CN218717136U - 一种利用植物的热电联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用植物的热电联供系统，包括：双流体循环燃气轮机，具有空气进入端以及废气排出端；废热回收锅炉，通过主废气管路连通双流体循环燃气轮机的废气排出端；主蒸汽管路，连通废热回收锅炉的蒸汽排出端；所述主蒸汽管路分别设置有供热分支管路、供电分支管路和功率提升分支管路；主蒸汽管路通过供热分支管路连通供热设备；主蒸汽管路通过供电分支管路连通蒸汽轮机；主蒸汽管路通过功率提升分支管路连通双流体循环燃气轮机。本实用新型通过将因热需求变动而产生的剩余蒸汽通入到燃气轮机的燃烧室中，可以降低蒸汽给供热设备的供给量，同时可以增加产生的电力，可以根据热力的需求状况和电力的需求状况进行调配。

Description

一种利用植物的热电联供系统

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机的一般领域，特别涉及一种利用植物的热电联供系统。

背景技术

植物属于生物质中最常见、最常被利用的一种，被称为绿色能源。

当前，利用植物的热电联供系统一般是将植物燃料在合适热力学条件下，在气化床中进行燃烧，分解为以一氧化碳、氢气及低分子烃类为主的可燃气体，并通过旋风分离器去除固体杂质，再除尘并通过水洗/吸附等方式进一步净化燃气中含有的焦炭，焦油等有害物质后，将可燃气送入燃气轮机中。

为了提高能源利用效率，提高经济效益和环境效益，基于燃气轮机的热电联合联产系统已受到广泛的关注。燃气轮机的热电联合联产系统由于效率高、排放少、启动快等优点，在我国电力装机中所占的比例逐年增加，燃气轮机单机容量的增大使得燃气轮机电站已由单一的调峰功能向热电联供的应用方向发展。

在实践中，电力的需求一般是稳定且大量的，而热力的需求是相对不稳定的，例如，冬季对于热力的需求明显高于夏季。这样，在热力需求降低的情况下，就不得不浪费一部分热能，热电联供系统的效率就会降低。

现有技术中，基于燃气轮机和蒸汽轮机的热电联供系统能够改变供热与供电的分配。

然而，基于燃气轮机和蒸汽轮机的热电联供厂已运行多年，在不更换蒸汽轮机及其相关设备的情况下，蒸汽轮机的最大运行功率已经不能改变，不能进一步增加蒸汽利用量。因此，当面临热需求很小或是没有热需求的工况时时，由于蒸汽轮机最大蒸汽利用量无法进一步提升，还是会有热能量浪费。

因此，如何提供一种能够根据实际情况进一步调整热能分配方式、且无需更换蒸汽轮机及其相关配套设施的利用固态燃料的热电联供系统，成为本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对背景技术中的问题，提出了一种利用植物的热电联供系统，一方面，将因热需求变动而产生的剩余蒸汽通入到蒸汽轮机，提高发电比例；另一方面，进一步将蒸汽轮机无法利用的剩余蒸汽通入到燃气轮机的燃烧室中，进一步提高发电比例。

