CN107165682A - 一种燃气热电联供工艺优化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气热电联供工艺优化系统，包括发电并网系统和供热系统；所述发电并网系统包括通过管路依次连接燃气管网的第一控制阀、1#换热器、膨胀机，产出电量即有膨胀机和微燃机两处；所述供热系统所述供热系统包括补水系统、原工业锅炉、换热系统，产出蒸汽有换热系和锅炉两处。本发明不仅为工业锅炉的清洁化发展及普及提供了经济性方案，还保障了燃气管网中工业调度的供气安全。本发明的整个工艺系统能源利用率高、火用效率高、占地面积小，对于区域式热电联供适应性强，具有很强的发展潜力及应用前景。
Description
技术领域
本发明属于燃气热电联供领域，具体涉及一种燃气热电联供工艺优化系统。
背景技术
热电联供的原本是起源于对蒸汽轮机排出的大量低压蒸汽冷凝潜热被冷却水带走，而采用提高背压或者抽汽的方式，在发电的同时，以低压蒸汽供热来实现的。进入燃气门站的燃气一般都是高压燃气，然而汇入下游管网的压力一般都为低压燃气，这也就意味着管道气中含有丰富的压力能，特别是在大流量的工况时，压力能更不容小觑。
随着节能减排号角的吹起及延续，加上国家政策的支持及燃气行业发展的现状，针对于区域式的燃气供给已逐步朝着热电联供方向在如火如荼的进行着。区域式的燃气热电联供产生的电和热可以供给供气系统及该区域的居民或者工业用户或者其它相关用电设备，以实现能源的充分利用。然而电可以升压，输送到几千公里远，但是蒸汽、热水都有一个经济的输送距离，这取决于管道投资、输送动力消耗与热的价格比较。目前一般认为的经济输送距离，供气（0.1Mpa）为2～3km，采暖和生活热约5km，然而区域联供刚好符合条件，这就促进了区域式热电联供的进一步发展。
综上所述，开发一种燃气热电联供工艺优化系统，能够充分利用高压天然气本身含有的压力能，利用压力能发电及微燃机发电和供热来创造更多的经济效益，提高能源利用率。
中国专利申请CN103452611 A公布了一种联合循环的热电联供系统，包括汽轮机、余热锅炉、热网抽汽系统；汽轮机包括高、中、低压缸；余热锅炉包括高、中、低压汽包，三汽包分别产生三股蒸汽：高、中、低压蒸汽，分别注入汽轮机的高、中、低压缸内膨胀作功，带动发电机输出电能。这种联合循环的热电联供系统采用三级气压分别进行发电提高了效率，但是整个工艺比较繁杂，并且整个工艺涉及的设备费用较高，并且他所适用的燃气压力要求较高，针对于低压状况的燃气则没有太明显的经济效益。
中国专利申请CN1721771A公布了一种热电联供系统以及能量供给系统，由具有输送电能以及热能的套管的多个电·热能发生模块；由机械动力发生装置和热泵装置形成、且具有输送热能的套管的多个热能发生模块；以及具有多个该能量发生模块和接受电能以及热能的套管，且集约来自各个模块的能量并向需要侧进行供给的基体。这种热电联供系统整个工艺流程非常简单实用，但是在输电和输热多个模块的条件下，也仅仅只能供给个别用户，整体的效率较低，并且不适合区域式集体的供热、供电的状况。
发明内容
本发明的目的在于实现工业锅炉的清洁化发展及普及提供经济性方案，其次为燃气管网中的工业调度的供气安全提供保障，此外还能够充分改善原有设备利用率不高的不足。针对区域式燃气热电联供原有工艺系统进行优化改善，提高系统整体的能源利用率，提高原有系统的火用利用率，进一步提高区域式燃气热电联供的效益。
本发明实现上述目的的技术方案为：
一种燃气热电联供工艺优化系统，包括发电并网系统和供热系统；
所述发电并网系统包括通过管路依次连接燃气管网的第一控制阀、1#换热器、膨胀机，经过所述膨胀机之后的燃气分为两路，一路依次连接第一调压阀、微燃机、第二发电机，另一路依次连接第二调压阀、原工业锅炉，所述膨胀机及微燃机的输出端分别与第一发电机、第二发电机驱动连接，所述的第一发电机、第二发电机的输出端均通过电力并网柜向外输出电力；
所述供热系统包括补水系统、原工业锅炉、换热系统，所述换热系统包括依靠管路依次连接的微燃机、2#换热器、3#换热器，所述补水系统包括连接补水箱的水泵，所述水泵的输出端分为三路，第一路依靠管路依次连接3#换热器、1#换热器、第二控制阀、2#换热器；第二路依靠管路依次连接第三控制阀、2#换热器；第三路依靠管路连接原工业锅炉，所述2#换热器的出水口连接原工业锅炉的蒸汽管道。
进一步地，在本发明的另一可实施的方案中，所述的微燃机的数量为1台以上，其量的确定依据管道燃气流量或者所需发电量及系统中冷水所需的热负荷而定。
进一步地，在本发明的另一可实施的方案中，所述的第一调压阀和第二调压阀均为减压阀。
