、(35)和(37)相連動測量適配模塊(41)、(42)、(43)、(44)和(45)，分別與壓力傳感器(29)、(33)和(36)相連的測量適配模塊(46)、(47)和(48)，分別與濃度傳感器(31)和(38)相連的測量適配模塊(49)和(50)，與液位傳感器(30)相連的測量適配模塊(51)，在標準工業(yè)控制介面(9)中還分別插有分別與數(shù)控調(diào)節(jié)閥(12)和數(shù)控流量閥(27)相連并對其進行控制的控制適配模塊(39)和(40)，分別與吸收室循環(huán)泵(19)，再生循環(huán)泵(20)和蒸發(fā)室循環(huán)泵(22)的三端器件控制端相連并對其進行控制的控制適配模塊(52)、(53)和(54)，標準工業(yè)控制介面(9)通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機(8)相連。
全文摘要
一種數(shù)控燃氣輪機電熱冷聯(lián)供設備。它有核心發(fā)動機、供電機構(gòu)、供熱組件。其特征在于有由高、低壓發(fā)生器，高、低溫熱交換器，冷凝室，吸收室及循環(huán)泵、再生循環(huán)泵、蒸發(fā)室及循環(huán)泵、冷卻水蛇形管、冷凍傳熱工質(zhì)盤管組成的吸收式制冷機組，在余熱鍋爐中有制冷工質(zhì)再生熱交換器。使用燃氣機做動力源，通過發(fā)電機得到電能輸出，含有余熱的燃氣加熱再生制冷工質(zhì)抽運熱量以得到制冷輸出。用供熱工質(zhì)輸出熱量，充分利用燃氣機的輸出能量。
文檔編號F02C6/18GK1099844SQ9311672
公開日1995年3月8日 申請日期1993年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月30日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