本实用新型采用以下技术方案：

一种利用植物的热电联供系统，包括：

下吸式气化炉，将植物制得可燃气；

双流体循环燃气轮机，具有空气进入端以及废气排出端；

废热回收锅炉，通过主废气管路连通双流体循环燃气轮机的废气排出端；

主蒸汽管路，连通废热回收锅炉的蒸汽排出端；

其中，所述主蒸汽管路分别设置有供热分支管路、供电分支管路和功率提升分支管路；

主蒸汽管路通过供热分支管路连通供热设备；

主蒸汽管路通过供电分支管路连通蒸汽轮机；

主蒸汽管路通过功率提升分支管路连通双流体循环燃气轮机。

进一步的，双流体循环燃气轮机包括：

压气机，设置有空气进入端和第一压缩空气出口；

燃烧室，通过第一压缩空气管路连通第一压缩空气出口；

燃气涡轮，通过主废气管路连通废热回收锅炉；

其中，主蒸汽管路通过功率提升分支管路连通燃烧室。

进一步的，所述热电联供系统还包括热回收蒸汽发生器，且热回收蒸汽发生器包括：

饱和蒸汽入口端，与功率提升分支管路连通；

高温压缩空气入口端，通过管路与压气机连通；

以及过热蒸汽出口端，通过管路连通燃烧室。

进一步的，压气机还设置有第二压缩空气出口，其通过第二压缩空气管路连通热回收蒸汽发生器的高温压缩空气入口端。

进一步的，燃烧室包括蒸汽入口，其通过过热蒸汽管路与热回收蒸汽发生器的过热蒸汽出口端连通。

进一步的，燃烧室还包括燃气入口，其通过燃气管路与下吸式气化炉的排气端连通。

进一步的，废热回收锅炉的废气排出端通过烟囱入口管路连通烟囱。

进一步的，蒸汽轮机的蒸汽排出端通过供水管路依次连通冷凝器、水泵以及废热回收锅炉。

本实用新型采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

燃气轮机排出的高温废气经过废热回收锅炉转化为蒸气后，既可以提供给供热设备又可以提供给蒸汽轮机发电，可以根据实际情况调整热能的分配方式，充分利用系统产生的热能。

通过将因热需求变动而产生的剩余蒸汽通入到燃气轮机的燃烧室中，可以进一步降低蒸汽给供热设备的供给量(如果有需求，可以降低为零)，同时可以增加产生的电力，可以更好地根据热力的需求状况和电力的需求状况进行调配。

附图说明

图1为本实用新型的方框示意图。

其中，1-下吸式气化炉，2-压气机，3-燃烧室，4-燃气涡轮，5-燃气轮机发电机，6-第一线路，7-主废气管路，8-废热回收锅炉，9-主蒸汽管路，91-供热分支管路，92-供电分支管路，93-功率提升分支管路，10-烟囱入口管路，11-烟囱，12-蒸汽轮机，13-蒸汽轮机发电机，14-第二线路，15-冷凝器，16-水泵，17-热回收蒸汽发生器，18-第一压缩空气管路，19-第二压缩空气管路，20-燃气管路，21-过热蒸汽管路。

具体实施方式

以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

本实施方式提供一种利用植物的热电联供系统，如图1所示，以箭头为终止的实线表示气体或液体的流动方向以及电力的供应方向。

本实施方式的利用植物的热电联供系统，包括下吸式气化炉1以及由压气机2、燃烧室3、燃气涡轮4构成的燃气轮机，植物经过下吸式气化炉1后制得可燃气，可燃气进入燃气轮机中燃烧发电，气化炉制可燃气的成分比较复杂，并且会有焦油等组分，燃气轮机具有较为宽泛的燃料适应性，所以可以更好地利用这些复杂组分的可燃气。

可以理解的是，压气机2设置有空气进入端，空气进入压气机2并由压气机2产生的压缩空气被供应到燃烧室3，通过该压缩空气与气化炉1制得的可燃气的混合物的燃烧产生驱动燃气涡轮4的燃烧气体。燃烧气体被供应到燃气涡轮4并将热能转换为机械能，并且与燃气涡轮4的旋转轴直接连接的燃气轮机发电机5随着燃气涡轮4的动作而发电。

进一步的，燃气轮机发电机5通过第一线路6连接供电负载。从而将热电联供系统产生的电能供应出去。

进一步的，燃气涡轮4的废气排出端通过主废气管路7连接废热回收锅炉8。从而，在燃气涡轮4中完成工作的废气通过主废气管路7供应到废热回收锅炉8，并成为废热回收锅炉8中产生蒸汽的热源。

进一步的，废热回收锅炉8通过主蒸汽管路9连通供热设备。由此，可以主蒸汽管路9中取出蒸汽，并将其用于工厂或市政供暖。

进一步的，废热回收锅炉8的废气排出端通过烟囱入口管路10连通烟囱11。由此，在废热回收锅炉8中完成工作的废气通过废热回收锅炉8的废气排出端从烟囱11排放到大气中。