进一步地，在本发明的另一可实施的方案中，所述的原工业锅炉的燃气管路上还安装有所述升温设备和流量计。升温设备能防止低温对精密仪器的使用寿命造成负面影响。
进一步地，在本发明的另一可实施的方案中，所述的升温设备为加热器或换热器。
进一步地，在本发明的另一可实施的方案中，所述的加热器为电加热器或燃气加热器。
进一步地，在本发明的另一可实施的方案中，所述换热器的热源为系统中排放的低温烟气或热水、蒸汽。
进一步地，在本发明的另一可实施的方案中，所述水泵为防爆泵，所述的膨胀机为透平膨胀机。
进一步地，在本发明的另一可实施的方案中，所述的第一发电机、第二发电机均为防爆型的异步发电机。
进一步地，在本发明的另一可实施的方案中，所述的1#换热器、2#换热器、3#换热器均为管壳式换热器。
本发明与现有技术和现状相比具有以下的有益效果：
1、实现了工业锅炉经济化、清洁化。本发明改善了现有工业锅炉一般为燃气、燃油锅炉运营成本较高的现状，为工业锅炉的发展及普及提供经济性方案。
2、整个工艺火用效率高。本发明的工艺中有两处能够发电，并且通过膨胀机膨胀之后的燃气再进入微燃机即微燃机进口冷却的运用，又能够进一步的提高微燃机的发电效率；电量的增加能够显著改善原有热电联供工艺的整体火用效率，使得整个工艺的经济效益更高，适用性及普及性更好。
3、整个工艺优化系统占地面积小，微电网结构适用性强。本发明针对于就地改造而言，因占地面积小，解决了原本区域面积不大的弊端，充分利用现有场地进行系统改造优化，并就系统发的电量进行优先就地消耗，多余的在进行并网，这种微电网的形式适用性强，发展潜力巨大。
4、工艺简单、安全可靠。本发明为燃气工业调度中的安全运营提供了多种解决方案、保证了供气安全，充分提高了原有工况条件下的设备利用率。其次本发明操作简单且自动化程度较高，系统中设计的设备都是常用设备，应用技术成熟，运行安全，选型方便。
附图说明
图1为区域式燃气热电联供优化系统的示意图。
图中示出：1-第一控制阀，2-1#换热器，3-膨胀机，4-电力并网柜，5-第一调压阀，6-微燃机，7-2#换热器，8-3#换热器，9-加热设备，10-第二调压阀，11-原工业锅炉，12-水泵，13-补水箱，14-第一发电机，15-第二发电机，16-第二控制阀，17-第三控制阀。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
如图1所示，一种燃气热电联供工艺优化系统，包括发电并网系统和供热系统；
所述发电并网系统包括通过管路依次连接燃气管网的第一控制阀1、1#换热器2、膨胀机3，经过所述膨胀机3之后的燃气分为两路，一路依次连接第一调压阀5、微燃机6、第二发电机15，另一路依次连接升温设备9、第二调压阀10、流量计、原工业锅炉11，所述的第一调压阀5和第二调压阀10均为减压阀。所述膨胀机3及微燃机6的输出端分别与第一发电机14、第二发电机15驱动连接，所述的第一发电机14、第二发电机15的输出端均通过电力并网柜4向外输出电力，实现电力并网。
所述供热系统包括补水系统、原工业锅炉11、换热系统，所述换热系统包括依靠管路依次连接的微燃机6、2#换热器7、3#换热器8，所述补水系统包括连接补水箱13的水泵12，所述水泵12的输出端分为三路，第一路依靠管路依次连接3#换热器8、1#换热器2、第二控制阀16、2#换热器7；第二路依靠管路依次连接第三控制阀17、2#换热器7；第三路依靠管路连接原工业锅炉11，所述2#换热器7的出水口连接原工业锅炉11的蒸汽管道。水泵12将其中一股水先与3#换热器8进行换热再与1#换热器2进行第二次换热，然后通过管路与另一股水汇合之后再次与2#换热器7进行换热，最后变为水蒸气；另外一路水则经过水泵12之后直接进入原工业锅炉11，最后变为水蒸气，最后两股蒸汽通过蒸汽管道进入下游用户。
所述的微燃机6的数量为1台以上，可以为两台，三台…，其量的确定依据管道燃气流量或者所需发电量及系统中冷水所需的热负荷而定。所述的升温设备9为加热器或换热器。所述的加热器为电加热器或燃气加热器。所述述换热器的热源为系统中排放的低温烟气或热水、蒸汽。
广州某工业锅炉站点相关参数为天然气进口压力为16bar，温度30oC，流量300Nm3/h～650Nm3/h，进入水的状态为压力12bar，温度30oC。周边需要蒸汽作为热源及工业区自身具有很多耗电设备。
根据上述工况背景进行优化设计，本实施例中所述水泵12选用防爆泵，所述的膨胀机3为透平膨胀机，膨胀效率为0.78，等熵效率为0.7。所述的第一发电机14、第二发电机15均为防爆型的异步发电机。所述的1#换热器2、2#换热器7、3#换热器8均为管壳式换热器。微燃机6的单机功率范围为25kw～300kw。
