CN217327505U - 一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，属于发电供热技术领域，解决了目前通过燃煤发电供热造成大气污染、生物质能直燃发电效率低并且余热利用率不高等技术问题。解决方案为：一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，包括生物质燃烧装置、燃气轮机组、余热锅炉、蒸汽轮机组、加热装置和控制系统；所述生物质燃烧装置包括生物质裂解炉、冷却器和净化系统，所述燃气轮机组包括压气机、燃烧室和燃气透平，所述蒸汽轮机组包括蒸汽轮机和凝汽器，所述加热装置包括热网加热器和若干组第一换热站。本实用新型中实现发电、供热、供汽等多种功能先进能源系统，提升我国清洁能源使用占用比，是一种可以将生物质废弃物“变废为宝”的高新技术。
Description
技术领域
本实用新型属于发电供热技术领域，具体涉及的是一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统。
背景技术
燃煤发电供热等由于环境污染问题受到很多限制，出现了“煤改气”、“煤改电”等形式，但“煤改气”、“煤改电”社会成本较高，一是天然气供应趋紧；二是社会系统性成本较高，“煤改气”需要建设储气设施、城镇燃气输配网等，“煤改电”需要在高中低压电网领域大量投资；三是安全生产风险加大。
我国生物质资源丰富，农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物等生物质资源丰富，分布较广，如果不利用，秸秆露天焚烧，反而成了污染来源，所以利用生物质能是我国迫切需要的，是解决能源出路的重要途径。
目前在进行供热发电过程中存在以下问题：
1、目前我国主要以燃气供热、电供热为主。但燃煤小锅炉和农村散煤供热占比仍较大，大气污染形势严峻；
2、国内常规的生物质能发电为直燃发电，其是将生物质送至锅炉燃烧，产生的蒸汽用于发电，这种技术发电效率较低，只有30％左右；
3、余热利用率不是很高，造成大量的热量浪费，导致效率无法提升。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，解决了目前通过燃煤发电供热造成大气污染、生物质能直燃发电效率低并且余热利用率不高等技术问题。
为了解决上述问题，本实用新型的技术方案为：一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，其中：包括依次连接的生物质燃烧装置、燃气轮机组、余热锅炉、蒸汽轮机组、加热装置和控制系统；所述控制系统分别与生物质燃烧装置、燃气轮机组、余热锅炉、蒸汽轮机组和加热装置之间电气连接；
所述生物质燃烧装置包括生物质裂解炉、冷却器和净化系统，所述生物质裂解炉的燃气出口通过第一连接管道与冷却器的燃气进口连接，所述冷却器的燃气出口通过第二连接管道与净化系统的燃气进口连接；
所述燃气轮机组包括依次连接的压气机、燃烧室和燃气透平，所述燃烧室的燃气进口通过第三连接管道与净化系统的燃气出口连接，所述燃烧室通过第四连接管道与生物质裂解炉连接，所述燃气透平的烟气出口通过第五连接管道与余热锅炉的烟气进口连接；
所述蒸汽轮机组包括蒸汽轮机和凝汽器，所述蒸汽轮机的高压缸进气口通过第六连接管道与余热锅炉的高压蒸汽出口连接，所述蒸汽轮机的低压缸出气口通过第七连接管道与凝汽器的进气口连接，所述凝汽器的出水口通过第八连接管道与余热锅炉的进水口连接，所述蒸汽轮机通过第九连接管道与生物质裂解炉连接；
所述加热装置包括热网加热器和若干组第一换热站，所述热网加热器的蒸汽进口通过第十连接管道分别与蒸汽轮机的低压缸出气口和余热锅炉的低压蒸汽出口连接，所述热网加热器的凝结水出口通过第十一连接管道与余热锅炉的进水口连接，所述热网加热器分别与若干组第一换热站连接。
进一步，所述余热锅炉为双压级余热锅炉。
进一步，所述第一连接管道、第二连接管道、第三连接管道、第四连接管道、第五连接管道、第六连接管道、第七连接管道、第八连接管道、第九连接管道、第十连接管道和第十一连接管道上均设置有电动阀门，所述电动阀门与控制系统之间电气连接。
