CN108905488A - 一种低碳清洁高效型分布式能源系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低碳清洁高效型分布式能源系统及其运行方法，属于分布式能源领域。目前，分布式能源系统的发展面临着诸多挑战，如系统二氧化碳排放控制、氮氧化物排放治理、系统效率提升、热岛效应等，目前还没有一种综合治理的方法解决上述难题。本发明包括天然气装置、燃气分布式能源系统、烟气热量回收装置、烟气热量利用装置、CO2分离装置、CO2供给端、N2分离装置、N2供给端、NOx分离装置、NOx回收装置、O2分离装置、O2供给端和Ar供给端。本发明能有效解决系统二氧化碳排放控制、氮氧化物排放治理、系统效率提升、热岛效应等难题，并能够合理有效的利用燃气分布式能源系统产生的烟气。
Description
技术领域
本发明涉及一种低碳清洁高效型分布式能源系统及其运行方法，属于分布式能源领域。
背景技术
当前我国能源发展正进入从总量扩张向提质增效转变的全新阶段，建设美丽中国，发展生态文明的新时代，呼唤能源技术革命。天然气分布式能源作为大幅节能的前沿技术，是我国中长期科技发展规划能源领域的四项前沿技术之一，对建设国家清洁低碳、安全高效的现代能源体系具有重要现实意义和深远战略意义。但是分布式能源系统发展也面临着诸多挑战，如系统二氧化碳排放控制、氮氧化物排放治理、系统效率提升、热岛效应等难题，如申请号为201710194221.0的中国专利，这些难题是制约分布式特别是燃气分布式在城市中心发展的瓶颈，目前还没有一种综合治理的方法解决上述难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种低碳清洁高效型分布式能源系统及其运行方法，能有效解决系统二氧化碳排放控制、氮氧化物排放治理、系统效率提升、热岛效应等难题，并能够合理有效的利用燃气分布式能源系统产生的烟气。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种低碳清洁高效型分布式能源系统，其特征在于，包括天然气装置、燃气分布式能源、烟气热量回收装置、烟气热量利用装置、气体分离装置和气体供给端；所述天然气装置、燃气分布式能源、烟气热量回收装置、气体分离装置和气体供给端依次连接，所述烟气热量利用装置与烟气热量回收装置连接；所述气体分离装置包括CO2分离装置、N2分离装置、NOx分离装置和O2分离装置，所述气体供给端包括CO2供给端、N2供给端、NOx回收装置、O2供给端和Ar供给端；所述CO2供给端与CO2分离装置连接，N2供给端与N2分离装置连接，NOx回收装置与NOx分离装置连接，O2供给端和Ar供给端均与O2分离装置连接。
进一步而言，还包括H2O收集装置、CO2收集装置、N2收集装置、O2收集装置和Ar收集装置；所述H2O收集装置分别与烟气热量回收装置和燃气分布式能源系统连接，所述CO2收集装置分别与CO2分离装置和CO2供给端连接，所述N2收集装置分别与N2分离装置和N2供给端连接，所述O2收集装置分别与O2分离装置和O2供给端连接，所述Ar收集装置分别与O2分离装置和Ar供给端连接。
上述低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法如下：
步骤1、燃气分布式能源系统利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置，将一级烟气温度降低到气体分离装置所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气依次进入气体分离装置中的各分离装置进行不同气体的分离，分离后得到的不同气体分别进入气体供给端中相应的供给端被利用；分离得到的H2O回收到燃气分布式能源系统重复利用。
上述低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，运行方法包括如下步骤：
步骤1、燃气分布式能源系统利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置，将一级烟气温度降低到CO2分离装置所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气进入CO2分离装置，分离CO2的同时也将一级烟气中的H2O分离，分离的CO2进入CO2供给端被利用，分离的H2O回收到燃气分布式能源系统重复利用；
步骤4、经过CO2分离装置后得到的二级烟气成分包括N2、NOx、O2和Ar，二级烟气通过N2分离装置分离出N2，分离出的N2进入N2供给端被利用；
步骤5、经过N2分离装置后得到的三级烟气成分包括NOx、O2和Ar，三级烟气通过NOx分离装置分离出NOx并回收；
步骤6、经过NOx分离装置得到的四级烟气成分包括O2和Ar，四级烟气通过O2分离装置分离出O2，分离出的O2进入O2供给端被利用，分离出的Ar进入Ar供给端被利用。
上述低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，运行方法包括如下步骤：
