CN104819054A - 一种分布式能源的余热利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式能源的余热利用系统，包括燃机发电机组、汽机发电机组和余热锅炉，其特征在于：燃气轮机的排气端连通余热锅炉的进气端，余热锅炉的蒸汽输出端连接蒸汽轮机的进汽端，形成气机余热利用回路；蒸汽轮机的出汽端依次通过凝汽器、给水泵连接余热锅炉的进水端，形成汽机余热利用回路；在余热锅炉的尾端设置热水换热器，热水换热器的出水端通过热水供水母管连接天然气加热单元的进水端，热水换热器的回水端通过热水回水母管连接天然气加热单元的出水端，形成燃机发电机组和汽机发电机组余热循环利用回路。本发明能够解决现有技术天然气加热机构存在能耗大、安全性能差的问题，具有利用余热锅炉烟气，降低系统能耗，减少烟气排放量的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种余热利用系统，尤其是涉及一种分布式能源的余热利用系统。属于能源利用技术领域。
背景技术
目前，原动机为小型燃气轮机的分布式能源系统，一般以天然气作为燃料，主要设备包括燃气轮发电机组、余热锅炉、蒸汽轮发电机组。
由于燃气轮机对天然气的进气参数有一定的要求，天然气发电厂的发电机组不能直接利用来自供气末站的天然气进行发电，需在供气末站至燃气轮机的燃气入口之间设置调压站，调节天然气的进气压力。根据焦耳-汤姆森效应，天然气经过调压站时压力的下降会导致其温度降低。为避免在天然气调压降温后产生凝析水或可能产生的水化物在天然气输送过程中对设备造成损伤并阻碍管道的正常运行，同时避免管道外壁大量结冰，需要在调压站设置加热单元。
现有技术中，一般如下采取二种天然气加热方式:
如图3所示，其一，是采用以燃气为能源的水浴式加热器的技术，主要是通过水浴加热炉燃烧天然气加热水的温度，再利用水加热天然气的温度，并通过改变水浴炉天然气燃烧量达到控制天然气温度的目的。存在如下缺点：(1)需要消耗额外的天然气，发电气耗增加，不利于电厂的节能减排。(2)水浴炉安装在调压站中，需要点火运行，燃气泄露很可能造成爆炸，存在安全隐患。(3)直接燃烧天然气，增加电厂CO2的排放量。
如图4所示，其二，采用管壳式换热器加热天然气，用蒸汽作为加热介质。存在如下缺点：(1)需要增设抽汽管道和设备，使电厂热力系统复杂化，对主机系统的运行有影响。(2)使用抽汽作为加热介质，减少了发电厂的发电量，相当于增加了电厂的发电气耗。
分布式能源站中，由于该等级的原动机一般配置双压余热锅炉，余热锅炉排烟温度较高(一般约为110-130℃)。这么高温的烟气余热是一个潜力很大的资源，如果直接排放既浪费了能源，又造成严重的环境热污染。需要设计一种分布式能源余热利用系统，具有能够利用余热锅炉烟气余热，降低系统能耗，降低排烟温度的特点。
发明内容
本发明的目的，是为了解决现有技术天然气加热机构存在能耗大、安全性能差或增加原来热力系统的复杂性的问题，提供一种分布式能源的余热利用系统。具有利用余热锅炉烟气余热，降低系统能耗，降低排烟温度的特点。
本发明的目的可以通过采取以下技术方案实现：
