基於燃氣輪機的醫院綜合供能系統及其應用的製作方法

2023-06-13 10:08:16 1

本發明涉及一種基於燃氣輪機的醫院綜合供能系統及其應用，是一種適用於醫院的，高效、節能、經濟的醫院供能綜合解決方案。

背景技術：

分布式供能系統是指分布在用戶端，利用天然氣為主要燃料，通過冷、熱、電三聯供等方式實現能源的梯級利用，為用戶提供多種能源的綜合服務，能源利用效率70％以上，並在負荷中心就近實現能源供應的現代能源供應方式，是天然氣高效利用的重要方式。

分布式供能系統具有能源利用效率高、能源輸出多樣、調節靈活、減少能源長距離輸送的損失，可有效的提高了能源利用的安全性和靈活性，具有削峰填谷的作用，是對大電網形成有效的補充。

從我國當前分布式能源系統的發展情況來看，分布式能源系統的研究還處在初期階段。但是我國有巨大的分布式能源系統發展潛力。隨著經濟發展，人民生活水平的不斷提高，用能源需求的不斷增長將成為中國分布式能源系統發展的主要動力。目前國內分布式能源應用案例主要集中在數據中心、工業園區、商務區、工廠、機場車站以及醫院等場所。受益於優惠的政策支持，分布式能源醫院應用案例主要集中在上海地區，例如上海黃浦中心醫院、上海閔行醫院、上海第一人民醫院(松江南院)等，但由於集成方案設計等原因，多數項目僅能輸出一種能源，與醫院用能特點的耦合性不強，系統實用性及利用率降低，未能充分發揮分布式能源的優勢。

醫院具有冷熱負荷需求量大，供能時間長且負荷較為穩定，單位面積用能密度較高、穩定負荷期長等特點，並呈現明顯的季節性規律，是理想的分布式能源應用場所。

夏季工況下，醫院主要需求冷凍水用於病房、門診大廳等人員活動區域，需求量大且穩定。門診區域和醫務人員辦公區域冷凍水負荷呈現白天負荷高，晚上負荷低的情況，病房區域全天負荷較為穩定，受氣溫影響較大；冬季工況下，醫院主要需求生活熱水、暖通熱水等，生活熱水負荷波動較大，早晚時刻需求較大，夜間需求較小，暖通熱水負荷較為穩定，波動較小，主要易受天氣等因素影響。

醫院不同於一般的用戶，對能源供應的可靠性，尤其是電力供應的可靠性要求較高，一般設計採用雙迴路供電系統，設置柴油發電機，對於手術室等重點區域，還應設計自備電源。

目前醫院傳統的供能模式對熱水、冷凍水等能源的需求主要依靠燃氣鍋爐以及電空調提供，為滿足醫院日常生活、醫療活動所需的蒸汽、生活熱水、暖通熱水，醫院將消耗大量天然氣、電能等高品質能源，同時也增加了醫院日常運行成本。

專利cn2687355y公開了一種燃氣輪機、溴化鋰機組、除溼機組等設備組成的分布式供能系統，並將天然氣分布式能源與可再生太陽能進行耦合，提高了能源利用率，但該方案未能充分考慮不同季節對不同冷熱的需求。專利cn103775211a設計了一種以燃氣輪機為核心的主動調控型燃氣輪機分布式冷熱電聯供系統，集成了煙氣空氣混合器、燃氣輪機、餘熱驅動子系統、煙氣熱水換熱器等設備，提高了以燃機為核心的系統在部分負荷下能源利用效率以及相對節能效率，但該方案能源輸出單一，缺乏蓄能裝置，因此並不適用於醫院場合中應用。

從目前已經應用的幾個醫院分布式能源案例來看，系統集成方案並不是很理想，實際的節能效果並不顯著，也在一定程度上影響了分布式能源在醫院領域的推廣及應用。行業內缺乏一種安全可靠，同時高效可行的，可提供電力、蒸汽、熱水、冷凍水等多種能源，能夠滿足醫院在不同季節、不同時刻對不同類型負荷需求的分布式供能系統集成方案。