进一步，所述热网加热器包括壳体、两组换热管束和两组水室，两组所述换热管束分别设对称于壳体内腔左右两侧，两组所述水室设于壳体顶面且分别与换热管束相对应，所述水室内中间设置有隔板，所述隔板将水室分隔为进水室和出水室，所述进水室与换热管束的进水口连通，所述出水室与换热管束的出水口连通；
所述进水室侧壁设置有第一进水口，所述出水室侧壁设置有第一出水口，所述壳体顶壁左端设置有蒸汽进口，所述壳体底壁右端设置有凝结水出口。
进一步，所述换热管束包括前后方向排列设置的若干组换热管组，所述换热管组包括从内到外依次套设的若干组U形换热管，且相邻所述U形换热管沿同一方向错开设置。
进一步，所述余热锅炉一侧设置有第一余热利用装置，所述第一余热利用装置包括第二换热站和第三换热站，所述第二换热站的进气口通过第十二连接管道与余热锅炉的尾气出口连接，所述第三换热站与用户进行换热，所述第三换热站的冷水出口通过第十三连接管道与第二换热站的冷水进口连接，所述第二换热站的热水出口通过第十四连接管道与热网加热器中右侧水室的第一进水口连接，所述热网加热器中右侧水室的第一出水口通过第十五连接管道与第三换热站热水进口连接。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
本实用新型中通过依次连接的生物质燃烧装置、燃气轮机组、余热锅炉、蒸汽轮机组和加热装置，将农作物秸秆等生物质废弃物或农林废弃物(枯枝落叶)等生物质原料经过生物质裂解炉在缺氧热力学条件下高温裂解制出高纯度可燃气体，可燃气体先通过冷却器进行降温，然后进入净化系统进行净化后进入燃气轮机组中进行燃烧，燃烧产生高温烟气进入余热锅炉中进行换热，生成高压蒸汽和低压蒸汽，高压蒸汽进入蒸汽轮机中进行做功发电，低压蒸汽和从低压气缸中抽气送入热网加热器中进行加热，蒸汽轮机中的低压蒸汽一部分进入凝汽器凝结成水回流至余热锅炉中，热网加热器中的凝结水回流至余热锅炉进行循环利用。
蒸汽轮机中产生的剩余蒸汽送至生物质裂解炉中进行助燃，燃气轮机组中产生的其余气体继续送至生物质裂解炉中进行利用，余热锅炉中产生的尾气的余热通过第一余热利用装置进行利用送入用户，通过进入热网加热器中进行进一步加热，达到用户需求，进行使用，并且其自身的一部分热量使得在热网加热器中的换热过程节省了热量，使得热量得到了充分利用。本实用新型中热网加热器中直接与第一换热器换热和与第一余热利用装置进行换热，充分利用了热量，热网加热器中换热管组结构的设置使得蒸汽通过时接触面多，接触时间较长，提高了蒸汽的利用率，综合效率达到75％以上。
生物质能供热就地收集农林废弃物等原料、就地加工转化为清洁热力、就近供应市场消费，是典型的分布式清洁能源供热，非常适合于人口规模适中的城镇民用供暖、点对点工业供热、工业园区分布式供热。是实现发电、供热、供汽等多种功能先进能源系统，适合建立在实现功能多样化的区域，是一种绿色低碳、清洁环保、经济可靠、可再生的供热方式，开展秸秆能源化利用，形成一批可复制、可推广、可持续运行的热电联产模式，提升我国清洁能源使用占用比，同时还能促进农业产业升级，是一种可以将生物质废弃物“变废为宝”的高新技术。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构示意图；
图2为本实用新型中热网加热器的结构示意图；
图3为图2中换热管束的侧视图；
图4为图2中换热管束的俯视图；
图5为本实用新型中换热管组的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
如图1至5所示的一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，其中：包括依次连接的生物质燃烧装置1、燃气轮机组2、余热锅炉3、蒸汽轮机组4、加热装置5和控制系统；所述控制系统分别与生物质燃烧装置1、燃气轮机组2、余热锅炉3、蒸汽轮机组4和加热装置5之间电气连接；