一种分布式能源的余热利用系统，包括燃机发电机组、汽机发电机组、余热锅炉和热水换热器，燃机发电机组包括压气机、燃烧室、燃气轮机及燃机发电机，汽机发电机组包括蒸汽轮机和蒸汽轮机发电机；其结构特点在于：燃气轮机的排气端连通余热锅炉的进气端，余热锅炉的排烟排入大气，形成燃机发电机组烟气余热利用系统；余热锅炉的蒸汽输出端依次通过蒸汽轮机、凝汽器、给水泵连接余热锅炉的进水端，形成汽机郎肯循环发电回路；在余热锅炉的尾端设置热水换热器，所述热水换热器的出水端通过热水供水母管连接天然气加热单元的进水端，所述热水换热器的回水端通过热水回水母管连接天然气加热单元的出水端，所述天然气加热单元设有进气端和出气端，该进气端外接来自调压站流量计出口的天然气、出气端连接调压站内的过滤分离单元入口，形成余热锅炉尾部烟气余热利用回路；即通过燃机发电机组烟气余热利用系统、汽机郎肯循环发电回路和余热锅炉尾部烟气余热利用回路构成分布式能源的余热利用系统。
本发明的目的还可以通过采取以下技术方案实现：
进一步地，所述压气机具有空气输入端以吸收外部空气，压气机的输出端接燃烧室的空气进气端；燃烧室设有天然气输入端以外接天然气，燃烧室的烟气输出端连接燃气轮机的烟气输入端，燃气轮机的动力输出端接燃机发电机的输入端；构成燃机发电机组的发电结构。
进一步地，所述余热锅炉的蒸汽输出端接蒸汽轮机的蒸汽输入端，蒸汽轮机的动力输出端接蒸汽轮机发电机的输入端，构成汽机发电机组的发电结构。
进一步地，所述蒸汽轮机的乏汽输出端连接凝汽器的输入端，凝汽器的输出端连接给水泵的升压输入端，给水泵的升压输出端连接余热锅炉的进水口，余热锅炉的蒸汽输出端连接蒸汽轮机的蒸汽输入端，构成汽机郎肯循环发电回路。
进一步地，所述余热锅炉的尾部设置热水换热器，热水换热器的低温热水回水输入端接天然气加热单元的回水输出端，热水换热器的高温热水输出端接天然气加热单元的热水输入端。
进一步地，所述天然气加热单元设置在调压系统中流量计量装置及快关装置之后。
进一步地，所述天然气加热单元包括升压泵A、升压泵B、天然器热水加热器A和天然气热水加热器B，所述天然气热水加热器A和天然气热水加热器B通过热水供水母管连接热水换热器的高温热水输出端，所述天然器热水加热器A和天然气热水加热器B通过升压泵A和升压泵B通过热水回水母管连接热水换热器的低温热水回水输入端。
本发明具有如下突出的有益效果：
1、本发明由于具有燃机发电机组烟气余热利用系统、汽机郎肯循环发电回路和余热锅炉尾部烟气余热利用回路，因此，所构成分布式能源的余热利用系统能够解决现有技术天然气调压站加热单元存在能耗大、安全性能差或增加原来热力系统的复杂性的问题，具有利用余热锅炉烟气余热，降低系统能耗，降低排烟温度的有益效果。
2、本发明通过在余热锅炉尾部增设热水换热器，利用余热锅炉尾部热水换热器产生的热水加热调压站低温天然气，较水浴加热而言，取消调压站中常用的水浴加热炉，可以避免燃气泄露可能造成的爆炸，提高了调压站的安全性，并且充分利用排烟余热产生热水，提高了能源利用效率；同时降低了排烟温度，减少了热污染，避免直接燃烧天然气，达到减少CO2的排放量的效果。
3、本发明较水浴加热而言，取消调压站中常用的水浴加热炉，减少电厂天然气耗量；较蒸汽加热而言避免使用汽轮机抽汽作为加热介质，降低了电厂的发电气耗量，具有节能的优点。
4、本发明较蒸汽加热而言，余热锅炉尾部增设的热水换热器不影响电厂原有热力系统，对主机系统的运行不造成影响，操作方便。
附图说明
图1为本发明具体实施例1的结构示意图。
图2为图1中天然气加热单元的结构示意图。
图3为现有技术的水浴加热式结构示意图。
图4为现有技术的蒸汽加热式结构示意图。
图1中，1-压气机，2-空气过滤器，3-燃烧室，4-燃气轮机，5-燃机发电机，6-余热锅炉，7-蒸汽轮机，8-蒸汽轮机发电机，9-凝汽器，10-给水泵，11-热水换热器，12-热水供水母管，13-热水回水母管。
具体实施方式
具体实施例1：