技術實現要素：

本發明結合醫院用能特點及規律，針對現有技術中燃氣鍋爐以及電空調提供冷熱水成本高、不同季節使用規律相同等問題，對高品質能源消耗大，提出一種結構安全高效，供能可靠性高，能夠提供電力、蒸汽、熱水、冷凍水等多種能源輸出且適應醫院對冷熱負荷波動，具備相互調節能力的供能系統。

具體的是提供了一種基於燃氣輪機的醫院綜合供能系統，系統包括燃氣輪機、餘熱鍋爐、電制冷機、儲熱罐、汽水換熱器、蒸汽型溴化鋰吸收式冷熱機組。優選的是，燃氣輪機採用輕型燃氣輪機，輕型燃氣輪機一般裝機容量、佔地規模較小，比較適用於安裝在醫院附近，所以一般均採用輕型燃氣輪機不採用重型燃氣輪機。

燃氣輪機壓氣機壓縮空氣後和天然氣混合燃燒，產生高溫高壓氣體，經透平做功用於驅動發電機。發電機出口電能一部分用於驅動電制冷機製冷(夏季工況下)，富餘電能可降壓後接至醫院供電系統，或者併入大電網。燃氣輪機出口高溫煙氣經餘熱鍋爐產生蒸汽和熱水。由於醫院衛生熱水具有較大的波動性，早上和傍晚熱水需求較大，夜間對熱水需求較小，冬季負荷最高，春秋過渡季次之，夏季最小，因此在煙氣熱水換熱器之後設置熱水儲熱罐解決熱水負荷波動大的問題。儲熱罐外設保溫裝置，減少罐體散熱損失。

優選的是，餘熱鍋爐包含4級換熱器，所述4級換熱氣沿煙氣流向分別為過熱器、蒸發器、省煤器、除氧蒸發器。

優選的是，餘熱鍋爐包含2個汽包，2個汽包中還包含有一個除氧汽包。

空氣經燃氣輪機壓氣機壓縮後進入燃燒室，和天然氣混合後燃燒，燃燒後的高溫煙氣進入透平做功驅動發電機發電，燃氣輪機具有發電效率高，功率密度大，啟停迅速等優點。

優選的是，燃氣輪機發電機分別與電制冷機和電網連接。燃氣輪機發電機出口電量一部分用於驅動電制冷機製冷，多餘電量用於醫院其他設備供電或者輸送至大電網。

本發明不僅提出了一種基於燃氣輪機的多能輸出醫院綜合供能系統集成方案，還提供了該系統的運行策略。利用上述的基於燃氣輪機的醫院綜合供能系統，其步驟如下：

s1：軟化水給水進入餘熱鍋爐除氧汽包，經除氧蒸發器加熱後成飽和蒸汽，生活熱水和衛生熱水由除氧汽包下端引出，溫度約為90℃；

s2：熱水流量通過調節儲熱罐液位高度和實際熱水需求進行調節，生活熱水由余熱鍋爐的除氧汽包中引出，送至儲熱罐；

s3：剩餘熱水逆煙氣流向依次通過省煤器、汽包、蒸發器、過熱器等設備，最終成為過熱蒸汽；

s4：餘熱鍋爐過熱器出口過熱蒸汽經分配器輸送至醫院各個用汽點。

優選的是，當生活熱水負荷需求較大，儲熱罐內熱水液位較低時，使用一部分蒸汽進入到汽水換熱器，加熱給水後匯入儲熱罐內。

進一步，夏季工況時，餘熱鍋爐出口過熱蒸汽進入蒸汽型溴化鋰吸收式冷熱機組，用於製取暖通熱水或冷水。

本發明同現有技術相比具有以下優點及效果：

1、本發明介紹的分布式供能系統可提供醫院所需的電力、熱水、蒸汽、冷能等所有能源，是醫院的綜合能源供應中心。

2、本發明介紹的分布式供能系統，充分考慮醫院的用能特點，除具有多能輸出特點以外，還具有調節能力強，多能互補，快速響應客戶端對各種不同能源需求的變化，滿足醫院實時的供能需求。