所述生物质燃烧装置1包括生物质裂解炉1-1、冷却器1-2和净化系统1-3，所述生物质裂解炉1-1的燃气出口通过第一连接管道6-1与冷却器1-2的燃气进口连接，所述冷却器1-2的燃气出口通过第二连接管道6-2与净化系统1-3的燃气进口连接；生物质原料经过生物质裂解炉1-1在缺氧热力学条件下高温裂解制出高纯度可燃气体，然后经过冷却器1-2进行降温，并且冷却器1-2可以进行换热进行热量利用，然后进入净化系统1-3中，净化系统1-3对通过冷却器1-2降温后的可燃气体进行净化处理，去除二氧化碳、硫化氢、硫或灰尘等，使得后续的燃烧更加充分，提高燃烧效率。
所述燃气轮机组2包括依次连接的压气机2-1、燃烧室2-2和燃气透平2-3，所述燃烧室2-2的燃气进口通过第三连接管道6-3与净化系统1-3的燃气出口连接，所述燃烧室2-2通过第四连接管道6-4与生物质裂解炉1-1连接，所述燃气透平2-3的烟气出口通过第五连接管道6-5与余热锅炉3的烟气进口连接；压气机2-1连续地从大气中吸入空气并将其压缩，压缩后的空气进入燃烧室2-2，与进入的可燃气体混合后燃烧，成为高温燃气，高温燃气在燃气透平2-3中将燃气的能量转变为机械功，产生的高温烟气送入余热锅炉3中。
所述蒸汽轮机组4包括蒸汽轮机4-1和凝汽器4-2，所述蒸汽轮机4-1的高压缸进气口通过第六连接管道6-6与余热锅炉3的高压蒸汽出口连接，所述蒸汽轮机4-1的低压缸出气口通过第七连接管道6-7与凝汽器4-2的进气口连接，所述凝汽器4-2的出水口通过第八连接管道6-8与余热锅炉3的进水口连接，所述蒸汽轮机4-1通过第九连接管道6-9与生物质裂解炉1-1连接；余热锅炉3产生的高压蒸汽对蒸汽轮机4-1进行做功进行发电，蒸汽轮机4-1的蒸汽进入凝汽器4-2中凝结成水然后送入余热锅炉3中进行循环。
所述加热装置5包括热网加热器5-1和若干组第一换热站5-2，所述热网加热器5-1的蒸汽进口通过第十连接管道6-10分别与蒸汽轮机4-1的低压缸出气口和余热锅炉3的低压蒸汽出口连接，所述热网加热器5-1的凝结水出口通过第十一连接管道6-11与余热锅炉3的进水口连接，所述热网加热器5-1分别与若干组第一换热站5-2连接。热网加热器5-1的热源为余热锅炉3产生的低压蒸汽和蒸汽轮机4-1中的抽气，热网加热器5-1将热量与第一换热站5-2进行换热，第一换热站5-2对用户进行供热。
进一步，所述余热锅炉3为双压级余热锅炉。
进一步，所述第一连接管道6-1、第二连接管道6-2、第三连接管道6-3、第四连接管道6-4、第五连接管道6-5、第六连接管道6-6、第七连接管道6-7、第八连接管道6-8、第九连接管道6-9、第十连接管道6-10和第十一连接管道6-11上均设置有电动阀门，所述电动阀门与控制系统之间电气连接。电动阀门的设置用于控制各个连接管道的通断。
进一步，所述热网加热器5-1包括壳体5-1-1、两组换热管束5-1-2和两组水室5-1-3，两组所述换热管束5-1-2分别设对称于壳体5-1-1内腔左右两侧，两组所述水室5-1-3设于壳体5-1-1顶面且分别与换热管束5-1-2相对应，所述水室5-1-3内中间设置有隔板5-1-4，所述隔板5-1-4将水室5-1-3分隔为进水室5-1-5和出水室5-1-6，所述进水室5-1-5与换热管束5-1-2的进水口连通，所述出水室5-1-6与换热管束5-1-2的出水口连通；设于左侧的换热管束5-1-2与第一换热站5-2进行换热，设于右侧的换热管束5-1-2与第一余热利用装置7进行换热，对蒸汽热量进行充分利用。
所述进水室5-1-5侧壁设置有第一进水口5-1-7，所述出水室5-1-6侧壁设置有第一出水口5-1-8，所述壳体5-1-1顶壁左端设置有蒸汽进口5-1-9，所述壳体5-1-1底壁右端设置有凝结水出口5-1-10。蒸汽从蒸汽进口5-1-9进入，从左往右经过两组换热管束5-1-2，换热后凝结水从凝结水出口5-1-10排出。
进一步，所述换热管束5-1-2包括前后方向排列设置的若干组换热管组5-1-11，所述换热管组5-1-11包括从内到外依次套设的若干组U形换热管5-1-12，且相邻所述U形换热管5-1-12沿同一方向错开设置。依次错开设置的U形换热管5-1-12使得蒸汽通过时停留时间长，增加了换热效率。