步骤1、燃气分布式能源系统利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置，将一级烟气温度降低到N2分离装置所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气进入N2分离装置，分离N2的同时也将一级烟气中的H2O分离，分离的N2进入N2供给端被利用，分离的H2O回收到燃气分布式能源系统重复利用；
步骤4、经过N2分离装置后得到的二级烟气成分包括CO2、NOx、O2和Ar，二级烟气通过CO2分离装置分离出CO2，分离出的CO2进入CO2供给端被利用；
步骤5、经过CO2分离装置后得到的三级烟气成分包括NOx、O2和Ar，三级烟气通过NOx分离装置分离出NOx并回收；
步骤6、经过NOx分离装置后得到的四级烟气成分包括O2和Ar，四级烟气通过O2分离装置分离出O2，分离出的O2进入O2供给端被利用，分离出的Ar进入Ar供给端被利用。
上述低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，运行方法包括如下步骤：
步骤1、燃气分布式能源系统利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置，将一级烟气温度降低到N2分离装置所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气进入N2分离装置，分离N2的同时也将一级烟气中的H2O分离，分离的N2进入N2供给端被利用，分离的H2O回收到燃气分布式能源系统重复利用；
步骤4、经过N2分离装置后得到的二级烟气成分包括CO2、NOx、O2和Ar，二级烟气通过O2分离装置分离出O2，分离出的O2进入O2供给端被利用；
步骤5、经过O2分离装置后得到的三级烟气成分包括NOx、CO2和Ar，三级烟气通过CO2分离装置分离出CO2并回收；
步骤6、经过CO2分离装置后得到的四级烟气成分包括NOx和Ar，四级烟气通过NOx分离装置分离出NOx，分离出的NOx进入NOx供给端被利用，分离出的Ar进入Ar供给端被利用。
进一步而言，CO2分离装置分离出的CO2进入CO2供给端用于制取干冰、驱油封存、矿化、精密清洗和其他CO2利用技术。
进一步而言，N2分离装置分离出的N2进入N2供给端用于化工合成、食品加工、作为保护气体、生物医药和其他N2利用。
进一步而言，O2分离装置分离出的O2进入O2供给端用于化工工业、国防工业、冶炼工艺、医疗保健和其他O2方面的利用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、能够将燃气分布式能源系统产生的烟气高效回收利用，从根本上降低了分布式能源系统对环境的影响，并能够利用烟气创造巨大的利用价值；
2、解决了燃气分布式能源系统CO2排放问题；
3、解决了燃气分布式能源系统NOx脱除难题；
4、大幅度降低了燃气分布式能源系统水耗；
5、提高了燃气分布式能源系统效率；
6、大幅度降低了燃气分布式能源系统热岛效应。
附图说明
图1是本发明实施例的流程示意图。
图2是本发明实施例的流程示意图。
图3是本发明实施例的流程示意图。
图中：天然气装置1、燃气分布式能源系统2、烟气热量回收装置3、烟气热量利用装置4、CO2分离装置5、CO2供给端6、N2分离装置7、N2供给端8、NOx分离装置9、NOx回收装置10、O2分离装置11、O2供给端12、Ar供给端13、H2O收集装置14、CO2收集装置15、N2收集装置16、O2收集装置17、Ar收集装置18。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
本实施例中的低碳清洁高效型分布式能源系统，包括天然气装置1、燃气分布式能源系统2、烟气热量回收装置3、烟气热量利用装置4、气体分离装置和气体供给端；所述天然气装置1、燃气分布式能源系统2、烟气热量回收装置3、气体分离装置和气体供给端依次连接，所述烟气热量利用装置4与烟气热量回收装置3连接；所述气体分离装置包括CO2分离装置5、N2分离装置7、NOx分离装置9和O2分离装置11，所述气体供给端包括CO2供给端6、N2供给端8、NOx回收装置10、O2供给端12和Ar供给端13；所述CO2供给端6与CO2分离装置5连接，N2供给端8与N2分离装置7连接，NOx回收装置10与NOx分离装置9连接，O2供给端12和Ar供给端13均与O2分离装置11连接。
本实施例中，低碳清洁高效型分布式能源系统还包括H2O收集装置14、CO2收集装置15、N2收集装置16、O2收集装置17和Ar收集装置18；所述H2O收集装置14分别与烟气热量回收装置3和燃气分布式能源系统2连接，所述CO2收集装置15分别与CO2分离装置5和CO2供给端6连接，所述N2收集装置16分别与N2分离装置7和N2供给端8连接，所述O2收集装置17分别与O2分离装置11和O2供给端12连接，所述Ar收集装置18分别与O2分离装置11和Ar供给端13连接。
上述低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法如下：
步骤1、燃气分布式能源系统2利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置3，将一级烟气温度降低到气体分离装置所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气依次进入气体分离装置中的各分离装置进行不同气体的分离，分离后得到的不同气体分别进入气体供给端中相应的供给端被利用；分离得到的H2O回收到燃气分布式能源系统2重复利用。
