本实用新型涉及到数据中心能源管理领域，具体涉及到一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统。
背景技术：
随着云计算、大数据、移动互联及物联网的迅猛发展，数据中心建设呈现快速增长的趋势。数据中心在存储海量数据保障社会生活正常运行同时，对电力供应产生了巨大的影响，已成为一种高能耗的产业。天然气分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行。天然气分布式能源以天然气为一次能源，驱动燃气轮机或内燃机发电机等设备转动产生电力，系统排出的烟气利用余热回收装置向用户供热、供冷。通过三联供方式实现能源梯级利用，并在负荷需求端实现多种能源联供。天然气分布式能源站成为数据中心降低能耗节约成本的重要方案。
常规数据中心燃气内燃发电机组余热及缸套水常采用烟气热水溴化锂机组利用模式，如中国专利公布了cn201711000967.x一种数据中心供能控制系统和方法，其中，系统包括：内燃发电机对天然气和空气做功产生电能供给园区使用，并将尾部烟道所排烟气通过烟气三通阀输送到溴化锂制冷机为溴化锂制冷机提供热源，其中，根据pid参数调节烟气三通阀控制开度大小，以保证内燃发电机烟气和溴冷机制冷机的功率动态匹配；溴化锂制冷机对内燃发电机排出的烟气热源进行处理产生冷冻水，通过溴冷机出口阀和冷冻水泵输送到蓄冷罐为数据中心供冷；电制冷机采用磁悬浮电制冷机组产生冷冻水，通过电冷机出口阀和冷冻水泵输送到蓄冷罐为数据中心供冷。但由于烟气热水溴化锂机组在烟气温度低于180℃时效率较低，且在溴化锂制冷机组出现问题时，内燃发电机的烟气只能直接排入大气，造成能源浪费，该专利的可靠性和效率都有待提高。
本专利对数据中心燃气内燃发电机组利用方式进行研究，提出综合利用燃气内燃发电机组、烟气溴化锂机组、烟气换热器、热水透平发电机组、磁悬浮冷水机组的高效利用系统，提高能源综合利用效率。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高可靠性、能源高利用的数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，包括燃气内燃发电机组、烟气溴化锂机组、烟气换热器、热水透平发电机组、磁悬浮冷水机组；所述燃气内燃发电机组分别与天然气管道、烟气溴化锂机组、烟气换热器、大气相连通；所述烟气溴化锂机组分别与烟气换热器、大气相连通；所述烟气换热器分别与热水透平发电机组、大气相连通；所述热水透平发电机组与所述燃气内燃发电机组相连通；所述磁悬浮冷水机组、烟气溴化锂机组分别与数据中心冷冻水系统相连；所述燃气内燃发电机组、热水透平发电机组、磁悬浮冷水机组分别与电网电连接，所述电网与数据中心电连接。
本实用新型提供的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，燃气内燃发电机组对空气和天然气做功，产生电能供数据中心使用；产生的高温余热烟气通过与燃气内燃发电机组相通的烟气管道运输至烟气溴化锂机组，进行吸热制取冷冻水，供数据中心使用；经烟气溴化锂机组处理过后的余热烟气再通过烟气换热器，进行吸热换取循环热水后在排放至大气；燃气内燃发电机组所产生的缸套水与烟气换热器所产生的循环热水运输至热水透平发电机组进行透平做功产生电能，与燃气内燃发电机组产生的电能并至电网(在达到并网条件时)，给数据中心供电；磁悬浮冷水机组与电网电连接，通过电能离心压缩制取冷冻水，供数据中心使用。
本实用新型采用天然气作为一次能源，通过本系统的燃气内燃发电机组、热水透平发电机组产生数据中心所需的电负荷，通过烟气溴化锂机组、磁悬浮冷水机组产生数据中心所需的冷冻水，并实现能源梯级利用，高品位能源(天然气)用于发电，再利用燃气内燃发电机组排放的低品位能源(烟气余热、热水余热)来提供冷负荷及低品位发电，提高一次能源的综合利用率，对节约能源和促进国民经济可持续发展具有重要意义，同时用户也可以大幅度节省能源费用，同时经多层处理后的烟气排放至大气，温度已经达到排放要求，可以很大程度上减弱数据中心所处地的热岛效应。
进一步地，所述燃气内燃发电机组的一端与天然气管道连通，另一端通过第一烟气管道与第一烟气三通阀的左端相连通，所述烟气溴化锂机组通过第二烟气管道与第一烟气三通阀的下端连通，第一烟气三通阀的右端与第三烟气管道连通，所述烟气溴化锂机组还与第三烟气管道连通。
进一步地，所述烟气换热器通过第四烟气管道与第二烟气三通阀的下端连通，第二烟气三通阀的左端与第三烟气管道连通，第二烟气三通阀的右端通过第五烟气管道与大气相连通，所述烟气换热器还与第五烟气管道连通。
为考虑设备安全运行系统设置了烟气三通阀实现了事故状态烟气旁路系统，在管道连接的阀门上选择三通阀，可以根据pid参数调节烟气三通阀控制开度大小，实现供能参数对口的供能方式。所述第一烟气三通阀和第二烟气三通阀均垂直安装并留有有效空间，在某一设备出现事故状态时，本系统还能持续运行，并不影响给数据中心所需要的冷负荷和电负荷。若烟气溴化锂机组发生故障，只需要将第一烟气三通阀与第二烟气管道的连接处关闭，使烟气通过第三烟气管道直接到达烟气换热器进行利用，而磁悬浮冷水机组还是能吸收电能提供数据中心所需要的冷冻水，同理，若烟气换热器发生故障，第二烟气三通阀可以关闭第四烟气管道，使得经烟气溴化锂机组处理后的烟气直接排到大气。
