本發(fā)明涉及能源轉(zhuǎn)換與節(jié)能減排領(lǐng)域，特別涉及一種燃氣鍋爐房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著世界范圍內(nèi)對環(huán)境保護日益重視，對清潔能源的需求愈加迫切，為天然氣發(fā)展帶來了機遇。天然氣屬于清潔能源，在燃燒中二氧化硫、粉塵的排放量接近于零，二氧化碳和氮氧化物的排放量相較于煤炭分別降至40％和50％；天然氣對溫室效應(yīng)的影響僅為石油的54％，煤炭的48％。

近年來，在中國中東部地區(qū)，京津冀地區(qū)霧霾天氣肆虐，大氣環(huán)境污染形勢比較嚴峻，造成這種嚴重形勢的關(guān)鍵因素是煤煙型污染，由天然氣代替燃煤，將會有效降低煙氣污染，改善大氣環(huán)境。目前，眾多城市都在開展燃煤鍋爐“煤改氣”任務(wù)，大力推進燃氣鍋爐的建設(shè)，進一步加大了各城市對天然氣的需求。

然而，由于中東部地區(qū)資源匱乏，市內(nèi)所需的天然氣主要是通過高壓管道從外地輸入。由高壓輸氣干線輸送來的高壓天然氣，在市內(nèi)的天然氣接收門站、調(diào)壓站，都需要根據(jù)下游用戶的供氣壓力要求進行降壓，然后才能夠供應(yīng)給城市燃氣用戶、工商用戶等使用。在燃氣鍋爐房中，高壓天然氣經(jīng)調(diào)壓后壓力降至0.2～0.4MPa(G)的中壓標準，進入燃氣鍋爐燃燒，輸出熱水或者蒸汽供給城鎮(zhèn)居民使用。高壓天然氣在調(diào)壓的過程中將產(chǎn)生很大的壓力降，同時釋放出大量的壓力能。目前此過程多通過燃氣調(diào)壓箱實現(xiàn)，壓力能直接損失而沒有得到利用。同時，燃氣鍋爐排放的高溫煙氣通常由于熱量品味不高，難以利用，也白白浪費了，少量的污染物氮氧化物也沒有得到處理。

利用透平發(fā)電機組撬塊替代傳統(tǒng)的燃氣調(diào)壓箱，將燃氣鍋爐房的余壓余熱資源綜合利用，將壓力能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，可減小高壓燃氣節(jié)流降壓損失。然而，目前涉及燃氣壓力能利用的研究和已有專利技術(shù)多集中在天然氣門站，沒有余熱資源可以利用，輸出的電能也不能內(nèi)部消化。通常膨脹后的燃氣溫度較低，被用來制冰或者供給其他需要冷量的工藝設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于上述情況，有必要提供一種將閑置的壓力能和廢棄的熱能進行綜合回收利用的燃氣鍋爐房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)。

一種燃氣鍋爐房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)，包括：預(yù)熱器、透平膨脹機、燃氣鍋爐和發(fā)電機，所述預(yù)熱器的預(yù)熱進氣口與高壓燃氣管道連接，所述預(yù)熱器的預(yù)熱出氣口與透平膨脹機的進氣口連接，所述透平膨脹機的出氣口與鍋爐的進氣口連接，所述鍋爐的出氣口與預(yù)熱器的加熱進氣口連接，所述預(yù)熱器的加熱出氣口與低溫煙氣管道連接；所述透平膨脹機與發(fā)電機傳動連接，所述發(fā)電機與電氣負載電性連接。

進一步的，所述預(yù)熱器預(yù)熱進氣口與高壓燃氣管道之間還設(shè)有透平調(diào)速閥，所述透平調(diào)速閥為單個節(jié)流閥或者由多個節(jié)流閥并聯(lián)。

更進一步的，所述鍋爐進氣口還直接與高壓燃氣管道連接，所述鍋爐進氣口與高壓燃氣管道之間設(shè)有燃氣調(diào)壓箱進行調(diào)壓，所述燃氣調(diào)壓箱為單路，雙路或者多路并聯(lián)。

