本發(fā)明涉及燃氣輪機系統(tǒng)，特別是一種集高效、節(jié)水、可控于一體的燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃氣輪機已經(jīng)在發(fā)電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，由于它的緊湊、高功率、已安裝等優(yōu)點，已經(jīng)使它成為一種廣泛使用的動力機械，目前390mw的9f燃氣輪機的熱效率在40％左右，聯(lián)合循環(huán)熱效率高達58％左右。

然而在現(xiàn)有的聯(lián)合循環(huán)中，存在熱量浪費、用水量大、熱電冷三聯(lián)產(chǎn)不可控不可調(diào)、低溫腐蝕和工質(zhì)浪費等問題，如何解決這些問題，是本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)心的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明之目的就是提供一種集高效、節(jié)水、可控于一體的燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，可以有效解決高效、節(jié)水、可控制、廠內(nèi)循環(huán)與零排放的燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案是：

一種集高效、節(jié)水、可控于一體的燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燃氣輪機、空氣冷卻器、煤氣化爐、旋流分離器、制冷機、熱泵、朗肯循環(huán)系統(tǒng)和低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)；

空氣冷卻器的低溫空氣出口與壓氣機的進氣口相連，壓氣機的出氣口分別與燃燒室的空氣進口和壓縮空氣罐的進氣口相連，壓氣機的動力輸入端上設(shè)置有用于提供動力的風(fēng)力機，煤氣化爐的一氧化碳和氫氣出口與燃燒室的燃料進口相連，燃燒室的高溫?zé)煔馀懦隹谂c燃氣輪機的進氣口相連，燃氣輪機的動力輸出端與發(fā)電機相連，燃氣輪機的高溫?zé)煔獬隹谂c余熱鍋爐的高溫?zé)煔膺M氣口相連；

余熱鍋爐的蒸汽出口與高壓缸的進氣口相連，高壓缸的出氣口上裝有伸入與余熱鍋爐內(nèi)的再熱循環(huán)管道，再熱循環(huán)管道的出氣端與中壓缸的進氣口相連，中壓缸的出氣口與低壓缸的進氣口相連，構(gòu)成具有循環(huán)再熱功能的多級蒸汽做功動力輸出結(jié)構(gòu)；

低壓缸的出氣口與凝汽器的進氣口相連，凝汽器的出液口經(jīng)串聯(lián)的低壓加熱器、除氧器和高壓加熱器與余熱鍋爐的進液口相連，構(gòu)成蒸汽的加熱水循環(huán)結(jié)構(gòu)；

中壓缸上設(shè)置有蒸汽抽出口，蒸汽抽出口裝有過熱抽汽管道，過熱抽汽管道分為兩路，其中一路的過熱抽汽管道的出氣口與燃燒室的進氣口相連通，另一路的過熱抽汽管道分別穿過制冷機和熱泵的蒸發(fā)室后與熱水加熱器相連，構(gòu)成制冷機、熱泵和熱水加熱器的第一輔助熱源提供結(jié)構(gòu)，過熱抽汽管道上設(shè)置有用于控制過熱抽汽流量的第四閥門；

熱水加熱器的蒸汽出口與凝汽器的進氣口相連，構(gòu)成低溫低壓蒸汽循環(huán)利用結(jié)構(gòu)；

余熱鍋爐的煙氣出口與scr反應(yīng)器的進氣口口相連，scr反應(yīng)器的出氣口與旋流分離器的進氣口相連，旋流分離器的出液口上連接有伸入空氣冷卻機的冷水循環(huán)管道，構(gòu)成空氣冷卻機的輔助降溫結(jié)構(gòu)；

旋流分離器的煙氣出口與三通的進口相連；

三通的第一個出氣口上裝有中溫?zé)煔饣厥展艿?，中溫?zé)煔饣厥展艿来┻^朗肯循環(huán)系統(tǒng)的有機工質(zhì)加熱器的加熱室后與低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)進氣口相連，三通與有機工質(zhì)加熱器之間的第一中溫?zé)煔饣厥展艿郎显O(shè)置有用于控制流量的第五閥門；

