1.本发明属于余热利用技术领域，更具体地，涉及一种余热深度利用的分布式能源系统。


背景技术：

2.我国是能源消耗大国，每年也浪费了巨大的能量，节能减排一直是研究的热点。近些年来，中国的钢铁、化工等重金属行业，以及火力发电行业发展速度都很快，高能耗产业的快速发展，必然带动能源消耗的大幅增长，也加重了能源浪费的状况。根据清华大学建筑节能研究中心测算，我国70％以上的电力来自火电，一份化石能源转为电能后再送到用户端，能源转换效率实际只有1/3，换句话说，从化石能源转化为电能时，大部分的能源不能转变，而这部分能量大部分以热量形式存在，理论上是可以回收利用的。余热资源直接排放是一种严重的能源浪费，温度较高的烟气也极易带来高能耗热电厂的尾部设备的损害，以及相关部件受热面破损，同时对生态环境造成了一定的影响，使全球变暖加重，因此回收高能耗设备(如燃气热电厂)的烟气中的热量、水分是高能耗设备实现深度节能减排的一个重要研究内容。
3.燃气热电厂具有增强电网灵活调峰的能力，同时可以深度回收其烟气和乏汽余热，提高能源利用率。据有关资料显示，通过相关配套技术，在不增加天然气耗量和不减少发电量的情况下，可提升电厂供热能力40％以上，另外，燃气轮机工作时需要吸入大量的新鲜空气，同时排放出大量的废气，以及燃料燃烧后生成的烟气也有很高的热量，余热利用前景广阔。
4.专利cn105605647a公开了一种一种协同净化、全热回收型燃气热电联产系统；该系统不仅能够深度回收烟气中水蒸气及其热量，而且能够降低排烟中氮氧化物含量。但目前相关研究还较少。
5.开发一种新的余热深度利用的系统无疑具有较大的经济意义和应用价值。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于现有技术的缺陷或不足，提供一种余热深度利用的分布式能源系统。本发明提供的余热深度利用的分布式能源系统利用初级余热回收利用模块、膜蒸馏式海水淡化模块和膜式热渗透发电模块，可对烟气中的余热、水分回收及深度利用，实现海水淡化和低温发电的功能，能源利用率高，提高了余热利用效率。
7.为实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种余热深度利用的分布式能源系统，包括初级余热回收利用模块、膜蒸馏式海水淡化模块和膜式热渗透发电模块；
9.初级余热回收利用模块，包括用于通入中高温烟气的吸收式冷热水机组；
10.膜蒸馏式海水淡化模块，包括用于通入中高温烟气的热海水储存机构、疏水性膜蒸馏组件、通入海水作为冷凝水的冷凝机构和第一间壁式换热器；热海水储存机构内设有
液泵，液泵与疏水性膜蒸馏组件相连通，疏水性膜蒸馏组件与热海水储存机构相连通；疏水性膜蒸馏组件、冷凝机构、第一间壁式换热器和热海水储存机构依次相连通。
11.膜式热渗透发电模块，包括与吸收式冷热水机组的热水输出端和热海水储存机构的烟气输出端均连通的热储存机构和设于热储存机构内用于加热的加热机构，加热机构与膜接触器、第二道间壁式换热器和加热机构依次连通实现热流体的循环；膜接触器、第二道间壁式换热器、第二三间壁式换热器、膜接触器依次连通实现冷流体的循环；所述吸收式冷热水机组的冷水输出端与第二三间壁式换热器相连通；所述膜接触器的冷水流道输出端与发电机构、加热机构依次连通，推动发电机构发电。
12.本发明提供的余热深度利用的分布式能源系统可对烟气中的余热、水分回收及深度利用，实现海水淡化，能源利用率高，提高了余热利用效率。
13.具体地，初级余热回收利用模块中，吸收式冷热水机组吸收中高温烟气中的热量，同时输出热水(热电荷)和冷水(冷电荷)，同时中高温烟气降低至室温排出；
14.膜蒸馏式海水淡化模块中，海水作为冷凝水通入冷凝机构中，经冷凝吸热后流入第一道间壁式换热器的冷流体流道中，经换热处理后，回流至热海水储存机构中；同时，中高温烟气作为热源通入热海水储存机构中，高温烟气中的热量被热海水储存机构中的海水吸收变成热海水，热海水(例如65℃的热海水)经液泵通入疏水性膜蒸馏组件中，由于疏水性膜蒸馏组件内的膜材料是疏水的，膜两侧的水溶液都不能互相渗透进入另一侧，只能通过热流体一侧的海水蒸发成水蒸气，在膜两侧的水蒸气压力差的驱动下，渗透进入膜材料的另一侧，并在冷凝机构中冷凝成液态淡水，液态淡水可排出并维持疏水性膜蒸馏组件的水蒸气压力差。
