CN107654294A - 基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，包括：燃气轮机系统，用于通过燃气燃烧带动叶轮旋转，以将燃气的能量转化为电能，同时排出烟气；余热利用系统，用于通过烟气提取第一导热油，并在提取导热油时，通过换热后的烟气制取第一蒸汽；导热油蓄热系统，用于存储在用户提供热力时剩余导热油，并在供能系统满足预设条件时，通过剩余导热油为用户供热。该系统可以通过导热油蓄热系统存储剩余导热油，并在一定条件下为用户供热，从而可以对实现对供能系统热能的储存，节约能源，有效降低供能成本。

Description

基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别涉及一种基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统。

背景技术

天然气发电是最稳定的分布式供能方式之一，燃气轮机为其常用的机组。天然气发电余热的利用对分布式供能系统的综合利用效率有着重大的影响，燃气轮机排烟温度可达500℃，烟气余热可进行供热或制冷等。因此，天然气有着重要的利用价值。

相关技术中，如图1所示，燃气轮机发电通过变配电系统并入用户电网，轮机产生的高温烟气(约520℃)通往余热导热油炉制取高温导热油(约280℃)，余热导热油炉排出的烟气(约300℃)通往余热蒸汽锅炉制取蒸汽，同时配置燃气蒸汽锅炉和燃气导热油锅炉进行供热的补充和备用。

然而，部分工业用户用电和用热并不能完全匹配，系统设计时仅能根据“以热定电”的原则，无法满足部分“用电多、用热少”的工业企业的电力需求，导致浪费能源，而且受限于工业用电执行的“峰平谷”电价政策，由于谷电时段电价较低，燃气轮机不能运行，而利用燃气蒸汽锅炉或是燃气导热油炉直接供热的成本相对较高，并不经济，大大提高了供电成本，有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，该系统可以对供能系统的热能进行储存，有节约能源，有效降低供能成本。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，包括：燃气轮机系统，用于通过燃气燃烧带动叶轮旋转，以将所述燃气的能量转化为电能，同时排出烟气；余热利用系统，用于通过所述烟气提取第一导热油，并在提取所述导热油时，通过换热后的烟气制取第一蒸汽；导热油蓄热系统，用于存储在用户提供热力时剩余导热油，并在供能系统满足预设条件时，通过所述剩余导热油为用户供热。

本发明实施例的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，可以在供热剩余时通过导热油蓄热系统存储剩余导热油，使得在一定条件下如供热不足或者在谷电时段，可以通过存储的剩余导热油供能，不但实现对热能的储存，节约能源，而且有效降低供能成本，提高供能系统的实用性，有效满足用户的用能需求，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述导热油蓄热系统包括：蓄热罐，用于存储所述剩余导热油，并为用户供热；油汽换热装置，用于通过所述剩余导热油制取第二蒸汽，为用户供热。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述蓄热罐包括：蓄热罐本体，所述蓄热罐本体的外壁和内壁之间设置有保温材料；电加热器，所述电加热器设置于所述蓄热罐本体中，高温蓄热材料，所述蓄热罐本体的盘管设置于所述高温蓄热材料中，且所述盘管的进油口和出油口均设置于所述外壁上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述蓄热罐还包括：温度传感器和压力传感器，用于采集温度信号和压力信号，以获取所述蓄热罐的当前状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述余热利用系统包括：余热导热油炉，用于制取所述第一导热油，并生成所述换热后的烟气；余热蒸汽锅炉，用于通过所述换热后的烟气制取所述第一蒸汽，为用户提供热力。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：燃气锅炉供热系统，用于通过燃烧释放所述燃气的能量，以制取第三蒸汽和第二导热油，为用户提供热力。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述燃气锅炉供热系统包括：燃气蒸汽锅炉，用于制取所述第三蒸汽；燃气导热油锅炉，用于制取所述第二导热油。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：变配电系统，用于将所述电能为所述供能系统供电后，通过剩余电能为用户提供电力。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述预设条件为当前时间处于谷电时段。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述预设条件为所述第一导热油和所述第一蒸汽无法满足用户需求。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术中基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统的结构示意图；以及

图4为根据本发明一个实施例的蓄热罐的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统。

图2是本发明一个实施例的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统10的结构示意图。

如图2所示，该基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统10包括：燃气轮机系统100、余热利用系统200和导热油蓄热系统300。

其中，燃气轮机系统100用于通过燃气燃烧带动叶轮旋转，以将燃气的能量转化为电能，同时排出烟气。余热利用系统200用于通过烟气提取第一导热油，并在提取导热油时，通过换热后的烟气制取第一蒸汽。导热油蓄热系统300用于存储在用户提供热力时剩余导热油，并在供能系统满足预设条件时，通过剩余导热油为用户供热。本发明实施例的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统10可以通过导热油蓄热系统300存储剩余导热油，并在一定条件下为用户供热，从而可以对实现对供能系统热能的储存，节约能源，有效降低供能成本。