三通的第二個出氣口與低壓加熱器的進氣口相連，構(gòu)成余熱鍋爐的給水加熱結(jié)構(gòu)；這里余熱鍋爐的給水指的是從凝汽器中的蒸汽冷凝后出來的水，利用旋流分離器出來的中溫?zé)煔鈱υ摻o水進行加熱，完成余熱鍋爐給水循環(huán)，充分利用了余熱；

三通的第三個出氣口上裝有中溫?zé)煔饧訜峁艿溃袦責(zé)煔饧訜峁艿婪謩e穿過制冷機和熱泵的蒸發(fā)室后與熱水加熱器相連，構(gòu)成制冷機、熱泵和熱水加熱器的第二輔助熱源提供結(jié)構(gòu)，

與熱水加熱器相連的中溫?zé)煔饧訜峁艿赖某鰵饪诤瓦^熱抽汽管道分別與低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)的進氣口相連；

壓氣機與壓縮空氣罐之間設(shè)置有第一閥門；

煤氣化爐與燃燒室之間設(shè)置有第二閥門。

所述的旋流分離器為超音速旋流分離器，其包括依次相連的旋流發(fā)生器、拉瓦爾噴管、液體分離段和出氣管段，旋流發(fā)生器內(nèi)設(shè)置有用于使進入煙氣產(chǎn)生切向旋流的旋流葉片，液體分離段上設(shè)置有出液口，冷水循環(huán)管道的進口與液體分離段的出液口相連通，出氣管段內(nèi)設(shè)置有用于整流的整流阻渦葉片出氣管段的出口與三通的進口相連。

所述的朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括有機工質(zhì)加熱器、汽輪機、發(fā)電機或驅(qū)動循環(huán)泵、凝汽器和升壓泵，機工質(zhì)加熱器的出氣端與汽輪機的進氣端相連，汽輪機的動力輸出端與發(fā)電機或驅(qū)動循環(huán)泵的動力輸入端相連，汽輪機的出氣端與凝汽器的進氣端相連，凝汽器的出液端與升壓泵的進液端相連，升壓泵的出液端與機工質(zhì)加熱器的進液端相連，構(gòu)成蒸汽循環(huán)動力輸出結(jié)構(gòu)。

所述的低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)包括氧化鈣爐、煅燒爐和用于分離氧氣和氮氣的分離器，與熱水加熱器相連的中溫?zé)煔饧訜峁艿赖某鰵饪诤瓦^熱抽汽管道分別與氧化鈣爐的進氣口相連，氧化鈣爐的碳酸鈣出口與煅燒爐的進口相連，氧化鈣爐的出氣口與分離器的進氣口相連，構(gòu)成煙氣處理結(jié)構(gòu)。

所述的分離器的氧氣排出口與燃燒室的進氣口相連，構(gòu)成氧氣回收利用結(jié)構(gòu)。

所述的燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括太陽能板和太陽能集熱器，太陽能板的輸出端與太陽能集熱器相連，構(gòu)成余熱鍋爐的輔助給水加熱結(jié)構(gòu)。

一種燃氣輪機內(nèi)循環(huán)水余熱利用方法，該方法采用上述燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進行，具體步驟如下：

步驟一，常溫空氣進入空氣冷卻器變成低溫空氣，低溫空氣經(jīng)過壓氣機壓縮進入燃燒室，從煤氣化爐中出來的一氧化碳和氫氣進入燃燒室，同低溫空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成大量高溫?zé)煔獠⑦M入燃氣輪機中膨脹做功，帶動發(fā)電機發(fā)電，構(gòu)成電能的產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，通過空氣冷卻器提前將常溫空氣冷卻，從根本上消除了環(huán)境溫度對于燃氣輪機效率的影響，使得燃氣輪機工作穩(wěn)定，功率提高；