参见图1，上述低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，包括如下步骤：
步骤1、燃气分布式能源系统2利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置3，将一级烟气温度降低到CO2分离装置5所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气进入CO2分离装置5，分离CO2的同时也将一级烟气中的H2O分离，分离的CO2进入CO2供给端6被利用，分离的H2O回收到燃气分布式能源系统2重复利用；
步骤4、经过CO2分离装置5后得到的二级烟气成分包括N2、NOx、O2和Ar，二级烟气通过N2分离装置7分离出N2，分离出的N2进入N2供给端8被利用；
步骤5、经过N2分离装置7后得到的三级烟气成分包括NOx、O2和Ar，三级烟气通过NOx分离装置9分离出NOx并回收；
步骤6、经过NOx分离装置9后得到的四级烟气成分包括O2和Ar，四级烟气通过O2分离装置11分离出O2，分离出的O2进入O2供给端12被利用，分离出的Ar进入Ar供给端13被利用。
参见图2，上述低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，包括如下步骤：
步骤1、燃气分布式能源系统2利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置3，将一级烟气温度降低到N2分离装置7所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气进入N2分离装置7，分离N2的同时也将一级烟气中的H2O分离，分离的N2进入N2供给端8被利用，分离的H2O回收到燃气分布式能源系统2重复利用；
步骤4、经过N2分离装置7后得到的二级烟气成分包括CO2、NOx、O2和Ar，二级烟气通过CO2分离装置5分离出CO2，分离出的CO2进入CO2供给端6被利用；
步骤5、经过CO2分离装置5后得到的三级烟气成分包括NOx、O2和Ar，三级烟气通过NOx分离装置9分离出NOx并回收；
步骤6、经过NOx分离装置9后得到的四级烟气成分包括O2和Ar，四级烟气通过O2分离装置11分离出O2，分离出的O2进入O2供给端12被利用，分离出的Ar进入Ar供给端13被利用。
参见图3，上述低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，包括如下步骤：
步骤1、燃气分布式能源系统2利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置3，将一级烟气温度降低到N2分离装置7所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气进入N2分离装置7，分离N2的同时也将一级烟气中的H2O分离，分离的N2进入N2供给端8被利用，分离的H2O回收到燃气分布式能源系统2重复利用；
步骤4、经过N2分离装置7后得到的二级烟气成分包括CO2、NOx、O2和Ar，二级烟气通过O2分离装置11分离出O2，分离出的O2进入O2供给端12被利用；
步骤5、经过O2分离装置11后得到的三级烟气成分包括NOx、CO2和Ar，三级烟气通过CO2分离装置5分离出CO2并回收；
步骤6、经过CO2分离装置5后得到的四级烟气成分包括NOx和Ar，四级烟气通过NOx分离装置9分离出NOx，分离出的NOx进入NOx供给端被利用，分离出的Ar进入Ar供给端13被利用。
其中，CO2分离装置5分离出的CO2进入CO2供给端6用于制取干冰、驱油封存、矿化和精密清洗。N2分离装置7分离出的N2进入N2供给端8用于化工合成、食品加工、作为保护气体和生物医药。O2分离装置11分离出的O2进入O2供给端12用于化工工业、国防工业、冶炼工艺和医疗保健。
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种低碳清洁高效型分布式能源系统，其特征在于，包括天然气装置、燃气分布式能源、烟气热量回收装置、烟气热量利用装置、气体分离装置和气体供给端；所述天然气装置、燃气分布式能源、烟气热量回收装置、气体分离装置和气体供给端依次连接，所述烟气热量利用装置与烟气热量回收装置连接；所述气体分离装置包括CO2分离装置、N2分离装置、NOx分离装置和O2分离装置，所述气体供给端包括CO2供给端、N2供给端、NOx回收装置、O2供给端和Ar供给端；所述CO2供给端与CO2分离装置连接，N2供给端与N2分离装置连接，NOx回收装置与NOx分离装置连接，O2供给端和Ar供给端均与O2分离装置连接。
2.根据权利要求1所述的低碳清洁高效型分布式能源系统，其特征在于，还包括H2O收集装置、CO2收集装置、N2收集装置、O2收集装置和Ar收集装置；所述H2O收集装置分别与烟气热量回收装置和燃气分布式能源系统连接，所述CO2收集装置分别与CO2分离装置和CO2供给端连接，所述N2收集装置分别与N2分离装置和N2供给端连接，所述O2收集装置分别与O2分离装置和O2供给端连接，所述Ar收集装置分别与O2分离装置和Ar供给端连接。