15.通过膜蒸馏式海水淡化模块，实现对烟气中余热的回收，同时实现对海水的淡化处理。
16.膜式热渗透发电模块中，中高温烟气(》120℃)通入热海水储存机构，经与海水换热后温度降低变成中低温烟气(50～120℃)，通入热储存机构，吸收式冷热水机组的热水输出端输出热水(较高温度)通入热储存机构，热水(较高温度)经放热后可作为生活热水排出；烟气流入第一道间壁式换热器中经换热处理后排烟排出。
17.而加热机构中的吸收了热量的热流体依次流经膜接触器、第二道间壁式换热器，然后回流至加热机构中，实现热流体的循环。膜接触器中的冷流体依次流经第三道间壁式换热器和第二间壁式换热器，然后回流至膜接触器中实现冷流体的循环。同时，膜接触器中的半透膜具有强疏水性和高透湿性，由于膜接触器中热流体流道的压强大于冷流体流道的压强，使得冷流体流道和热流体流道之间产生压力差，压力差使热流体流道中的热蒸汽透过半透膜进入冷流体流道，达到热质交换的目的，从而增加了冷流体流道中流体的热量和质量。另外，膜接触器的冷流体流道中增加的质量会使得冷流体流道输出端流出的流体增多、压力增大，而增多的流体和增大的压力用来推动发电机构进行发电，输出电负荷；发电后的水则流回至加热机构中继续吸热以循环提供持续的热能。
18.通过膜式热渗透发电模块，实现对烟气中实现对低温余热的利用，同时将吸收式冷热水机组输出的热负荷(热水)转化为电能实现余热的回收。
19.优选地，所述初级余热回收利用模块还包括用于通入中高温烟气的余热蒸汽锅炉，余热蒸汽锅炉和转轮除湿设备相连通。
20.余热蒸汽锅炉可吸收中高温烟气中的热量并转化为蒸汽，蒸汽一部分可直接输送到用户，另一部分通入转轮除湿设备中，经除湿处理后得到干燥的空气。
21.优选地，所述吸收式冷热水机组为溴化锂冷热水机组。
22.优选地，所述热海水储存机构为热海水储存箱。
23.优选地，所述冷凝机构为冷凝器。
24.优选地，所述冷凝机构壳程中的海水流道与管程中的水蒸气流道的流动方向相同。即管程输入端和壳程输入端位于冷凝机构的同一侧，管程输出端和壳程输出端位于冷凝机构的另一侧。
25.优选地，所述第一间壁式换热器的冷流体流道和热流体流道的流动方向相反。即冷流体流道的输入端和热流体流道的输出端位于第二道间壁式换热器的同一侧，冷流体流道输出端和热流体流道的输入端位于第二道间壁式换热器的另一侧。
26.优选地，所述疏水性膜蒸馏组件的管程输出端与热海水储存机构相连通；疏水性膜蒸馏组件的蒸汽输出端与冷凝机构的管程输入端相连通，冷凝机构的壳程输出端与第一间壁式换热器相连通，所述第一间壁式换热器的冷流体输出端与热海水储存机构相连通。
27.优选地，所述第一道间壁式换热器与热海水储存机构之间设有第一道阀门。用于控制第一道间壁式换热器的冷流体流入热海水储存机构。
28.优选地，所述液泵与疏水性膜蒸馏组件之间设有第二道阀门。
29.优选地，所述冷凝机构上设有控制海水通入的第三道阀门。
30.优选地，所述冷凝机构的管程输出端设有第四道阀门，用于调控淡水的流出。
31.优选地，冷凝机构壳程输出端处设有第五道阀门，海水经壳程输出端流入第一道间壁式换热器中，另外，海水也可通过第五道阀门排出，以调控热海水储存机构中的水位。
32.优选地，所述吸收式冷热水机组的热水输出端与热储存机构之间设有第六道阀门。
33.优选地，所述热海水储存机构的烟气输出端和热储存机构之间设有第七道阀门。
34.优选地，所述热储存机构的烟气输出端设有第八道阀门。
35.优选地，所述膜接触器与发电机构之间设有第九道阀门。
36.优选地，所述膜接触器与第三道间壁式换热器之间设有第十道阀门。
37.优选地，所述冷热水机组的冷水出口与第二道间壁式换热器之间设有第十一道阀门。
