CN216975036U - 一种基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，属于能源利用技术领域。该系统包括供热单元、动力单元和制冷单元，其中，供热单元的余热锅炉用于产生水蒸气，以进行供暖同时提供动力；动力单元中第一动力组件以氨气和燃气作为燃料进行燃烧发电，第二动力组件利用余热锅炉产生的水蒸气作为驱动进行发电；制冷单元中气化换热器的内部设有冷却介质，用于吸收氨气气化产生的冷能，该冷却介质一方面用于向外界工业或民用用户集中供冷，另一方面在冷却介质罐和冷却介质泵的循环作用下为第二动力组件提供冷源。本专利能够有效减少燃气电厂二氧化碳的排放量，提高冷热电三联产系统的能量利用效率，同时还能够替代原有的吸收式制冷机组。

Description

一种基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统

技术领域

本实用新型属于能源利用技术领域，更具体地，涉及一种基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统。

背景技术

发电行业的CO₂排放量占我国CO₂排放总量的50.8％，因此发电行业的碳减排至关重要。燃气电站具有启停灵活、便于调峰、占地面积小等优势，能够在城市的负荷中心实现就地供电。而燃气电站最常用的燃料为天然气，但是天然气在我国的储量并不丰富。相比之下，氨是一种清洁可再生的燃料，合成氨的技术非常成熟，可由可再生能源规模化制取。并且，氨的热值与煤相近，氨的结构中不含碳，不会产生CO₂排放。因此将氨作为燃气电厂的燃料具有巨大吸引力，掺氨燃烧将会是减少燃气电厂二氧化碳排放的一种极具潜力的新方式。

冷热电三联产系统是一种建立在能源梯级利用的基础上，可以同时为用户供给电能、热能和冷能的系统，目前较多应用于办公楼、酒店公寓、学校和医院等场景。现有的冷热电三联产系统主要是燃气冷热电联供系统，包含动力子系统、供热子系统和供冷子系统组成，其中供冷子系统的中应用最广泛的是吸收式制冷机组，需要耗费一部分热能用于驱动制冷，因此会降低供热量，并且机组的排热负荷也很大。同时制冷机需要长期真空运行，要求严格密封，制造和使用有很多不便。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，旨在解决现有的冷热电三联产系统能量利用率低、制冷机组耗费热量大、供冷规模小的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，该系统包括供热单元、动力单元和制冷单元，其中，所述供热单元包括余热锅炉，所述余热锅炉用于产生水蒸气，以进行供暖的同时提供动力；

所述动力单元包括第一动力组件和第二动力组件，所述第一动力组件以氨气和燃气作为燃料进行燃烧并产生烟气，以利用烟气驱动发电然后送入余热锅炉；所述第二动力组件利用余热锅炉产生的水蒸气作为驱动进行发电；

所述制冷单元包括气化换热器、冷却介质罐和冷却介质泵，所述气化换热器的内部设有冷却介质，用于吸收液氨气化产生的冷能，该冷却介质一方面用于向外界工业或民用用户集中供冷，另一方面在所述冷却介质罐和冷却介质泵的循环作用下为第二动力组件提供冷源。

作为进一步优选的，所述制冷单元还包括液氨储罐、液氨阀、液氨泵和氨缓冲罐，所述液氨储罐通过液氨阀和液氨泵与气化换热器的进口连接，以将液氨作为冷源送入所述气化换热器与冷却介质进行换热；所述氨缓冲罐与气化换热器的出口连接，以收集气化后的氨气作为燃料。

作为进一步优选的，所述供热单元还包括燃气补燃组件，所述燃气补燃组件与余热锅炉的进口连接。

作为进一步优选的，所述第一动力组件和燃气补燃组件采用天然气、煤气、合成气、煤油、柴油、汽油、重油、生物柴油、甲醇、乙醇中的一种或多种与氨气混合作为燃料进行燃烧。

作为进一步优选的，所述燃气补燃组件采用内补燃式或外补燃式。

作为进一步优选的，所述供热单元还包括余热收集组件，所述余热收集组件与余热锅炉的出口连接。

作为进一步优选的，所述第一动力组件包括燃烧室、压气机、燃气透平和第一发电机，所述燃烧室的进气端与压气机和供料组件连接，该燃烧室的出气端与燃气透平连接，以将燃料燃烧产生的烟气送入燃气透平进行做功；所述燃气透平与第一发电机和压气机连接，以带动第一发电机发电并为压气机提供动力，同时所述燃气透平还与余热锅炉连接，以将做功后的烟气送入所述余热锅炉进行换热。

作为进一步优选的，所述第二动力组件包括汽轮机、第二发电机、凝汽器和给水泵，所述汽轮机的进汽端与余热锅炉连接，以利用余热锅炉产生的水蒸气驱动汽轮机，同时所述汽轮机与第二发电机连接，以带动第二发电机进行发电；所述汽轮机的出汽端依次通过凝汽器和给水泵与余热锅炉连接，从而将蒸汽凝结成水并送入余热锅炉；所述凝汽器的冷却介质进口与冷却介质泵连接，该凝汽器的冷却介质出口与冷却介质罐连接，从而利用所述制冷单元作为冷源。