进一步，所述余热锅炉3一侧设置有第一余热利用装置7，所述第一余热利用装置7包括第二换热站7-1和第三换热站7-2，所述第二换热站7-1的进气口通过第十二连接管道6-12与余热锅炉3的尾气出口连接，所述第三换热站7-2与用户进行换热，所述第三换热站7-2的冷水出口通过第十三连接管道6-13与第二换热站7-1的冷水进口连接，所述第二换热站7-1的热水出口通过第十四连接管道6-14与热网加热器5-1中右侧水室5-1-3的第一进水口5-1-7连接，所述热网加热器5-1中右侧水室5-1-3的第一出水口5-1-8通过第十五连接管道6-15与第三换热站7-2热水进口连接。第一余热利用装置7的设置使得余热锅炉3的尾气中的残余热量进一步得到利用，由于其热量不是太高，则与热网加热器5-1进行结合，进一步加热，由于其本身热量的存在，所以进入热网加热器5-1后的换热节省热量能源，加热后通过第三换热站7-2供向用户，使得热量得到了充分利用。
本实用新型中通过依次连接的生物质燃烧装置1、燃气轮机组2、余热锅炉3、蒸汽轮机组4和加热装置5，将农作物秸秆等生物质废弃物或农林废弃物(枯枝落叶)等生物质原料经过生物质裂解炉1-1在缺氧热力学条件下高温裂解制出高纯度可燃气体，可燃气体先通过冷却器1-2进行降温，然后进入净化系统1-3进行净化后进入燃气轮机组2中进行燃烧，燃烧产生高温烟气进入余热锅炉3中进行换热，生成高压蒸汽和低压蒸汽，高压蒸汽进入蒸汽轮机中进行做功发电，低压蒸汽和从低压气缸中抽气送入热网加热器5-1中进行加热，蒸汽轮机4-1中的低压蒸汽一部分进入凝汽器4-2凝结成水回流至余热锅炉中，热网加热器5-1中的凝结水回流至余热锅炉3进行循环利用。
蒸汽轮机中产生的剩余蒸汽送至生物质裂解炉中进行助燃，燃气轮机组2中产生的其余气体继续送至生物质裂解炉1中进行利用，余热锅炉3中产生的尾气的余热通过第一余热利用装置7进行利用送入用户，通过进入热网加热器5-1中进行进一步加热，达到用户需求，进行使用，并且其自身的一部分热量使得在热网加热器5-1中的换热过程节省了热量，使得热量得到了充分利用。本实用新型中热网加热器5-1中直接与第一换热器5-2换热和与第一余热利用装置7进行换热，充分利用了热量，热网加热器5-1中换热管组5-1-11结构的设置使得蒸汽通过时接触面多，接触时间较长，提高了蒸汽的利用率，综合效率达到75％以上。
生物质能供热就地收集农林废弃物等原料、就地加工转化为清洁热力、就近供应市场消费，是典型的分布式清洁能源供热，非常适合于人口规模适中的城镇民用供暖、点对点工业供热、工业园区分布式供热。是实现发电、供热、供汽等多种功能先进能源系统，适合建立在实现功能多样化的区域，是一种绿色低碳、清洁环保、经济可靠、可再生的供热方式，开展秸秆能源化利用，形成一批可复制、可推广、可持续运行的热电联产模式，提升我国清洁能源使用占用比，同时还能促进农业产业升级，是一种可以将生物质废弃物“变废为宝”的高新技术。
Claims (6)
1.一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，其特征在于：包括依次连接的生物质燃烧装置(1)、燃气轮机组(2)、余热锅炉(3)、蒸汽轮机组(4)、加热装置(5)和控制系统；所述控制系统分别与生物质燃烧装置(1)、燃气轮机组(2)、余热锅炉(3)、蒸汽轮机组(4)和加热装置(5)之间电气连接；
所述生物质燃烧装置(1)包括生物质裂解炉(1-1)、冷却器(1-2)和净化系统(1-3)，所述生物质裂解炉(1-1)的燃气出口通过第一连接管道(6-1)与冷却器(1-2)的燃气进口连接，所述冷却器(1-2)的燃气出口通过第二连接管道(6-2)与净化系统(1-3)的燃气进口连接；
所述燃气轮机组(2)包括依次连接的压气机(2-1)、燃烧室(2-2)和燃气透平(2-3)，所述燃烧室(2-2)的燃气进口通过第三连接管道(6-3)与净化系统(1-3)的燃气出口连接，所述燃烧室(2-2)通过第四连接管道(6-4)与生物质裂解炉(1-1)连接，所述燃气透平(2-3)的烟气出口通过第五连接管道(6-5)与余热锅炉(3)的烟气进口连接；