38.优选地，所述液泵与疏水性膜蒸馏组件通过管道相连通，管道上设有用于检测管道内液体温度的温度检测机构。
39.更为优选地，所述温度检测机构为温度表。
40.优选地，所述热储存机构为热水箱。
41.优选地，所述加热机构为加热盘管。
42.优选地，所述发电机构为涡轮机。
43.热储存机构的烟气输出端依次与第一间壁式换热器和大气相连通，用于排烟。
44.优选地，所述余热深度利用的分布式能源系统还包括燃气轮机发电机组，所述燃气轮机发电机组产生的烟气作为中高温烟气。
45.优选地，第一道间壁式换热器种类为管壳式换热器，第一道间壁式换热器中设有
冷流体流道和热流体流道，冷流体走管程，热流体走壳程，第一道间壁式换热器的冷流体流道和热流体流道之间设有显热交换器，第一道间壁式换热器的冷流体流道和热流体流道中的流体流动方向相反。
46.优选地，第二道间壁式换热器种类为管壳式换热器，第二道间壁式换热器中设有冷流体流道和热流体流道，冷流体走管程，热流体走壳程，第二道间壁式换热器的冷流体流道和热流体流道之间设置有显热交换器，第二道间壁式换热器35的冷流体流道和热流体流道中的流体流动方向相反。
47.优选地，第三道间壁式换热器种类为管壳式换热器，第三道间壁式换热器中设有冷流体流道和热流体流道，冷流体走管程，热流体走壳程，第三道间壁式换热器的冷流体流道和热流体流道之间设置有显热交换器，第三道间壁式换热器35的冷流体流道和热流体流道中的流体流动方向相反。
48.优选地，第二道间壁式换热器、第三道间壁式换热器利用显热交换器换热，不具备传质特性，只能进行显热交换，可确保膜接触器中冷流体流道输出端和热流体流道输出端流出的流体只进行换热而不产生质量转移。
49.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
50.本发明提供的余热深度利用的分布式能源系统利用初级余热回收利用模块、膜蒸馏式海水淡化模块和膜式热渗透发电模块，可对烟气中的余热、水分回收及深度利用，实现海水淡化和低温发电的功能，能源利用率高，提高了余热利用效率。
附图说明
51.图1为实施例1提供的余热深度利用的分布式能源系统的结构示意图；
52.其中，1—燃料(天然气或汽油)，2—燃气轮机发电机组，3—电力，4—并电柜，5—第一电负荷，6—中高温烟气(＞120℃)，7—余热蒸汽锅炉，8—吸收式冷热水机组，9—高品质蒸汽，10—输出蒸汽，11—转轮除湿设备，12—干燥空气，13—烟气(≈25℃)，14—冷水，15—热水，16—中低温烟气(50～120℃)，17—热海水储存机构，18—液泵，19—温度检测机构，20—疏水性膜蒸馏组件，21—第一道间壁式换热器，22—冷凝机构，23—作为冷凝水的海水，24—淡水，25—海水，26—排烟(≈25℃)，27—生活热水，28—加热机构，29—热储存机构，30—发电机构，31—第二电负荷，32—膜接触器，33—第二道间壁式换热器，34—排水，35—第三道间壁式换热器，a—第一道阀门，b—第二道阀门，c—第三道阀门，d—第四道阀门、e—第五道阀门，f—第六道阀门，g—第七道阀门，h—第八道阀门，i—第九道阀门，j—第十道阀门，k—第十一道阀门。
具体实施方式
53.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
54.需要说明的是，当原件被称为“设于”、“安设于”另一元件，它既可以直接在另一元件上，也可以存在居中的元件。当一个元件认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到
另一个元件或可能同时存在居中元件。本本发明所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
55.实施例1
56.本实施例提供一种余热深度利用的分布式能源系统，包括初级余热回收利用模块、膜蒸馏式海水淡化模块和膜式热渗透发电模块。该余热深度利用的分布式能源系统对供电系统产生的高温烟气作为余热回收的对象。