同時在壓氣機的動力輸入端上設(shè)置有用于提供動力的風(fēng)力機，風(fēng)力發(fā)電機利用平時的風(fēng)能把低溫空氣壓縮在壓縮空氣罐內(nèi)，已備調(diào)峰時使用；

步驟二，燃氣輪機的排汽溫度達650℃到700℃，屬于高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔膺M入余熱鍋爐同給水發(fā)生換熱，使給水變成高溫高壓的過熱蒸汽，過熱蒸汽進入高壓缸做功，高壓缸排汽再次進入到余熱鍋爐中進行再熱循環(huán)，進入高壓缸做功，中壓缸中一部分蒸汽被抽出參與之前燃燒室燃燒，增加燃氣輪機做功，一部分進入制冷器和熱泵進行供暖和制冷，構(gòu)成利用余熱的熱氣、冷氣的產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，中壓缸的排氣進入低壓缸做功，低壓缸排汽進入到凝汽器，旋流分離器出液口上的冷水循環(huán)管道可伸入凝汽器，由旋流分離器產(chǎn)生的低溫液態(tài)水作為循環(huán)水將其蒸汽冷卻，通過以太陽能集熱器和旋流分離器煙氣出口排出的中溫?zé)煔夤餐M成的給水加熱系統(tǒng)，把凝結(jié)水加熱到要求的鍋爐給水，完成一個熱水循環(huán)。

步驟三，經(jīng)過余熱鍋爐的煙氣成分為氮氧化物、氧氣、氮氣、二氧化碳和水蒸汽，由于脫銷會產(chǎn)生新的水蒸汽，所以首先通過scr反應(yīng)器先進行煙氣脫硝，脫硝后的煙氣進入旋流分離器，首先在旋流發(fā)生器的作用下產(chǎn)生切向旋流，根據(jù)角動量守恒定律，切向速度會不斷增大，與此同時，煙氣流經(jīng)拉瓦爾噴管，溫度和壓力驟然降低，水蒸汽最先達到過飽和狀態(tài)發(fā)生凝結(jié)，在切向旋流離心力的作用下，產(chǎn)生切向旋流，由于離心力的不同，小液滴被甩向壁面，形成沿軸向流動的液膜，通過出液口排出，其余的氣體則經(jīng)過一個擴壓段，溫度和壓力得到回升通過整流阻渦葉片整流后排出；由于分離出來的液態(tài)水溫度非常低，所以用來冷卻進入空氣冷卻器的常溫空氣，之后再用來作為凝汽器的循環(huán)水來凝結(jié)蒸汽，最后作為系統(tǒng)補水和生活用水使用，由于這是在系統(tǒng)中產(chǎn)生的水，而且流量很大，大大節(jié)約常用水，使得干旱地區(qū)用濕冷循環(huán)變成了可能；

步驟四，從旋流分離器脫水后的中溫?zé)煔馔ㄟ^三通有三個去向，第一去往制冷機和熱泵減少了過熱蒸汽的抽汽量，提高了汽輪機發(fā)電量，完成供熱和制冷后，還有部分余熱進入熱水加熱器，使得到熱水，實現(xiàn)熱、電、冷和熱水的四聯(lián)產(chǎn)；

第二個去往加熱蒸汽輪機系統(tǒng)的給水，因為受天氣影響，太陽能加熱給水會不穩(wěn)定，這就需要通過引入煙氣來加熱給水作為補充；

第三個去往朗肯循環(huán)系統(tǒng)參與有機工質(zhì)的朗肯循環(huán)：液態(tài)有機工質(zhì)在中溫?zé)煔獾募訜嵯拢苋菀鬃兂梢欢▔毫蜏囟鹊臍鈶B(tài)有機工質(zhì)，然后進入汽輪機膨脹做功，這部分發(fā)電可滿足廠用電的使用，同時可以使有機工質(zhì)汽輪機帶動廠子里的氣動泵，減少了專門小汽機的投資，完成做功的有機工質(zhì)在低溫水液態(tài)水的冷卻下變成液態(tài)有機工質(zhì)，經(jīng)過升壓泵再次進入有機工質(zhì)加熱器，完成一個循環(huán)；