可选地，在本发明的一个实施例中，预设条件为当前时间处于谷电时段。例如，在当前时间处于谷电时段如凌晨一点时，由于此时执行谷电价，可以通过剩余导热油为用户供热，降低供能成本。

可选地，在本发明的一个实施例中，预设条件为第一导热油和第一蒸汽无法满足用户需求。例如，当第一导热油满足需求单第一蒸汽无法满足需求时，可以通过剩余导热油提供所需蒸汽，以满足使用需求。

可以理解的是，如图3所示，燃气轮机系统100通过燃料燃烧带动叶轮高速旋转将燃气的能量转化为电能，同时排出高温烟气(约为450～550℃)，高温烟气通过余热利用系统200加以利用。余热利用系统200通过利用高温烟气来实现能量的多级利用。导热油蓄热系统300在燃气轮机系统100开启时进行储能，通过加热和保温蓄热材料来保持高温导热油的温度，在燃气轮机系统100关闭时，且满足一定条件时，利用储存的高温导热油直接供热或通过换热装置间接制取蒸汽供热，不足部分由燃气锅炉供热系统400进行补充。其中，导热油为有机介质，具有热稳定性好、无毒、无味、无环境污染、对设备无腐蚀等优点，是蓄热的理想介质。此外导热油还具有两大优势：一个是具有高温、低压运行的特点，例如，导热油可以在低于1.0MPa的压力下被加热到350℃，而用蒸汽达到相同温度和蒸汽压力时，需达到16.5MPa；另一个是适用温度高、使用范围广，例如，导热油广泛应用于200～400℃的高温加热系统。

进一步地，在本发明的一个实施例中，余热利用系统200包括：余热导热油炉201和余热蒸汽锅炉202。其中，余热导热油炉201用于制取第一导热油，并生成换热后的烟气。余热蒸汽锅炉202用于通过换热后的烟气制取第一蒸汽，为用户提供热力。

可以理解是，如图3所示，余热利用系统200通过利用高温烟气来实现能量的多级利用，其主要设备包括余热导热油炉201和余热蒸汽锅炉202。另外，燃气轮机系统100中的燃气轮机101产生的高温烟气(约为450～550℃)，通过余热导热油锅炉201制取第一导热油(约为250～300℃)，经过换热后的烟气(温度约为280～330℃)进至烟气蒸汽锅炉制取第一蒸汽。其中，余热利用系统200的产物为第一蒸汽和第一导热油，通过热力供应系统供至用户。进一步地，在本发明的一个实施例中，如图3所示，导热油蓄热系统300包括：蓄热罐301和油汽换热装置302。其中，蓄热罐301用于存储剩余导热油，并为用户供热。油汽换热装置302用于通过剩余导热油制取第二蒸汽，为用户供热。

可以理解的是，如图3所示，在热负荷较小而有多余烟气余热不能利用时，余热利用系统200可以通过多制取第一导热油来充分利用烟气余热，从而将多制的第一导热油通过导热油蓄热系统300中的蓄热罐301进行保温储存。在燃气轮机系统100停止工作时，利用导热油蓄热系统300中的蓄热罐301储存的第一导热油直接供热或通过换热装置间接制取第二蒸汽供热，其中，不足部分由燃气锅炉供热系统400进行补充。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图4所示，导热油蓄热系统300中的蓄热罐301包括：蓄热罐本体31、电加热器32和高温蓄热材料33。

其中，蓄热罐本体31的外壁34和内壁35之间设置有33保温材料36。电加热器32设置于蓄热罐本体31中。蓄热罐本体31的盘管37设置于高温蓄热材料33中，且盘管37的进油口和出油口均设置于外壁34上。

可以理解是，如图4所示，导热油蓄热系统300的蓄热罐301是一套导热油加热用的高温蓄热装置，蓄热罐301的蓄热罐本体31内设有电加热器32和高温蓄热材料33。其中，蓄热罐本体31包括外壁34和内壁35，外壁34和内壁35之间设有保温材料36，并且，蓄热罐本体31内设有盘管37，其中，盘管37设在高温蓄热材料33中，盘管37的进油口和出油口分别设置在蓄热罐301的外壁34上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，导热油蓄热系统300中的蓄热罐301还包括：温度传感器和压力传感器，用于采集温度信号和压力信号，以获取蓄热罐301的当前状态。