57.具体地：
58.供电系统包括燃气轮机发电机组2和并电柜4。燃气轮机发电机组2以天然气(或汽油)为燃料1发电，产生电力3，电力3输送至并电柜4和电用户实现第一电负荷5的输出及利用，同时燃气轮机发电机组2产生的中高温烟气6进行余热回收。
59.初级余热回收利用模块包括生产蒸汽的余热蒸汽锅炉7、吸收式冷热水机组8(具体为溴化锂吸收式冷热水机组)、转轮除湿设备11。余热蒸汽锅炉7与转轮除湿设备11连通。余热蒸汽锅炉7利用燃气轮机发电机组2产生的中高温烟气6来生产出高品质蒸汽9，一部分蒸汽直接输出到用户形成输出蒸汽10，另一部分蒸汽进入转轮除湿设备11，经转轮除湿设备11除湿处理后，生产干燥空气12。
60.溴化锂吸收式冷热水机组利用燃气轮机发电机组2的中高温烟气6，生产输出冷水14(即冷负荷)和热水15(热负荷)。从余热蒸汽锅炉7和溴化锂吸收式冷热水机组8排出的烟气13温度降低至环境温度(≈25℃)左右并排放。
61.膜蒸馏式海水淡化模块包括热海水储存机构17(具体为热海水储存箱)、液泵18、温度表19、疏水性膜蒸馏组件20、第一道间壁式换热器21(具体为管壳式换热器)、以海水23作为冷凝水的冷凝机构22(具体为冷凝器)、第一道阀门a、第二道阀门b、第三道阀门c、第四道阀门d、第五道阀门e。
62.膜式渗透热发电模块包括生活热水27、加热机构28(具体为加热盘管)、热储存机构29(具体为热箱)、发电机构30(具体为涡轮机)、膜接触器32、第二道间壁式换热器33(具体为管壳式换热器)、第三道间壁式换热器35(具体为管壳式换热器)、第六道阀门f、第七道阀门g、第八道阀门h、第九道阀门i、第十道阀门j、第十一道阀门k。
63.燃气轮机发电机组2产生的中高温烟气6接入热海水储存箱，海水23通过第三道阀门c进入冷凝器的壳程，冷凝器壳程中的海水流道与管程中的水蒸气流道的流动方向相同，冷凝器管程出口设有第四道阀门d，冷凝器壳程出口的排出海水端设有第五道阀门e，第一道间壁式换热器21设有冷流体流道和热流体流道，冷流体走管程，热流体走壳程，冷流体流道和热流体流道的流动方向相反，冷凝器壳程输出端与第一道间壁式换热器21的冷流体流道相连。疏水性膜蒸馏组件20的管程输入端与热海水储存箱内的液泵18连通，液泵18和疏水性膜蒸馏组件20之间设有第二道阀门b，疏水性膜蒸馏组件20的壳程输出端与冷凝器的管程输入端连接，疏水性膜蒸馏组件20的管程输出端与第一道间壁式换热器21的冷流体流道合并，进入热海水储存箱，第一道间壁式换热器21与热海水储存箱之间设有第一道阀门a。
64.膜蒸馏式海水淡化模块工作时，中高温烟气6通入热海水储存箱，将热海水储存箱里的海水加热(例如加热至65℃)。海水23通过第三道阀门c进入冷凝器，其作用是通过温度相对较低的海水23来冷凝温度较高的淡水蒸汽，使其成为液态的淡水24，通过第四道阀门d
排出。
65.中高温烟气6进入热海水储存箱后，通入热箱，经换热处理后形成中低温烟气16。从冷凝器壳程输出端流出的海水一部分进入第一道间壁式换热器21，与从热箱输出的中低温烟气16进行换热，目的是通过烟气预热海水，提高余热利用效率和海水淡化效率，另一部分海水通过第五道阀门e排出，以控制热海水储存箱中的水位。第一道间壁式换热器21冷流体流道输出端与膜蒸馏组件20的管程输出端汇合后，进入热海水储存箱，当热海水储存箱里的海水达到65℃后，通过第二道阀门b进入膜蒸馏组件20，膜蒸馏组件内的膜材料采用疏水性中空纤维膜，膜两侧的水溶液都不能互相渗透进入另一侧，只能通过在热流体的一侧蒸发成水蒸气，在膜两侧的水蒸气压力差的驱动下，渗透进入膜材料的另一侧，在冷凝器22中冷凝成液态淡水24，通过第四道阀门d排出，并维持膜蒸馏组件的水蒸气压力差。