步驟四，余熱利用完的低溫?zé)煔饨咏h(huán)境溫度，其成分為二氧化碳、氮氣和氧氣，為了實現(xiàn)零排放并對其作進行了充分利用，首先煙氣經(jīng)過一個氧化鈣爐，二氧化碳與氧化鈣充分反應(yīng)生成碳酸鈣，一部分可以直接去作為工業(yè)原料直接使用，另一部分可以去煅燒爐煅燒，來收集純凈的二氧化碳，同時生成的氧化鈣也可作為氧化鈣爐的反應(yīng)物補充；這時煙氣變成氮氣和氧氣的混合物，利用二者沸點不同，通過制冷機即可分離出來氮氣和氧氣，氮氣可以直接回收，氧氣則可以進入燃燒室，使得燃燒更加充分，做功流量進一步增大，提高了燃氣輪機功率和煅燒爐的燃燒，使得煅燒反應(yīng)更加充分，由此實現(xiàn)零排放和煙氣全利用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下有益的技術(shù)效果：

(1)充分利用廠區(qū)中可以利用的資源——風(fēng)能和太陽能

在平時有風(fēng)的時候，利用風(fēng)力機的葉片帶動壓氣機工作，把低溫空氣儲存在壓縮空氣罐中，當(dāng)需要調(diào)負荷或者負荷高峰時，可以把氣罐打開，讓氣管中的空氣進入燃燒室，這樣不需要增加壓氣機的額外出力，而且調(diào)節(jié)更加迅速；當(dāng)氣罐壓縮空氣儲存滿時，還可以作為工業(yè)產(chǎn)品賣掉，增加收益，在平時陽光充分的時候，利用廠區(qū)的太陽能集熱板，把太陽能收集起來，在蒸汽輪機循環(huán)中，可以作為熱源對給水進行加熱，不用從汽輪機中進行抽汽加熱，提高了汽輪機做工的絕對內(nèi)效率；

(2)高效可控的燃氣輪機燃燒與做功系統(tǒng)

常規(guī)的燃氣輪機進口是常溫空氣，燃氣輪機的輸出功率是環(huán)境溫度的函數(shù)，環(huán)境溫度每升高1℃，輸出功率就下降0.3％到0.5％，這種損失對于聯(lián)合循環(huán)機組在夏季發(fā)電會產(chǎn)生較大問題；本發(fā)明通過空氣冷卻器提前將常溫空氣冷卻，從根本上消除了環(huán)境溫度對于燃氣輪機效率的影響，使得燃氣輪機工作穩(wěn)定，功率提高，而且冷源來自系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫凝結(jié)水，不需要額外做功冷卻，同時將蒸汽輪機的一部分過熱抽汽引入燃燒室，通過管道上的第四閥門來控制抽汽量，引入蒸汽的好處是不僅可以控制氮氧化物額生成，從而減少氮氧化物排放，還可以通過增大渦輪的燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量流量增大和較高的比熱而增大燃氣輪機功率，通常燃氣輪機和蒸汽輪機的做工比為2:1，犧牲了一份蒸汽做功，換來兩份燃氣輪機做功，總的來說增大了整體輸出功率；

(3)高效節(jié)水的蒸汽輪機做功系統(tǒng)