作为进一步优选的，所述冷却介质为水、除盐水或有机载冷剂。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本专利提出氨气与燃气混燃的冷热电三联产系统，能够有效减少燃气电厂二氧化碳的排放量，同时该系统将液氨气化产生的冷能转化为制冷单元和第二动力组件的冷源，能够有效提高冷热电三联产系统的能量利用效率和供冷规模，同时还能够替代原有的吸收式制冷机组，提高机组供热单元的供热量，简化冷热电三联产系统的布局，提高整体的经济效益；

2.同时，本专利在供热单元中增设燃气补燃组件和余热收集组件，燃气补燃组件能够提高余热锅炉蒸汽初参数或者在第一动力组件停运时继续维持余热锅炉运行需要，提高机组的变工况性能，余热收集组件则用于收集余热锅炉出口烟气的余热以产生热水用于供暖，达到能量梯级利用的目的。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-供料组件，2-燃气补燃组件，3-余热锅炉，4-余热收集组件，5-燃烧室，6-第一发电机，7-燃气透平，8-压气机，9-空气，10-第二发电机，11-汽轮机，12-给水泵，13-凝汽器，14-冷却介质罐，15-冷却介质泵，16-液氨储罐，17-液氨阀，18-液氨泵，19-气化换热器，20-氨缓冲罐，21-三通阀。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，该系统包括供热单元、动力单元和制冷单元，其中，供热单元包括余热锅炉3，余热锅炉3利用高温烟气的热量加热生成高温高压的水蒸气，以进行供暖的同时提供动力；

动力单元包括第一动力组件和第二动力组件，第一动力组件以氨气和燃气作为燃料进行燃烧并产生烟气，以利用烟气驱动发电然后送入余热锅炉；第二动力组件利用余热锅炉3产生的水蒸气作为驱动进行发电；

制冷单元包括液氨储罐16、液氨阀17、液氨泵18、气化换热器19、氨缓冲罐20、冷却介质罐14和冷却介质泵15，液氨储罐16通过液氨阀17和液氨泵18与气化换热器19的进口连接，以将液氨送入气化换热器19与冷却介质进行换热，获得供冷冷源；氨缓冲罐20与气化换热器19的出口连接，以收集气化后的氨气作为燃料；气化换热器19的内部设有冷却介质，用于吸收液氨气化产生的冷能，该冷却介质一方面用于供冷，另一方面在冷却介质罐14和冷却介质泵15的循环作用下为第二动力组件提供冷源。

进一步，供热单元还包括燃气补燃组件2和余热收集组件4，燃气补燃组件2与余热锅炉3连接，可以额外燃烧氨气和燃气以产生高温烟气，进而提高余热锅炉3的蒸汽产量、蒸汽温度或者在第一动力组件停运时继续维持余热锅炉3的运行需要，该燃气补燃组件可为内补燃式或外补燃式；余热收集组件4与余热锅炉3的出口连接，用于收集余热锅炉出口烟气的余热以提供热水，达到能量梯级利用的目的。

进一步，第一动力组件包括燃烧室5、压气机8、燃气透平7和第一发电机6，燃烧室5的进气端与压气机8和供料组件1连接，用于向燃烧室5通入空气9以及氨气与燃气混合的燃料，该燃烧室5的出气端与燃气透平7连接，以将燃料燃烧产生的高温高压烟气送入燃气透平7进行做功；燃气透平7与第一发电机6和压气机连接，以带动第一发电机6发电并为压气机提供动力，同时燃气透平7还与余热锅炉3连接，以将做功后的烟气送入余热锅炉3进行换热，余热锅炉3吸收其热量后，可以作为供热单元的驱动热源。压气机8、燃气透平7和第一发电机6安装的同一主轴上，从而带动第一发电机6发电并为压气机8提供动力。

进一步，第二动力组件包括汽轮机11、第二发电机10、凝汽器13和给水泵12，汽轮机11的进汽端与余热锅炉连接，以利用余热锅炉3的水蒸气驱动汽轮机11，同时汽轮机11与第二发电机10连接，以带动第二发电机10进行发电；汽轮机11的出汽端依次通过凝汽器13和给水泵12与余热锅炉3连接，从而将蒸汽凝结成水并送入余热锅炉3；凝汽器13的冷却介质进口与三通阀21连接，该凝汽器13的冷却介质出口依次与冷却介质罐14和冷却介质泵15连接，以此利用制冷单元作为冷源，对汽轮机11的乏汽进行冷却。

进一步，第一动力组件和燃气补燃组件2采用天然气、煤气、合成气、煤油、柴油、汽油、重油、生物柴油、甲醇、乙醇中的一种或多种与氨气混合作为燃料进行燃烧；冷却介质优选为水、除盐水或有机载冷剂。