3.一种如权利要求1-2中任一项权利要求所述的低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法如下：
步骤1、燃气分布式能源系统利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置，将一级烟气温度降低到气体分离装置所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气依次进入气体分离装置中的各分离装置进行不同气体的分离，分离后得到的不同气体分别进入气体供给端中相应的供给端被利用；分离得到的H2O回收到燃气分布式能源系统重复利用。
4.一种如权利要求3中任一项权利要求所述的低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，运行方法包括如下步骤：
步骤1、燃气分布式能源系统利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置，将一级烟气温度降低到CO2分离装置所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气进入CO2分离装置，分离CO2的同时也将一级烟气中的H2O分离，分离的CO2进入CO2供给端被利用，分离的H2O回收到燃气分布式能源系统重复利用；
步骤4、经过CO2分离装置后得到的二级烟气成分包括N2、NOx、O2和Ar，二级烟气通过N2分离装置分离出N2，分离出的N2进入N2供给端被利用；
步骤5、经过N2分离装置后得到的三级烟气成分包括NOx、O2和Ar，三级烟气通过NOx分离装置分离出NOx并回收；
步骤6、经过NOx分离装置后得到的四级烟气成分包括O2和Ar，四级烟气通过O2分离装置分离出O2，分离出的O2进入O2供给端被利用，分离出的Ar进入Ar供给端被利用。
5.根据权利要求3所述的低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，运行方法包括如下步骤：
步骤1、燃气分布式能源系统利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置，将一级烟气温度降低到N2分离装置所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气进入N2分离装置，分离N2的同时也将一级烟气中的H2O分离，分离的N2进入N2供给端被利用，分离的H2O回收到燃气分布式能源系统重复利用；
步骤4、经过N2分离装置后得到的二级烟气成分包括CO2、NOx、O2和Ar，二级烟气通过CO2分离装置分离出CO2，分离出的CO2进入CO2供给端被利用；
步骤5、经过CO2分离装置后得到的三级烟气成分包括NOx、O2和Ar，三级烟气通过NOx分离装置分离出NOx并回收；
步骤6、经过NOx分离装置后得到的四级烟气成分包括O2和Ar，四级烟气通过O2分离装置分离出O2，分离出的O2进入O2供给端被利用，分离出的Ar进入Ar供给端被利用。
6.根据权利要求3所述的低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，运行方法包括如下步骤：
步骤1、燃气分布式能源系统利用天然气产生电力和热力，同时产生一级烟气，一级烟气的成分包括CO2、H2O、N2、NOx、O2和Ar；
步骤2、一级烟气首先通过烟气热量回收装置，将一级烟气温度降低到N2分离装置所需温度，并回收利用此部分的烟气热量；
步骤3、降温后的一级烟气进入N2分离装置，分离N2的同时也将一级烟气中的H2O分离，分离的N2进入N2供给端被利用，分离的H2O回收到燃气分布式能源系统重复利用；
步骤4、经过N2分离装置后得到的二级烟气成分包括CO2、NOx、O2和Ar，二级烟气通过O2分离装置分离出O2，分离出的O2进入O2供给端被利用；
步骤5、经过O2分离装置后得到的三级烟气成分包括NOx、CO2和Ar，三级烟气通过CO2分离装置分离出CO2并回收；
步骤6、经过CO2分离装置后得到的四级烟气成分包括NOx和Ar，四级烟气通过NOx分离装置分离出NOx，分离出的NOx进入NOx供给端被利用，分离出的Ar进入Ar供给端被利用。
7.根据权利要求4-6中任一项权利要求所述的低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，CO2分离装置分离出的CO2进入CO2供给端用于制取干冰、驱油封存、矿化和精密清洗。
8.根据权利要求4-6中任一项权利要求所述的低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，N2分离装置分离出的N2进入N2供给端用于化工合成、食品加工、作为保护气体和生物医药。
9.根据权利要求4-6中任一项权利要求所述的低碳清洁高效型分布式能源系统的运行方法，其特征在于，O2分离装置分离出的O2进入O2供给端用于化工工业、国防工业、冶炼工艺和医疗保健。
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