可以理解的是，基于燃气轮机的热电联供系统，利用燃气轮机做功产生电能来对负载供电，通过利用燃气轮机排出的高温废气，经过锅炉设备转化为热能来对负载供热。实践中，总是希望热电联供系统提供的电力和热力能够和实际需求匹配。

然而在实践中，电力的需求一般是稳定且大量的，而热力的需求是相对不稳定的，例如，冬季对于热力的需求明显高于夏季。这样，在热力需求降低的情况下，就不得不浪费一部分热能，热电联供系统的效率就会降低。

因此，进一步的，本实施方式的废热回收锅炉8还通过主蒸汽管路9连通蒸汽轮机12。从而，供应到废热回收锅炉8中的供水与废气进行热交换产生蒸汽，蒸汽通过主蒸汽管路9从废热回收锅炉8供应到蒸汽轮机12。

由此，燃气轮机排出的高温废气经过废热回收锅炉转化为蒸气后，既可以提供给供热设备又可以提供给蒸汽轮机12发电。可以根据实际情况调整热能的分配方式，充分利用系统产生的热能。

具体的，主蒸汽管路9分别设置有供热分支管路91和供电分支管路92，供热设备通过供热分支管路91连通主蒸汽管路9，蒸汽轮机12通过供电分支管路92连通主蒸汽管路9。

进一步的，与蒸汽轮机12的旋转轴连接的蒸汽轮机发电机13随着蒸汽轮机12的动作而驱动并发电。蒸汽轮机发电机13通过第二线路14连接供电负载，从而将热电联供系统产生的电能供应出去。

进一步的，蒸汽轮机12的蒸汽排出端通过供水管路依次连通冷凝器15、水泵16以及废热回收锅炉8。从而，在蒸汽轮机10中完成工作的蒸汽被引导进入冷凝器12，进而被热交换成供水，通过水泵7加压再循环到供水管路，并通入废热回收锅炉8用于蒸汽的产生。

可以理解的是，基于燃气轮机和蒸汽轮机的热电联供系统能够改变供热与供电的分配。但实践中，基于燃气轮机和蒸汽轮机的热电联供厂已运行多年，在不更换蒸汽轮机12及其相关设备的情况下，蒸汽轮机12的最大运行功率已经不能改变，不能进一步增加蒸汽利用量。

因此，当面临热需求很小或是没有热需求的工况时时，由于蒸汽轮机12最大蒸汽利用量无法进一步提升，还是会有热能量浪费。

为此，本实施方式的燃气轮机为双流体循环燃气轮机，废热回收锅炉8还通过主蒸汽管路9连通燃烧室3。从而，供应到废热回收锅炉8中的供水与废气进行热交换产生蒸汽，蒸汽通过主蒸汽管路9从废热回收锅炉8供应到燃烧室3。

由此，燃气轮机排出的高温废气经过废热回收锅炉8转化为蒸气后，既可以提供给蒸汽轮机12发电又可以提供给双流体循环燃气轮机增加发电效率，从而，可以根据实际情况调整热能的分配方式，充分利用热电联供系统产生的热能。

更重要的是，本实施方式的利用植物的热电联供系统，不需要更换蒸汽轮机12及其相关配套设施，相比而言成本更低。

可以理解的是，双流体循环即程氏双流体循环，是一种以燃气和水蒸气两种流体为工质的燃气-蒸汽联合循环，应用于注蒸汽的燃气轮机。

具体的，主蒸汽管路9上还设置有功率提升分支管路93，燃烧室3通过功率提升分支管路93连通主蒸汽管路9。

进一步的，利用植物的热电联供系统还包括热回收蒸汽发生器17，将主蒸汽管路9中的部分蒸汽作为饱和蒸汽通入热回收蒸汽发生器17内，将压气机2中的压缩空气分流一部分也通入热回收蒸汽发生器17内作为高温气体，在热回收蒸汽发生器17内高温气体将热量传递给饱和蒸汽，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，再通到燃烧室3。