66.膜式热渗透发电模块以热海水储存箱中流出的中低温烟气16通入热箱，加热盘管设于热箱中，用于从热箱中吸取余热；膜接触器32中设有冷流体流道和热流体流道，膜接触器32的冷流体流道和热流体流道之间设置有半透膜，膜接触器32的冷流体流道和热流体流道中的流体流动方向相反(即冷流体流道的输入端与热流体流道的输出端位于膜接触器32的同一侧，冷流体流道的输出端与热流体流道的输入端位于膜接触器32的同一侧)；第三道间壁式换热器35中设有冷流体流道和热流体流道，第三道间壁式换热器35的冷流体流道和热流体流道之间设有显热交换器，第三道间壁式换热器35的冷流体流道和热流体流道中的流体流动方向相反(即冷流体流道的输入端与热流体流道的输出端位于第三道间壁式换热器35的同一侧，冷流体流道的输出端与热流体流道的输入端位于第三道间壁式换热器35的同一侧)；第二道间壁式换热器33设于膜接触器32和第三道间壁式换热器35之间，第二道间壁式换热器中设有冷流体流道和热流体流道，冷流体走管程，热流体走壳程，第二道间壁式换热器的冷流体流道和热流体流道之间设置有显热交换器，其冷流体流道和热流体流道中的流体流动方向相反(即冷流体流道的输入端与热流体流道的输出端位于第二道间壁式换热器33的同一侧，冷流体流道的输出端与热流体流道的输入端位于第二道间壁式换热器33的同一侧)；
67.加热盘管的输出端连接到膜接触器32中热流体流道的输入端，膜接触器32中热流体流道的输出端经过第三道间壁式换热器35的冷流体流道后，连通到加热盘管28的输入端；膜接触器32中冷流体流道的输出端一方面连通到涡轮机的输入端，另一方面经过第三道间壁式换热器35的热流体流道后，进入第二道间壁式换热器33的热流体流道，从第二道间壁式换热器的热流体流道输出端连接到膜接触器32中冷流体流道的输入端；涡轮机的输出端连接到加热盘管的输入端。
68.膜式热渗透发电模块工作时，中高温烟气6经热海水储存箱后通入热箱，溴化锂吸收式冷热水机组产生的热水15通入热箱释放热量，最后通过第八道阀门h排出生活热水27。在加热盘管中吸收了热量的热流体和从第三道间壁式换热器35的热流体流道输出端中流出的冷流体在膜接触器32中以逆流方式流动；膜接触器32中的半透膜具有强疏水性和高透湿性，由于膜接触器32中热流体流道的压强大于冷流体流道的压强，使得冷流体流道和热流体流道之间产生压力差，压力差使热流体流道中的热蒸汽透过半透膜进入冷流体流道，达到热质交换的目的，从而增加了冷流体流道中流体的热量和质量；膜接触器32冷流体流道中增加的质量会使得冷流体流道输出端流出的流体增多、压力增大，而增多的流体和增
大的压力则可以用来推动涡轮机进行发电，输出第二电负荷31；发电后的水则流回加热盘管继续吸热以循环提供持续的热能。
69.从膜接触器32中冷流体流道的输出端流出的流体，一方面用于驱动涡轮机发电，另一方面还需要流回到膜接触器32中冷流体流道的输入端以形成供水循环；而从膜接触器32中热流体流道的输出端流出的流体，则需要流回到加热盘管的输入端以循环吸收热箱29中的余热。第三道间壁式换热器35的作用是对膜接触器32中冷流体流道输出端和热流体流道输出端流出的流体进行换热。具体地，从膜接触器32中热流体流道输出端流出的流体，经过第三道间壁式换热器35，吸收热量后再流回到加热盘管中；从膜接触器32中冷流体流道输出端流出的流体，经过第三道间壁式换热器35，释放热量后，进入第二道间壁式换热器与来自溴化锂吸收式冷热水机组的冷水14换热，继续释放热量后，再流回到膜接触器32的冷流体流道中。吸收热量后的水34通过第二道间壁式换热器33的冷流体输出端排出。需要说明的是，第三道间壁式换热器35中采用的是显热交换器，其与第二道间壁式换热器33一样不具备传质特性，只能进行显热交换，以确保膜接触器32中冷流体流道输出端和热流体流道输出端流出的流体只进行换热而不产生质量转移。
70.即该余热深度利用的分布式能源系统具有生产冷、热负荷，生产蒸汽、干燥空气，以及海水淡化和低温发电的功能，其系统能源利用率高，提高了余热利用效率。
71.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。