现有流量为400Nm3/h,压力为16bar，温度为30oC的天然气，经过1#换热器2换热之后温度变为60oC，随后经过膨胀机3膨胀之后，温度变为10oC，压力变为6.5bar，然后经过管道分流，一股为45%的天然气进入微燃机进行燃烧，产生的高温为669oC；另外一股55%的天然气则经过加热设备9及减压阀10之后变为温度问30oC，压力为1.2bar，然后进入原工业锅炉11与温度为30oC、压力为12bar、流量为2310kg/h的水进行换热，最终水蒸气为190oC；另外一股温度为30oC、压力为12bar、流量为1370kg/h，其中一部分流量为680kg/h的水首先与3#换热器8进行第一次换热，换热之后的温度为80oC，随之与1#换热器进行第二次换热，换热之后的温度达到74 oC，随后与另外一股690kg/h的水混合之后在与2#换热器7进行换热，最终换热后的温度为190 oC，压力为12bar；整个工艺中膨胀机发电为6.5kw，微燃机发电量为857kw,即总电量为863.5kw，温度为190 oC的蒸汽3680kg/h，整个系统的火用效率达到近47%，说明整个系统的优化效果较好。
本发明的上述实施例仅仅为清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于，包括发电并网系统和供热系统；
所述发电并网系统包括通过管路依次连接燃气管网的第一控制阀（1）、1#换热器（2）、膨胀机（3），经过所述膨胀机（3）之后的燃气分为两路，一路依次连接第一调压阀（5）、微燃机（6）、第二发电机（15），另一路依次连接第二调压阀（10）、原工业锅炉（11），所述膨胀机（3）及微燃机（6）的输出端分别与第一发电机（14）、第二发电机（15）驱动连接，所述的第一发电机（14）、第二发电机（15）的输出端均通过电力并网柜（4）向外输出电力；
所述供热系统包括补水系统、原工业锅炉（11）、换热系统，所述换热系统包括依靠管路依次连接的微燃机（6）、2#换热器（7）、3#换热器（8），所述补水系统包括连接补水箱（13）的水泵（12），所述水泵（12）的输出端分为三路，第一路依靠管路依次连接3#换热器（8）、1#换热器（2）、第二控制阀（16）、2#换热器（7）；第二路依靠管路依次连接第三控制阀（17）、2#换热器（7）；第三路依靠管路连接原工业锅炉（11），所述2#换热器（7）的出水口连接原工业锅炉（11）的蒸汽管道。
2.根据权利要求1所述的一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于：所述的微燃机（6）的数量为1台以上。
3.根据权利要求1所述的一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于：所述的第一调压阀（5）和第二调压阀（10）均为减压阀。
4.根据权利要求1所述的一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于：所述的原工业锅炉（11）的燃气管路上还安装有所述升温设备（9）和流量计。
5.根据权利要求4所述的一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于：所述的升温设备（9）为加热器或换热器。
6.根据权利要求5所述的一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于：所述的加热器为电加热器或燃气加热器。
7.根据权利要求5所述的一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于：所述换热器的热源为系统中排放的低温烟气或热水、蒸汽。
8.根据权利要求1所述的一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于：所述水泵（12）为防爆泵，所述的膨胀机（3）为透平膨胀机。
9.根据权利要求1所述的一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于：所述的第一发电机（14）、第二发电机（15）均为防爆型的异步发电机。
10.根据权利要求1所述的一种燃气热电联供工艺优化系统，其特征在于：所述的1#换热器（2）、2#换热器（7）、3#换热器（8）均为管壳式换热器。
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