本实施方式的利用植物的热电联供系统，通过将因热需求变动而产生的剩余蒸汽通入到燃气轮机的燃烧室3中，可以进一步降低蒸汽给供热设备的供给量(如果有需求，可以降低为零)，同时可以增加产生的电力，可以更好地根据热力的需求状况和电力的需求状况进行调配。

具体的，热回收蒸汽发生器17具有饱和蒸汽入口端、高温压缩空气入口端以及过热蒸汽出口端，饱和蒸汽入口端与功率提升分支管路93连通，以便将主蒸汽管路9中的部分蒸汽作为喷射用蒸汽通入热回收蒸汽发生器17内；高温压缩空气入口端通过管路与压气机2连通，以便将压气机2中的高温压缩空气分流一部分也通入热回收蒸汽发生器17内；过热蒸汽出口端通过管路连通燃烧室3，以便将过热蒸汽通入燃烧室3。

进一步的，压气机2包括第一压缩空气出口和第二压缩空气出口，第一压缩空气出口通过第一压缩空气管路18连通燃烧室3，第二压缩空气出口通过第二压缩空气管路19连通热回收蒸汽发生器17。

进一步的，燃烧室3包括燃气入口和蒸汽入口，燃气入口通过燃气管路20与下吸式气化炉1的排气端连通，蒸汽入口通过过热蒸汽管路21与热回收蒸汽发生器17的过热蒸汽出口端连通。

以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用植物的热电联供系统，其特征在于，包括：

下吸式气化炉(1)，将植物制得可燃气；

双流体循环燃气轮机，具有空气进入端以及废气排出端；

废热回收锅炉(8)，通过主废气管路(7)连通双流体循环燃气轮机的废气排出端；

主蒸汽管路(9)，连通废热回收锅炉(8)的蒸汽排出端；

其中，所述主蒸汽管路(9)分别设置有供热分支管路(91)、供电分支管路(92)和功率提升分支管路(93)；

主蒸汽管路(9)通过供热分支管路(91)连通供热设备；

主蒸汽管路(9)通过供电分支管路(92)连通蒸汽轮机(12)；

主蒸汽管路(9)通过功率提升分支管路(93)连通双流体循环燃气轮机。

2.如权利要求1所述的利用植物的热电联供系统，其特征在于，双流体循环燃气轮机包括：

压气机(2)，设置有空气进入端和第一压缩空气出口；

燃烧室(3)，通过第一压缩空气管路(18)连通第一压缩空气出口；

燃气涡轮(4)，通过主废气管路(7)连通废热回收锅炉(8)；

其中，主蒸汽管路(9)通过功率提升分支管路(93)连通燃烧室(3)。

3.如权利要求2所述的利用植物的热电联供系统，其特征在于，所述热电联供系统还包括热回收蒸汽发生器(17)，且热回收蒸汽发生器(17)包括：

饱和蒸汽入口端，与功率提升分支管路(93)连通；

高温压缩空气入口端，通过管路与压气机(2)连通；

以及过热蒸汽出口端，通过管路连通燃烧室(3)。

4.如权利要求3所述的利用植物的热电联供系统，其特征在于，压气机(2)还设置有第二压缩空气出口，其通过第二压缩空气管路(19)连通热回收蒸汽发生器(17)的高温压缩空气入口端。

5.如权利要求3所述的利用植物的热电联供系统，其特征在于，燃烧室(3)包括蒸汽入口，其通过过热蒸汽管路(21)与热回收蒸汽发生器(17)的过热蒸汽出口端连通。

6.如权利要求5所述的利用植物的热电联供系统，其特征在于，燃烧室(3)还包括燃气入口，其通过燃气管路(20)与下吸式气化炉(1)的燃气排放端连通。

7.如权利要求1所述的利用植物的热电联供系统，其特征在于，废热回收锅炉(8)的废气排出端通过烟囱入口管路(10)连通烟囱(11)。

8.如权利要求1所述的利用植物的热电联供系统，其特征在于，蒸汽轮机(12)的蒸汽排出端通过供水管路依次连通冷凝器(15)、水泵(16)以及废热回收锅炉(8)。

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