3、本發明介紹的分布式供能系統集成了燃氣輪機發電技術、餘熱回收技術、中低溫熱源吸收式製冷技術、儲能技術、分布式供能系統集成技術等多種先進能源技術，按照「溫度對口，梯級利用」的原則，高溫段區間用於燃氣輪機發電，中溫段區間用於提供蒸汽或製冷，低溫段區間用於提供生活熱水，實現了對天然氣一次能源的「吃幹榨淨」，提高了整個系統的能源利用率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例1的結構示意圖。

標號說明：

1-輕型燃氣輪機，2-餘熱鍋爐，3-電制冷機，4-熱水儲存罐，5-燃氣鍋爐，6-汽水換熱器，7-蒸汽型溴化鋰吸收式冷熱機組，8-醫院供電系統，9-醫院空調供熱/供冷終端設備，10-醫院蒸汽終端設備，11-醫院衛生熱水終端設備，12-輕型燃氣輪機天然氣管道，13-衛生熱水管道，14-煙氣管道，15-冷凍水/暖通熱水管道，16-燃氣鍋爐天然氣管道，17-供電線路，18-蒸汽管道

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明並不局限於以下實施例。

實施例1：

如圖1所示，本實施例由輕型燃氣輪機1、餘熱鍋爐2、電制冷機3、熱水儲存罐4、燃氣鍋爐5、汽水換熱器6、蒸汽型溴化鋰吸收式冷熱機組7、醫院供電系統8等組成。

輕型燃氣輪機1與天然氣管道12、煙氣管道14相連，天然氣進入輕型燃氣輪機1燃燒做功後，產生的約450℃煙氣通過煙氣管道14進入餘熱鍋爐2，餘熱鍋爐2產生壓力為1.5mpa，溫度為230℃的過熱蒸汽和約70℃的熱水。輕型燃氣輪機1做功所產生的電力通過供電線路17輸送至大電網。

夏季工況下，餘熱鍋爐2產生的蒸汽一部分經蒸汽管道18輸送至備醫院各蒸汽終端設備10，產生的熱水經熱水管道13輸送至熱水儲存罐4，熱水分配至各個醫院衛生熱水終端11。當熱水需求較大時，則利用一部分蒸汽經汽水換熱器產生熱水，補充至熱水儲存罐4。餘熱鍋爐2產生的蒸汽大部分輸送至蒸汽型溴化鋰吸收式冷熱機組7，產生冷凍水，冷凍水進回水溫度約為7℃/12℃，輸送至醫院空調供熱/供冷終端設備9。當冷負荷不足時優先採用電制冷機3產生冷凍水作為調節和補充。

冬季工況下天然氣由燃氣鍋爐天然氣管道16進入餘熱鍋爐2產生的蒸汽一部分經蒸汽管道18輸送至備醫院各蒸汽終端設備10，剩餘蒸汽進入蒸汽型溴化鋰吸收式冷熱機組產生約50℃左右的熱水，再經由冷凍水/暖通熱水管道15輸送至醫院空調供熱/供冷終端設備9。醫院暖通熱水需求較大時，則啟用燃氣鍋爐5，產生與餘熱鍋爐2溫度壓力相近的蒸汽，作為補充。餘熱鍋爐2產生的熱水經熱水管道13輸送至熱水儲存罐4，熱水分配至醫院各個衛生熱水終端11。由於醫院衛生熱水具有較大的波動性，早晨和傍晚熱水需求較大，夜間相對較小，因此設置熱水儲存罐4，當衛生熱水終端需求較大時，則使用熱水儲存罐4中的熱水作為補充，滿足不同時間醫院對衛生熱水需求量的不同，避免因熱水負荷波動過大，引起系統運行不穩定或熱水斷供問題。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。