高溫?zé)煔馔ㄟ^加熱余熱鍋爐中給水，使給水變?yōu)檫^熱蒸汽進行做功，過熱蒸汽先進入高壓缸中做功，保證了高品質(zhì)的蒸汽用了做功不損失，從高壓缸出來了，再次進入余熱鍋爐進行再熱，可以使汽輪機循環(huán)內(nèi)效率提高，做功完成后排氣進入凝汽器，冷凝工質(zhì)為經(jīng)過空氣冷卻器之后的常溫循環(huán)水，水溫度會比常規(guī)燃氣輪機稍低，冷卻效果也會更好，因為冷卻水來自系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的水，沒有外來循環(huán)水，大幅節(jié)約了常用水情況，這種系統(tǒng)可以取代傳統(tǒng)的空冷機組，使得機組即使在干旱地區(qū)也可以采用濕冷循環(huán)，大大提高了機組的做功能力和效率；

(4)更加經(jīng)濟、可調(diào)節(jié)的熱電冷和熱水四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是犧牲了汽輪機一部分做功發(fā)電能力，讓高品質(zhì)蒸汽去供熱或者制冷，在某個時間段到達最佳的經(jīng)濟效益，在本發(fā)明中，通過兩個閥門，一個控制旋流分離器中分離出來的中溫?zé)煔?，一個控制從中壓缸抽出的過熱抽汽(過熱蒸汽)，通過煙氣的補充，可以減少或者不抽過熱抽汽，以求達到發(fā)更多的電的同時還能余熱利用來供熱和制冷，根據(jù)用戶需求通過調(diào)節(jié)二者管路上的閥門來控制蒸汽和煙氣的比例；與此同時，還可在系統(tǒng)中配備了一臺兩用電機和控制離合器，兩用電機的兩端分別于熱泵和制冷機相連，這種配置可以分配去供熱和去制冷的過熱蒸汽(或者中溫?zé)煔?的流量，以便在冬季多供熱，夏季多制冷，而且避免了傳統(tǒng)熱冷聯(lián)供需要兩條單獨管路的麻煩，增加了控制，減小了投資；經(jīng)過制冷和供暖后的蒸汽煙氣溫度只有三十幾度，高于環(huán)境溫度，通過一個熱水加熱器，利用其最后一點能量，可以給用戶和廠子提供源源不斷的熱水，實現(xiàn)四聯(lián)產(chǎn)；

(5)首次將超音速分離技術(shù)應(yīng)用于燃氣輪機電廠，具有脫水效率高、安全穩(wěn)定，有效防止低溫腐蝕的優(yōu)點。

煙氣從余熱鍋爐中出來有氣有100℃左右，其成分主要有水蒸汽、氧氣、二氧化碳、氮氣和氮氧化物，通常電廠是把煙氣通過煙囪直接排放，造成了能量浪費和溫室氣體污染，如果對這部分煙氣進行余熱利用，溫度下降，水蒸汽最先會變成液態(tài)水，酸性氣體溶于水，形成酸，造成低溫腐蝕問題；

通過首創(chuàng)的超音速冷凝分離法把腐蝕問題得到了解決。因為經(jīng)過脫銷系統(tǒng)也會產(chǎn)生水蒸汽，所以最先脫除氮氧化物，考慮到溫度只有100攝氏度，所以選擇scr反應(yīng)器來脫銷，之后煙氣進入超音速旋流分離器，首先在旋流發(fā)生器的作用下產(chǎn)生切向旋流，根據(jù)角動量守恒定律，切向速度會不斷增大，與此同時，煙氣流經(jīng)拉瓦爾噴管(又稱超音速噴管)，溫度和壓力驟然降低，水蒸汽最先凝結(jié)成小液滴，在切向旋流離心力的作用下，由于氣體和液體密度不同，小液滴被壁面，形成沿軸向流動的液膜，液體通過排液口排出，剩余氣體則通過之后擴壓管的作用，溫度和壓力得到回升，這樣實現(xiàn)了水蒸汽的脫除，由于脫除出來的液態(tài)水溫度非常低，首先進入空氣冷卻器對常溫空氣進行冷卻，換熱完成后水溫接近環(huán)境溫度，剛好有可以作為蒸汽輪機循環(huán)中的凝汽器的循環(huán)水使用，之后這部分水可以作為系統(tǒng)補水或者常用水，這種利用自身過程產(chǎn)生水的方法使得電廠用水大幅減少；當(dāng)煙氣中沒有了水蒸汽，溫度和壓力基本上有沒有發(fā)生變化，這樣利用起來就行根本上解決了低溫腐蝕問題，減少了防腐蝕材料的使用，減少了投資，增加了安全；