作為一種改進，所述預(yù)熱器為一組預(yù)熱器，所述預(yù)熱器組包括至少一級預(yù)熱器，所述透平膨脹機為一組透平膨脹機，所述透平膨脹機組包括至少一級透平膨脹機；所述上一級透平膨脹機的出氣口與下一級預(yù)熱器預(yù)熱進氣口連接；所述鍋爐出氣口分別與各級預(yù)熱器加熱進氣口連接，所述各級預(yù)熱器加熱出氣口分別與低溫煙氣管道連接。

作為進一步改進，所述燃氣調(diào)壓箱與鍋爐進氣口之間還設(shè)置有渦街流量計，控制系統(tǒng)依據(jù)所述渦街流量計反饋的燃氣流量值，自動調(diào)節(jié)所述透平調(diào)速閥和所述燃氣調(diào)壓箱的開度。

具體的，所述預(yù)熱器組為管殼式換熱器、套管式換熱器或者板翅式換熱器中的任何一種或多種的組合；所述透平膨脹機組為多級徑軸流式膨脹機，或者多級軸流式膨脹機或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

具體的，所述發(fā)電機為防爆發(fā)電機，所述防爆發(fā)電機為隔爆型結(jié)構(gòu)，或者增安型結(jié)構(gòu)，或者正壓型結(jié)構(gòu)。

具體的，所述防爆發(fā)電機與透平膨脹機組之間還設(shè)有減速器，所述減速器為多級平行軸結(jié)構(gòu)，或者多級行星齒輪結(jié)構(gòu)，或者與所述各級透平膨脹機共同構(gòu)成整體齒輪組裝式結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述透平調(diào)速閥，預(yù)熱器組，透平膨脹機組，減速器，防爆發(fā)電機共同構(gòu)成透平發(fā)電機組撬塊，所述透平發(fā)電機組撬塊為固定式結(jié)構(gòu)或者可移動式結(jié)構(gòu)。

作為一種改進，所述預(yù)熱器組包括一級預(yù)熱器和二級預(yù)熱器，所述透平膨脹機組包括一級透平膨脹機和二級透平膨脹機，所述一級預(yù)熱器預(yù)熱進氣口與高壓燃氣管道連接，所述一級預(yù)熱器預(yù)熱出氣口與一級透平膨脹機進氣口連接，所述一級透平膨脹機出氣口與二級預(yù)熱器預(yù)熱進氣口連接，所述二級預(yù)熱器預(yù)熱出氣口與二級透平膨脹機進氣口連接，所述二級透平膨脹機出氣口與鍋爐進氣口連接；所述鍋爐出氣口分別與一級預(yù)熱器和二級預(yù)熱器的加熱進氣口連接，所述一級預(yù)熱器和二級預(yù)熱器的加熱出氣口分別與低溫煙氣管道連接。

本發(fā)明一種燃氣鍋爐房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)，通過將鍋爐、預(yù)熱器和膨脹機巧妙的連接和控制，將燃氣鍋爐房的余壓余熱資源綜合利用，將壓力能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽蓽p小高壓燃氣節(jié)流降壓損失；利用預(yù)熱器、發(fā)電機和膨脹機等組件取代了不能利用余壓余熱的傳統(tǒng)燃氣調(diào)壓箱。通過溫度較低的燃氣冷卻燃煤鍋爐排放的高溫煙氣，使水蒸氣冷凝，吸收氮氧化物，也進一步的減少了污染物的排放。發(fā)電機輸出的電能可直接并入門站內(nèi)部的微電網(wǎng)，供給電氣設(shè)備，照明設(shè)備等監(jiān)控設(shè)備等使用。同時，和預(yù)熱器、發(fā)電機和膨脹機等組件并聯(lián)的燃氣調(diào)壓箱可有效保障波動工況和緊急故障下燃氣鍋爐的穩(wěn)定運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種燃氣鍋爐房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清晰，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明一種燃氣鍋爐房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)，包括：預(yù)熱器、透平膨脹機、燃氣鍋爐和發(fā)電機，所述預(yù)熱器的預(yù)熱進氣口與高壓燃氣管道連接，所述預(yù)熱器預(yù)熱進氣口與高壓燃氣管道之間還設(shè)有透平調(diào)速閥，所述透平調(diào)速閥為單個節(jié)流閥或者由多個節(jié)流閥并聯(lián)；所述預(yù)熱器的預(yù)熱出氣口與透平膨脹機的進氣口連接，所述透平膨脹機的出氣口與鍋爐的進氣口連接，所述鍋爐的出氣口與預(yù)熱器的加熱進氣口連接，所述預(yù)熱器的加熱出氣口與低溫煙氣管道連接；所述透平膨脹機與發(fā)電機傳動連接，所述發(fā)電機與電氣負載電性連接。