下面对本实用新型提供的基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统的工作过程作进一步具体描述。工作时，供料组件1将氨气与燃气混合的燃料送入燃烧室5中进行燃烧，产生的烟气进入燃气轮机7做功，燃气轮机7与第一发电机6和压气机8安装在同一主轴上，从而带动第一发电机6发电并为压气机8提供动力。做功后的高温烟气进入余热锅炉3，余热锅炉3利用高温烟气中的热量生产水蒸气和热水，其中热水用于供暖，水蒸气则进入汽轮机11做功，使汽轮机11带动第二发电机10发电。余热锅炉3还连接了燃气补燃组件2，当需要提高余热锅炉3蒸汽初参数或者在燃气机组停运后继续维持余热锅炉3运行时，供料组件1将氨气与燃气混合的燃料送入燃气补燃组件2进行燃烧，产生的高温烟气直接进入余热锅炉3，改变或维持余热锅炉的运行工况。从余热锅炉3出来的烟气进入余热收集组件4，将冷水加热，进一步利用烟气的热能，实现能量梯级利用。蒸汽在做功后从汽轮机11出汽端进入凝汽器13，被冷却介质冷凝成凝结水，然后再由给水泵12送入余热锅炉3中继续产生蒸汽；冷却介质吸热升温，进入冷却介质罐14。制冷单元中，液氨从液氨储罐16中经过液氨阀17和液氨泵18进入气化换热器19，在其中气化并释放大量冷能，同时使冷却介质降温。氨缓冲罐20收集气化后的氨气，待其压力稳定后，为机组提供氨燃料。冷却介质由冷却介质泵15送入气化换热器19吸收冷能，流出气化换热器19后在三通阀21处分流，一部分进入凝汽器13，另一部分用于供冷。冷却介质罐14中的冷却介质不断进行补充，以满足排汽冷却和供冷需求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，其特征在于，该系统包括供热单元、动力单元和制冷单元，其中，所述供热单元包括余热锅炉(3)，所述余热锅炉(3)用于产生水蒸气，以进行供暖的同时提供动力；

所述动力单元包括第一动力组件和第二动力组件，所述第一动力组件以氨气和燃气作为燃料进行燃烧并产生烟气，以利用烟气驱动发电然后送入余热锅炉(3)；所述第二动力组件利用余热锅炉(3)产生的水蒸气作为驱动进行发电；

所述制冷单元包括气化换热器(19)、冷却介质罐(14)和冷却介质泵(15)，所述气化换热器(19)的内部设有冷却介质，用于吸收液氨气化产生的冷能，该冷却介质一方面用于向外界工业或民用用户集中供冷，另一方面在所述冷却介质罐(14)和冷却介质泵(15)的循环作用下为第二动力组件提供冷源。

2.如权利要求1所述的基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，其特征在于，所述制冷单元还包括液氨储罐(16)、液氨阀(17)、液氨泵(18)和氨缓冲罐(20)，所述液氨储罐(16)通过液氨阀(17)和液氨泵(18)与气化换热器(19)的进口连接，以将液氨作为冷源送入所述气化换热器(19)与冷却介质进行换热；所述氨缓冲罐(20)与气化换热器(19)的出口连接，以收集气化后的氨气作为燃料。

3.如权利要求1所述的基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，其特征在于，所述供热单元还包括燃气补燃组件(2)，所述燃气补燃组件(2)与余热锅炉(3)的进口连接。

4.如权利要求3所述的基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，其特征在于，所述燃气补燃组件采用内补燃式或外补燃式。

5.如权利要求1所述的基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，其特征在于，所述供热单元还包括余热收集组件(4)，所述余热收集组件(4)与余热锅炉的出口连接。

6.如权利要求1所述的基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，其特征在于，所述第一动力组件包括燃烧室(5)、压气机(8)、燃气透平(7)和第一发电机(6)，所述燃烧室(5)的进气端与压气机(8)和供料组件(1)连接，该燃烧室(5)的出气端与燃气透平(7)连接，以将燃料燃烧产生的烟气送入燃气透平(7)进行做功；所述燃气透平(7)与第一发电机(6)和压气机(8)连接，以带动第一发电机(6)发电并为压气机(8)提供动力，同时所述燃气透平(7)还与余热锅炉(3)连接，以将做功后的烟气送入所述余热锅炉(3)进行换热。

7.如权利要求1所述的基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，其特征在于，所述第二动力组件包括汽轮机(11)、第二发电机(10)、凝汽器(13)和给水泵(12)，所述汽轮机(11)的进汽端与余热锅炉连接，以利用余热锅炉(3)产生的水蒸气驱动汽轮机(11)，同时所述汽轮机(11)与第二发电机(10)连接，以带动第二发电机(10)进行发电；所述汽轮机(11)的出汽端依次通过凝汽器(13)和给水泵(12)与余热锅炉(3)连接，从而将蒸汽凝结成水并送入余热锅炉(3)；所述凝汽器(13)的冷却介质进口与冷却介质泵(15)连接，该凝汽器(13)的冷却介质出口与冷却介质罐(14)连接，从而利用所述制冷单元作为冷源。

8.如权利要求1～7任一项所述的基于掺氨燃气电厂的冷热电三联产系统，其特征在于，所述冷却介质为水、除盐水或有机载冷剂。

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