當(dāng)進入燃燒室的燃料變成天然氣時，少量不完全燃燒的烴類通過超音速旋流脫水裝置也能夠分離出來，實現(xiàn)脫水的同時，進行烴類回收，增加了能源的可用率；

(6)低溫?zé)煔飧咝Ю玫耐瑫r實現(xiàn)零排放

經(jīng)過脫水后的中溫?zé)煔馔ㄟ^一個三通被分成三個去向，每個管路都有用來控制的閥門：第一去往制冷機和熱泵減少了過熱蒸汽的抽汽量，提高了汽輪機發(fā)電量，完成供熱和制冷后，還有部分余熱進入熱水加熱器，使得到熱水，實現(xiàn)熱、電、冷和熱水的四聯(lián)產(chǎn)；

第二個去往加熱蒸汽輪機系統(tǒng)的給水，因為受天氣影響，太陽能加熱給水會不穩(wěn)定，這就需要通過引入煙氣來加熱給水作為補充；

第三個去往朗肯循環(huán)系統(tǒng)參與有機工質(zhì)的朗肯循環(huán)，在相同情況下，有機工質(zhì)的汽化潛熱遠小于水蒸汽，更能夠充分利用低品位熱量，同時有機工質(zhì)沸點較低，給予低品位能量，就能沸騰變成做功蒸汽，有機工質(zhì)凝固點較低，可以在較低溫度下釋放出能量，在寒冷天氣可增加處理，朗肯循環(huán)系統(tǒng)中的凝汽器也不需要增加防凍設(shè)施，也沒有腐蝕機械等問題，對于中溫?zé)煔庥酂醽碚f，最合適不過，系統(tǒng)中凝汽器中循環(huán)水由超音速旋流分離器分離出來的低溫液態(tài)水充當(dāng)，有機工質(zhì)朗肯循環(huán)的利用余熱，使得煙氣的遇熱損失減少，發(fā)電量增加，鑒于燃氣輪機排煙量大的特殊性，使得有機工質(zhì)發(fā)電完全可以驅(qū)動循環(huán)泵甚至廠用電，不必要增設(shè)電廠小汽機，機組效率提高，實現(xiàn)了節(jié)能降耗；

熱利用完的低溫?zé)煔饨咏h(huán)境溫度，其成分為二氧化碳、氮氣和氧氣，為了實現(xiàn)零排放并對其作進行了充分利用，首先煙氣經(jīng)過一個氧化鈣爐，二氧化碳與氧化鈣充分反應(yīng)生成碳酸鈣，一部分可以直接去作為工業(yè)原料直接使用，另一部分可以去煅燒爐煅燒，來收集純凈的二氧化碳，同時生成的氧化鈣也可作為氧化鈣爐的反應(yīng)物補充；這時煙氣變成氮氣和氧氣的混合物，利用二者沸點不同，通過制冷機即可分離出來氮氣和氧氣，在工業(yè)上分離這兩種氣體的方法已經(jīng)非常成熟，氮氣可以直接回收，氧氣則可以進入燃燒室，使得燃燒更加充分，做功流量進一步增大，提高了燃氣輪機功率和煅燒爐的燃燒，使得煅燒反應(yīng)更加充分，由此實現(xiàn)零排放和煙氣全利用。