鍋爐進氣口還直接與高壓燃氣管道連接，所述鍋爐進氣口與高壓燃氣管道之間設(shè)有燃氣調(diào)壓箱進行調(diào)壓，所述燃氣調(diào)壓箱為單路，雙路或者多路并聯(lián)。所述透平調(diào)速閥，預(yù)熱器，透平膨脹機，減速器，防爆發(fā)電機共同構(gòu)成透平發(fā)電機組撬塊，透平發(fā)電機組撬塊與傳統(tǒng)燃氣調(diào)壓箱并聯(lián)，可有效保障波動工況和緊急故障下燃氣鍋爐的穩(wěn)定運行；所述透平發(fā)電機組撬塊為固定式結(jié)構(gòu)或者可移動式結(jié)構(gòu)。

作為一種優(yōu)選實施例，預(yù)熱器為一組預(yù)熱器，預(yù)熱器組包括至少一級預(yù)熱器，透平膨脹機為一組透平膨脹機，透平膨脹機組包括至少一級透平膨脹機；所述上一級透平膨脹機的出氣口與下一級預(yù)熱器預(yù)熱進氣口連接；所述鍋爐出氣口分別與各級預(yù)熱器加熱進氣口連接，所述各級預(yù)熱器加熱出氣口分別與低溫煙氣管道連接。

作為本發(fā)明的一個較佳實施例，所述預(yù)熱器組包括兩級預(yù)熱器，分別為一級預(yù)熱器和二級預(yù)熱器，所述透平膨脹機組包括兩級透平膨脹機，分別為一級透平膨脹機和二級透平膨脹機。具體如圖1所示：

本發(fā)明提供的燃氣鍋爐房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)包括：透平調(diào)速閥1，一級預(yù)熱器2，二級預(yù)熱器3，一級透平膨脹機4，二級透平膨脹機5，減速器6，防爆發(fā)電機7，鍋爐房內(nèi)部微電網(wǎng)8，電氣負載9，燃氣調(diào)壓箱10，渦街流量計11，燃氣鍋爐12；所述設(shè)備1～7構(gòu)成透平發(fā)電機組撬塊，所述透平發(fā)電機組撬塊為固定式結(jié)構(gòu)或者可移動式結(jié)構(gòu)。

其中，一級預(yù)熱器2預(yù)熱進氣口與高壓燃氣管道連接，所述一級預(yù)熱器2預(yù)熱出氣口與一級透平膨脹機4進氣口連接，所述一級透平膨脹機4出氣口與二級預(yù)熱器3預(yù)熱進氣口連接，所述二級預(yù)熱器3預(yù)熱出氣口與二級透平膨脹機5進氣口連接，所述二級透平膨脹機5出氣口與鍋爐12進氣口連接；所述鍋爐12出氣口分別與一級預(yù)熱器2和二級預(yù)熱器3的加熱進氣口連接，所述一級預(yù)熱器2和二級預(yù)熱器3的加熱出氣口分別與低溫煙氣管道連接。

作為較佳實施例，所述燃氣調(diào)壓箱10與鍋爐12進氣口之間還設(shè)置有渦街流量計11，所述燃氣調(diào)壓箱10和透平發(fā)電機組撬塊并聯(lián)運行，控制系統(tǒng)依據(jù)所述渦街流量計11反饋的燃氣流量值，自動調(diào)節(jié)所述透平調(diào)速閥1和所述燃氣調(diào)壓箱10的開度。