进一步地，所述热水透平发电机组通过循环水泵依次与所述烟气换热器和所述燃气内燃发电机组连通。
循环水泵为烟气换热器制得的循环热水与燃气内燃发电机组产生的缸套水提供循环动力，将循环热水和缸套水泵入热水透平发电机组中进行透平做功发电。
更进一步地，所述第一烟气三通阀与pid参数调节控制器电连接。
更进一步地，所述第二烟气三通阀与pid参数调节控制器电连接。
更进一步地，所述pid参数调节控制器与电网电连接。
系统的阀门可以手动调节，也可以控制器自动调节，增加系统的易用性。
进一步地，所述第一烟气三通阀、第二烟气三通阀均为耐高温耐腐蚀材质，提高系统的可靠性和管道的耐用性。
进一步地，所述第一烟气管道、第二烟气管道、第三烟气管道、第四烟气管道、第五烟气管道均为耐高温材质，避免烟气对阀门的损害，对系统造成不良的影响。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型提供的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，利用燃气内燃发电机组进行发电，产生的余热高温烟气进行吸收制冷制得冷冻水供数据中心使用，还可以进行吸收换取循环热水与燃气内燃发电机组产生的缸套水结合供热水透平发电机组发电，进一步的提高系统能源的利用率。
(2)本实用新型提供的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，利用三通阀连接各个设备，可靠性高，当系统中一个设备出现问题时，系统还是能够正常运行，提供数据中心所需的电负荷和冷负荷供给。
(3)本实用新型提供的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，将燃气内燃发电机组产生的高温烟气经过利用处理排放，排放温度低，能够很好的避免热岛效应。
附图说明
图1为本实用新型的一种框架连接示意图；
图2为本实用新型的另一种框架连接示意图；
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。需要指出的是，所有附图均为示例性的表示。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1
如图1所示，一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，包括燃气内燃发电机组101、烟气溴化锂机组102、烟气换热器103、热水透平发电机组104、磁悬浮冷水机组105；所述燃气内燃发电机组101分别与天然气管道、烟气溴化锂机组102、烟气换热器103、大气相连通；所述烟气溴化锂机组102分别与烟气换热器103、大气相连通；所述烟气换热器103分别与热水透平发电机组104、大气相连通；所述热水透平发电机组104与所述燃气内燃发电机组101相连通；所述磁悬浮冷水机组105、烟气溴化锂机组102分别与数据中心冷冻水系统相连；所述燃气内燃发电机组101、热水透平发电机组104、磁悬浮冷水机组105分别与电网电连接，所述电网与数据中心电连接。
在使用时，天然气和空气进入燃气内燃发电机组101，活塞运动带动发电机发电产生电能e，产生的高温余热烟气在正常工况下由第三连通管道503运输至烟气溴化锂机组102，烟气在烟气溴化锂机组102进行换热制取数据中心所需冷冻水w，烟气溴化锂机组102中换热完成的烟气在正常工况下通过第五连通管道505运输至烟气换热器103，烟气在烟气换热器103进行换热制取热水透平发电机组104所需的循环热水r，烟气换热器103换热完的烟气通过第六连通管506排放至大气。
所述燃气内燃发电机组101、烟气溴化锂机组102、烟气换热器103、热水透平发电机组104、磁悬浮冷水机组105均为市场上常见能够买到的产品；
具体的，所述燃气内燃发电机组101为市售的燃气内燃发电机组(如颜巴赫、卡特彼勒、瓦锡兰等品牌)；
具体的，所述烟气溴化锂机组102为市售的烟气余热型溴化锂制冷机(如远大、荏原、双良等品牌)；
具体的，所述烟气换热器103为市售的热管余热回收器(如普众等品牌)；
具体的，所述热水透平发电机组104为市售的透平膨胀发电机组(如天加等品牌)；
具体的，所述磁悬浮冷水机组105为市售的磁悬浮水冷冷水机组(如海尔、约克等品牌)；
燃气内燃发电机组101运行过程中产生的缸套水s及烟气换热器103换热出的循环热水r通过循环水泵401循环于热水透平发电机组104中释放热能，热水透平发电机组104通过透平做功产生电能e与燃气内燃发电机组101产生的电能e并至电网侧，供数据中心及磁悬浮冷水机组105使用，磁悬浮冷水机组105利用电网的电能通过离心做功制取数据中心所需的冷冻水w，并且与烟气溴化锂机组102吸收制取的冷冻水w相连接，为数据中心提供冷负荷。
本系统考虑到高效利用的同时也可满足数据中心供能的安全性和可靠性，当烟气溴化锂机组102发生故障时，燃气内燃发电机组101产生的高温余热烟气可以由第二连通管道502直接运输至烟气换热器103进行吸热换取循环水r，然后再由第六连通管道506排至大气；当烟气换热器发生故障时，经烟气溴化锂机组102处理后的余热烟气通过第四连通管道504直接排至大气；若烟气溴化锂机组102和烟气换热器103都发生故障，可以通过第一连通管道501连通至第六连通管道506直接排至大气。