所述蒸汽轮机组(4)包括蒸汽轮机(4-1)和凝汽器(4-2)，所述蒸汽轮机(4-1)的高压缸进气口通过第六连接管道(6-6)与余热锅炉(3)的高压蒸汽出口连接，所述蒸汽轮机(4-1)的低压缸出气口通过第七连接管道(6-7)与凝汽器(4-2)的进气口连接，所述凝汽器(4-2)的出水口通过第八连接管道(6-8)与余热锅炉(3)的进水口连接，所述蒸汽轮机(4-1)通过第九连接管道(6-9)与生物质裂解炉(1-1)连接；
所述加热装置(5)包括热网加热器(5-1)和若干组第一换热站(5-2)，所述热网加热器(5-1)的蒸汽进口通过第十连接管道(6-10)分别与蒸汽轮机(4-1)的低压缸出气口和余热锅炉(3)的低压蒸汽出口连接，所述热网加热器(5-1)的凝结水出口通过第十一连接管道(6-11)与余热锅炉(3)的进水口连接，所述热网加热器(5-1)分别与若干组第一换热站(5-2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，其特征在于：所述余热锅炉(3)为双压级余热锅炉。
3.根据权利要求1所述的一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，其特征在于：所述第一连接管道(6-1)、第二连接管道(6-2)、第三连接管道(6-3)、第四连接管道(6-4)、第五连接管道(6-5)、第六连接管道(6-6)、第七连接管道(6-7)、第八连接管道(6-8)、第九连接管道(6-9)、第十连接管道(6-10)和第十一连接管道(6-11)上均设置有电动阀门，所述电动阀门与控制系统之间电气连接。
4.根据权利要求1所述的一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，其特征在于：所述热网加热器(5-1)包括壳体(5-1-1)、两组换热管束(5-1-2)和两组水室(5-1-3)，两组所述换热管束(5-1-2)分别设对称于壳体(5-1-1)内腔左右两侧，两组所述水室(5-1-3)设于壳体(5-1-1)顶面且分别与换热管束(5-1-2)相对应，所述水室(5-1-3)内中间设置有隔板(5-1-4)，所述隔板(5-1-4)将水室(5-1-3)分隔为进水室(5-1-5)和出水室(5-1-6)，所述进水室(5-1-5)与换热管束(5-1-2)的进水口连通，所述出水室(5-1-6)与换热管束(5-1-2)的出水口连通；
所述进水室(5-1-5)侧壁设置有第一进水口(5-1-7)，所述出水室(5-1-6)侧壁设置有第一出水口(5-1-8)，所述壳体(5-1-1)顶壁左端设置有蒸汽进口(5-1-9)，所述壳体(5-1-1)底壁右端设置有凝结水出口(5-1-10)。
5.根据权利要求4所述的一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，其特征在于：所述换热管束(5-1-2)包括前后方向排列设置的若干组换热管组(5-1-11)，所述换热管组(5-1-11)包括从内到外依次套设的若干组U形换热管(5-1-12)，且相邻所述U形换热管(5-1-12)沿同一方向错开设置。
6.根据权利要求4所述的一种生物质燃气蒸汽循环发电供热系统，其特征在于：所述余热锅炉(3)一侧设置有第一余热利用装置(7)，所述第一余热利用装置(7)包括第二换热站(7-1)和第三换热站(7-2)，所述第二换热站(7-1)的进气口通过第十二连接管道(6-12)与余热锅炉(3)的尾气出口连接，所述第三换热站(7-2)与用户进行换热，所述第三换热站(7-2)的冷水出口通过第十三连接管道(6-13)与第二换热站(7-1)的冷水进口连接，所述第二换热站(7-1)的热水出口通过第十四连接管道(6-14)与热网加热器(5-1)中右侧水室(5-1-3)的第一进水口(5-1-7)连接，所述热网加热器(5-1)中右侧水室(5-1-3)的第一出水口(5-1-8)通过第十五连接管道(6-15)与第三换热站(7-2)热水进口连接。
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