隨著季節(jié)性的變化，用戶對供熱的需求會有變化，因此也會引起燃氣鍋爐房12燃燒所需的燃氣流量。為了實現(xiàn)在波動的燃氣流量工況下，透平發(fā)電機組撬塊能夠安全穩(wěn)定的運行，需配置燃氣調(diào)壓箱10和透平發(fā)電機組撬塊并聯(lián)運行。在設(shè)定好需求燃氣流量值下，控制系統(tǒng)通過渦街流量計11反饋的實際燃氣流量值，自動調(diào)節(jié)透平調(diào)速閥1和燃氣調(diào)壓箱10的開度。當燃氣流量正常時，透平調(diào)速閥1工作，控制一級透平膨脹機4和二級透平膨脹機5的轉(zhuǎn)速恒定，燃氣調(diào)壓箱10閉合不工作。當燃氣流量需求增大時，控制透平調(diào)速閥1開度不變，逐漸增大燃氣調(diào)壓箱10的開度，使增多的燃氣量通過燃氣調(diào)壓箱10節(jié)流減壓進入燃氣鍋爐12。當燃氣流量需求減小時，燃氣調(diào)壓箱10閉合不工作，控制透平調(diào)速閥1逐漸減小開度，使通過透平發(fā)電機組撬塊減壓后進入燃氣鍋爐12的燃氣量減小。

作為一種優(yōu)選，所述預(yù)熱器組為管殼式換熱器、套管式換熱器或者板翅式換熱器中的任何一種或多種的組合；所述透平膨脹機組為多級徑軸流式膨脹機，或者多級軸流式膨脹機或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

具體的，所述發(fā)電機為防爆發(fā)電機，所述防爆發(fā)電機為隔爆型結(jié)構(gòu)，或者增安型結(jié)構(gòu)，或者正壓型結(jié)構(gòu)。所述防爆發(fā)電機與透平膨脹機組之間還設(shè)有減速器，所述減速器為多級平行軸結(jié)構(gòu)，或者多級行星齒輪結(jié)構(gòu)，或者與所述各級透平膨脹機共同構(gòu)成整體齒輪組裝式結(jié)構(gòu)。

高壓燃氣經(jīng)過所述透平發(fā)電機組撬塊和所述燃氣調(diào)壓箱10減壓后進入所述燃氣鍋爐12燃燒，對外輸出熱量，同時產(chǎn)生高溫煙氣進入所述一級預(yù)熱器2和二級預(yù)熱器3，預(yù)熱高壓燃氣后降溫排出。所述透平發(fā)電機組撬塊輸出電能進入所述鍋爐房內(nèi)部微電網(wǎng)8，供所述電氣負載9使用。

優(yōu)選地，高壓燃氣的進氣壓力為0.5～3MPa，進氣流量為5000～100000Nm3/h，所述一級透平膨脹機4和二級透平膨脹機5的進氣溫度為50～100℃，所述燃氣鍋爐12的排氣溫度為10～30℃；所述透平發(fā)電機組撬塊裝機發(fā)電量為0.1～2MW。

可以理解，上述燃氣鍋爐房余壓余熱綜合利用裝置運行過程中，當高壓燃氣經(jīng)過透平調(diào)速閥1達到設(shè)定入口壓力和流量后，再經(jīng)過一級預(yù)熱器2預(yù)熱，進入一級透平膨脹機4入口，在一級噴嘴和工作輪中膨脹，隨后進入二級預(yù)熱器3預(yù)熱，再次進入二級膨脹機5膨脹，推動透平膨脹機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高，需通過減速器6將轉(zhuǎn)速降至放防爆發(fā)電機7的額定轉(zhuǎn)速，進而驅(qū)動防爆發(fā)電機7發(fā)電，輸出電能并入鍋爐房內(nèi)部微電網(wǎng)8供廠內(nèi)電氣負載9使用。膨脹后的低壓燃氣進入燃氣鍋爐12燃燒，對外輸出熱能供城鎮(zhèn)用戶使用，同時產(chǎn)生高溫煙氣進入一級預(yù)熱器2和二級預(yù)熱器3，高溫煙氣在每一級預(yù)熱器中與燃氣進行充分的換熱，提高溫度和焓值，進而增大每一級透平膨脹機的輸出功。高溫煙氣被燃氣冷卻后，所含的水蒸氣逐漸冷凝，冷凝水吸收了大量的有害氮氧化物，隨后排入專用廢氣管道。

本發(fā)明提供的燃氣鍋爐房余壓余熱綜合利用裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地小、運行穩(wěn)定，可靠性高的特點。其可將燃氣鍋爐房的余壓余熱資源綜合利用，將壓力能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑴p小高壓燃氣節(jié)流降壓損失，同時減少氮氧化物的排放，實現(xiàn)了節(jié)能和減排的雙重功效。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。