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述：
参照图1，本实施例包括燃机发电机组、汽机发电机组、余热锅炉6和热水换热器11，燃机发电机组包括压气机1、燃烧室3、燃气轮机4及燃机发电机5，汽机发电机组包括蒸汽轮机7和蒸汽轮机发电机8；燃气轮机4的排气端连通余热锅炉6的进气端，余热锅炉6的排烟排入大气，形成燃机发电机组烟气余热利用系统；余热锅炉6的蒸汽输出端依次通过蒸汽轮机7、凝汽器9、给水泵10连接余热锅炉6的进水端，形成汽机郎肯循环发电回路；在余热锅炉6的尾端设置热水换热器11，所述热水换热器11的出水端通过热水供水母管12连接天然气加热单元的进水端，所述热水换热器11的回水端通过热水回水母管13连接天然气加热单元的出水端，所述天然气加热单元设有进气端和出气端，该进气端外接来自调压站流量计出口的天然气、出气端连接调压站内的过滤分离单元入口，形成余热锅炉尾部烟气余热利用回路；即燃机发电机组烟气余热利用系统、汽机郎肯循环发电回路和余热锅炉尾部烟气余热利用回路构成分布式能源的余热利用系统。
本实施例中：
所述压气机1具有空气输入端以吸收外部空气，压气机1的输出端接燃烧室3的空气进气端；燃烧室3设有天然气输入端以外接天然气，燃烧室3的烟气输出端连接燃气轮机4的烟气输入端，燃气轮机4的动力输出端接燃机发电机5的输入端；构成燃机发电机组的发电结构。
所述余热锅炉6的蒸汽输出端接蒸汽轮机7的蒸汽输入端，蒸汽轮机7的动力输出端接蒸汽轮机发电机8的输入端，构成汽机发电机组的发电结构。
所述蒸汽轮机7的乏汽输出端连接凝汽器9的输入端，凝汽器9的输出端连接给水泵10的升压输入端，给水泵10的升压输出端连接余热锅炉6的进水口，余热锅炉6的蒸汽输出端连接蒸汽轮机7的蒸汽输入端，构成汽机郎肯循环发电回路。
所述余热锅炉6的尾部设置热水换热器11，热水换热器11的低温热水回水输入端接天然气加热单元的回水输出端，热水换热器11的高温热水输出端接天然气加热单元的热水输入端。
进一步地，所述天然气加热单元设置在调压系统中流量计量装置及快关装置之后。
进一步地，所述天然气加热单元包括升压泵A、升压泵B、天然器热水加热器A和天然气热水加热器B，所述天然气热水加热器A和天然气热水加热器B通过热水供水母管12连接热水换热器11的高温热水输出端，所述天然器热水加热器A和天然气热水加热器B通过升压泵A和升压泵B通过热水回水母管13连接热水换热器11的低温热水回水输入端。
本实施例的工作原理如下：
参照图1，外部空气经过空气过滤器2后进入压气机1，然后在燃烧室3中与天然气燃烧产生高温烟气，进入燃气轮机4，燃气轮机4做功带动燃机发电机5发电。
同时，高温烟气进入余热锅炉6，加热余热锅炉6内的水并产生蒸汽，所述蒸汽进入蒸汽轮机7做功并带动蒸汽轮机发电机8发电，做功后的乏汽经过凝汽器9冷却后，经过给水泵10升压，再次进入余热锅炉6。
由于在余热锅炉6的尾部设置热水换热器11，可将热水回水母管13送回的低温热水回水加热，产生高温热水经热水供水母管12送至天然气加热单元使天然气加热。
通过在余热锅炉6尾部设置热水换热器11，接收来自天然气加热单元的低温热水，加热该低温热水后输送高温热水至天然气加热单元的天然器热水加热器A和天然气热水加热器B，由于该热水换热器热量通过余热锅炉尾部烟气获得，从而充分利用排烟余热产生热水，提高了能源利用效率。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施例,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术人员在本发明揭露的范围内,根据本发明技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都属于本发明的保护范围。本发明中没有具体交代的内容均为本领域现有技术范围。