实施例2
如图2所示，一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，包括燃气内燃发电机组101、烟气溴化锂机组102、烟气换热器103、热水透平发电机组104、磁悬浮冷水机组105及相应的水泵、管道、阀门等辅助系统。其中发电设备有燃气内燃发电机组101、热水透平发电机组104；制冷设备有烟气溴化锂机组102及磁悬浮冷水机组105。本系统采用天然气为一次能源输入，通过高效利用方式产生数据中心所的冷、电负荷。
天然气和空气进入燃气内燃发电机组101中燃烧，活塞运动带动发电机发电产生电能e，产生的高温余热烟气依次通过第一烟气管道201、第一烟气三通阀301，正常工况下烟气由第一烟气三通阀301、第二烟气管道202至烟气溴化锂机组102，烟气在烟气溴化锂机组102进行换热制取数据中心所需冷冻水w，烟气溴化锂机组102中换热完成的烟气依次通过第三烟气管道203、第二烟气三通阀302，正常工况下烟气由第二烟气三通阀302、第四烟气管道204至烟气换热器103，烟气在烟气换热器103进行换热制取热水透平发电机组104所需的循环热水r，烟气换热器103换热完的烟气通过第五烟气管道205排放至大气。
具体的，所述第一烟气三通阀301、第二烟气三通阀302受pid参数调节控制器调控，所述pid参数调节控制器为西门子rwd62，所述第一烟气三通阀301和第二烟气三通阀302均为西门子电动三通分流阀；
具体的，所述第一烟气管道201、第二烟气管道202、第三烟气管道203、第四烟气管道204、第五烟气管道205和其他连接管道均为耐高温防腐蚀材质。
本系统考虑到高效利用的同时也可满足数据中心供能的安全性和可靠性，当烟气溴化锂机组102发生故障时，烟气可通过第一烟气三通阀301切换直接至第三烟气管道203，再通过第二烟气三通阀302、第四烟气管道204隔离烟气溴化锂机组102到达烟气换热器103进行吸热换取循环热水r，供至热水透平发电机组104发电，不会造成能源浪费，且排放的温度较低，而此时可以由磁悬浮冷水机组105利用电网电能，离心做功制取冷冻水w，供给数据中心的冷负荷需求；当烟气换热器103发生故障时，烟气可通过第二烟气三通阀302切换直接至第五烟气管道205，隔离烟气烟气换热器103排至大气；当烟气溴化锂机组102、当烟气换热器103同时发生故障时，烟气分别通过第一烟气三通阀301、第二烟气三通阀302切换，隔离烟气溴化锂机组102、当烟气换热器103排至大气。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
1.一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，包括燃气内燃发电机组、烟气溴化锂机组、烟气换热器、热水透平发电机组、磁悬浮冷水机组；其特征在于，所述燃气内燃发电机组分别与天然气管道、烟气溴化锂机组、烟气换热器、大气相连通；所述烟气溴化锂机组分别与烟气换热器、大气相连通；所述烟气换热器分别与热水透平发电机组、大气相连通；所述热水透平发电机组与燃气内燃发电机组相连；所述磁悬浮冷水机组、烟气溴化锂机组分别与数据中心冷冻水系统相连通；所述燃气内燃发电机组、热水透平发电机组、磁悬浮冷水机组分别与电网电连接，所述电网与数据中心电连接。
2.根据权利要求1所述的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，其特征在于，所述燃气内燃发电机组的一端与天然气管道连通，另一端通过第一烟气管道与第一烟气三通阀的左端相连通，所述烟气溴化锂机组通过第二烟气管道与第一烟气三通阀的下端连通，第一烟气三通阀的右端与第三烟气管道连通，所述烟气溴化锂机组还与第三烟气管道连通。
3.根据权利要求1所述的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，其特征在于，所述烟气换热器通过第四烟气管道与第二烟气三通阀的下端连通，第二烟气三通阀的左端与第三烟气管道连通，第二烟气三通阀的右端通过第五烟气管道与大气相连通，所述烟气换热器还与第五烟气管道连通。
4.根据权利要求1所述的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，其特征在于，所述热水透平发电机组通过循环水泵依次与所述烟气换热器和所述燃气内燃发电机组连通。
5.根据权利要求2所述的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，其特征在于，所述第一烟气三通阀与pid参数调节控制器电连接。
6.根据权利要求3所述的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，其特征在于，所述第二烟气三通阀与pid参数调节控制器电连接。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的一种数据中心燃气内燃发电机组高效利用系统，其特征在于，所述pid参数调节控制器与电网电连接。
技术总结