也就是说，如图4所示，导热油蓄热系统300的蓄热罐301内还设有温度传感器和压力传感器，以检测蓄热罐301的温度信号和压力信号，从而根据温度信号和压力信号保证蓄热罐301的存储效果，使得蓄热罐301能很好对导热油进行保温和储存，实现供能系统热能的存储功能。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统10还包括：燃气锅炉供热系统400。其中，燃气锅炉供热系统400用于通过燃烧释放燃气的能量，以制取第三蒸汽和第二导热油，为用户提供热力。

其中，在本发明的一个实施例中，燃气锅炉供热系统400包括：燃气蒸汽锅炉401和燃气导热油锅炉402。其中，燃气蒸汽锅炉401用于制取第三蒸汽。燃气导热油锅炉402用于制取第二导热油。

可以理解的是，如图3所示，燃气锅炉供热系统400主要设备包括燃气蒸汽锅炉401和燃气导热油锅炉402，其通过燃烧释放天然气能量制取第三蒸汽和第二导热油，通过热力供应系统供至用户。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统10还包括：变配电系统500，用于将电能为供能系统供电后，通过剩余电能为用户提供电力。

可以理解是，电力通过变配电系统500优先满足整个系统自用后供至用户。变配电系统500主要功能是将轮机的10kV发电进行输配电处理，保证系统自身的电力需求和向外输送电力。其中，变配电系统500包括变压器、开关柜、配电线、电缆、间隔等相关电气设备、电器材料和送电线路。

简言之，本发明实施例的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统10包括：热力系统、电力系统、热力供应系统和变配电系统500。其中，热力系统由燃气轮机系统100、余热利用系统200、导热油蓄热系统300和燃气锅炉供热系统400四部分组成。此外，热力供应系统主要功能在于将热力系统生产的第一导热油和第一蒸汽输送至用户端。导热油供应系统包括导热油供回路、导热油循环泵、导热油计量装置等，而蒸汽供应系统则由分汽缸、蒸汽管道、计量装置等组成。另外，电力系统主要设备为燃气轮机，燃气轮机由压气机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和燃气透平(Turbine)这三大部件组成。其中，压气机从外界大气环境吸入空气，经过轴流式压气机逐级压缩使之增压；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的烟气；烟气进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。电能通过变配电系统500在满足自用后向外供电。

根据本发明实施例提出的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，可以在供热剩余时通过导热油蓄热系统存储剩余导热油，使得在一定条件下如供热不足或者在谷电时段，可以通过存储的剩余导热油供能，不但实现对热能的储存，节约能源，而且有效降低供能成本，提高供能系统的实用性，有效满足用户的用能需求，简单易实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，包括：

燃气轮机系统，用于通过燃气燃烧带动叶轮旋转，以将所述燃气的能量转化为电能，同时排出烟气；

余热利用系统，用于通过所述烟气提取第一导热油，并在提取所述导热油时，通过换热后的烟气制取第一蒸汽；以及

导热油蓄热系统，用于存储在用户提供热力时剩余导热油，并在供能系统满足预设条件时，通过所述剩余导热油为用户供热。

2.根据权利要求1所述的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，所述导热油蓄热系统包括：

蓄热罐，用于存储所述剩余导热油，并为用户供热；

油汽换热装置，用于通过所述剩余导热油制取第二蒸汽，为用户供热。

3.根据权利要求2所述的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，所述蓄热罐包括：

蓄热罐本体，所述蓄热罐本体的外壁和内壁之间设置有保温材料；

电加热器，所述电加热器设置于所述蓄热罐本体中，

高温蓄热材料，所述蓄热罐本体的盘管设置于所述高温蓄热材料中，且所述盘管的进油口和出油口均设置于所述外壁上。

4.根据权利要求3所述的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，所述蓄热罐还包括：

温度传感器和压力传感器，用于采集温度信号和压力信号，以获取所述蓄热罐的当前状态。

5.根据权利要求1所述的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，所述余热利用系统包括：

余热导热油炉，用于制取所述第一导热油，并生成所述换热后的烟气；

余热蒸汽锅炉，用于通过所述换热后的烟气制取所述第一蒸汽，为用户提供热力。

6.根据权利要求1所述的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，还包括：

燃气锅炉供热系统，用于通过燃烧释放所述燃气的能量，以制取第三蒸汽和第二导热油，为用户提供热力。

7.根据权利要求6所述的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，所述燃气锅炉供热系统包括：

燃气蒸汽锅炉，用于制取所述第三蒸汽；

燃气导热油锅炉，用于制取所述第二导热油。

8.根据权利要求1所述的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，还包括：

变配电系统，用于将所述电能为所述供能系统供电后，通过剩余电能为用户提供电力。

9.根据权利要求1所述的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，所述预设条件为当前时间处于谷电时段。

10.根据权利要求1所述的基于导热油蓄热的天然气发电余热利用系统，其特征在于，所述预设条件为所述第一导热油和所述第一蒸汽无法满足用户需求。