Claims (7)
1.一种分布式能源的余热利用系统，包括燃机发电机组、汽机发电机组、余热锅炉(6)和热水换热器(11)，燃机发电机组包括压气机(1)、燃烧室(3)、燃气轮机(4)及燃机发电机(5)，汽机发电机组包括蒸汽轮机(7)和蒸汽轮机发电机(8)；其特征在于：燃气轮机(4)的排气端连通余热锅炉(6)的进气端，余热锅炉的排烟排入大气，形成燃机发电机组烟气余热利用系统；余热锅炉6的蒸汽输出端依次通过蒸汽轮机(7)、凝汽器(9)、给水泵(10)连接余热锅炉(6)的进水端，形成汽机郎肯循环发电回路；在余热锅炉(6)的尾端设置热水换热器(11)，所述热水换热器(11)的出水端通过热水供水母管(12)连接天然气加热单元的进水端，所述热水换热器(11)的回水端通过热水回水母管(13)连接天然气加热单元的出水端，所述天然气加热单元设有进气端和出气端，该进气端外接来自调压站流量计出口的天然气、出气端连接调压站内的过滤分离单元入口，形成余热锅炉尾部烟气余热利用回路；即通过燃机发电机组烟气余热利用系统、汽机郎肯循环发电回路和余热锅炉尾部烟气余热利用回路构成分布式能源的余热利用系统。
2.根据权利要求1所述的一种分布式能源的余热利用系统，其特征在于：所述压气机(1)具有空气输入端以吸收外部空气，压气机(1)的输出端接燃烧室(3)的空气进气端；燃烧室(3)设有天然气输入端以外接天然气，燃烧室(3)的烟气输出端连接燃气轮机(4)的烟气输入端，燃气轮机(4)的动力输出端接燃机发电机(5)的输入端；构成燃机发电机组的发电结构。
3.根据权利要求1所述的一种分布式能源的余热利用系统，其特征在于：所述余热锅炉(6)的蒸汽输出端接蒸汽轮机(7)的蒸汽输入端，蒸汽轮机(7)的动力输出端接蒸汽轮机发电机(8)的输入端，构成汽机发电机组的发电结构。
4.根据权利要求1所述的一种分布式能源的余热利用系统，其特征在于：所述蒸汽轮机(7)的乏汽输出端连接凝汽器(9)的输入端，凝汽器(9)的输出端连接给水泵(10)的升压输入端，给水泵(10)的升压输出端连接余热锅炉(6)的进水口，余热锅炉(6)的蒸汽输出端连接蒸汽轮机(7)的蒸汽输入端，构成汽机郎肯循环发电回路。
5.根据权利要求1所述的一种分布式能源的余热利用系统，其特征在于：所述余热锅炉(6)的尾部设置热水换热器(11)，热水换热器(11)的低温热水回水输入端接天然气加热单元的回水输出端，热水换热器(11)的高温热水输出端接天然气加热单元的热水输入端。
6.如权利要求1所述的一种分布式能源余热利用系统，其特征在于：所述天然气加热单元设置在调压系统中流量计量装置及快关装置之后。
7.如权利要求1至4任意一项所述的一种分布式能源余热利用系统，其特征在于：所述天然气加热单元包括升压泵A、升压泵B、天然器热水加热器A和天然气热水加热器B，所述天然气热水加热器A和天然气热水加热器B通过热水供水母管(12)连接热水换热器(11)的高温热水输出端，所述天然器热水加热器A和天然气热水加热器B通过升压泵A和升压泵B通过热水回水母管(13)连接热水换热器(11)的低温热水回水输入端。
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