由上述情況可以清楚的看出，本發(fā)明燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新穎獨特，余熱利用合理，經(jīng)實際應(yīng)用取得了良好的技術(shù)效果，在390mw的9f燃氣輪機的實際應(yīng)用中，熱效率達到42％以上，聯(lián)合循環(huán)熱效率高達63％以上，社會和經(jīng)濟效益顯著。

附圖說明

圖1為本發(fā)明燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的框式連接示意圖。

圖2為本發(fā)明旋流分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細說明。

本發(fā)明一種集高效、節(jié)水、可控于一體的燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燃氣輪機、空氣冷卻器、煤氣化爐、旋流分離器、制冷機、熱泵、朗肯循環(huán)系統(tǒng)和低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)；

空氣冷卻器的低溫空氣出口與壓氣機的進氣口相連，壓氣機的出氣口分別與燃燒室的空氣進口和壓縮空氣罐的進氣口相連，壓氣機的動力輸入端上設(shè)置有用于提供動力的風(fēng)力機，煤氣化爐的一氧化碳和氫氣出口與燃燒室的燃料進口相連，燃燒室的高溫?zé)煔馀懦隹谂c燃氣輪機的進氣口相連，燃氣輪機的動力輸出端與發(fā)電機相連，燃氣輪機的高溫?zé)煔獬隹谂c余熱鍋爐的高溫?zé)煔膺M氣口相連；

余熱鍋爐的蒸汽出口與高壓缸的進氣口相連，高壓缸的出氣口上裝有伸入與余熱鍋爐內(nèi)的再熱循環(huán)管道，再熱循環(huán)管道的出氣端與中壓缸的進氣口相連，中壓缸的出氣口與低壓缸的進氣口相連，構(gòu)成具有循環(huán)再熱功能的多級蒸汽做功動力輸出結(jié)構(gòu)；

低壓缸的出氣口與凝汽器的進氣口相連，凝汽器的出液口經(jīng)串聯(lián)的低壓加熱器、除氧器和高壓加熱器與余熱鍋爐的進液口相連，構(gòu)成蒸汽的加熱水循環(huán)結(jié)構(gòu)；

中壓缸上設(shè)置有蒸汽抽出口，蒸汽抽出口裝有過熱抽汽管道，過熱抽汽管道分為兩路，其中一路的過熱抽汽管道的出氣口與燃燒室的進氣口相連通，另一路的過熱抽汽管道分別穿過制冷機和熱泵的蒸發(fā)室后與熱水加熱器相連，構(gòu)成制冷機、熱泵和熱水加熱器的第一輔助熱源提供結(jié)構(gòu)，過熱抽汽管道上設(shè)置有用于控制過熱抽汽流量的第四閥門，第四閥門可根據(jù)實際情況在與各部件相連的支管道上分別設(shè)置，也可在主管管道上設(shè)置；

熱水加熱器的蒸汽出口與凝汽器的進氣口相連，構(gòu)成低溫低壓蒸汽循環(huán)利用結(jié)構(gòu)；

余熱鍋爐的煙氣出口與scr反應(yīng)器(又稱脫硝反應(yīng)器，用于除去余熱鍋爐的煙氣出口排出的中溫?zé)煔庵械趸?的進氣口口相連，scr反應(yīng)器的出氣口與旋流分離器的進氣口相連，旋流分離器的出液口上連接有伸入空氣冷卻機的冷水循環(huán)管道，構(gòu)成空氣冷卻機的輔助降溫結(jié)構(gòu)；

從旋流分離器分離出來的為低溫液態(tài)水，低溫液態(tài)水首先通過冷水循環(huán)管道進入空氣冷卻機對常溫空氣進行冷卻，換熱完成后水溫接近環(huán)境溫度形成常溫循環(huán)水，常溫循環(huán)水剛好有可以作為蒸汽輪機循環(huán)中的凝汽機的循環(huán)水使用，之后這部分水可以作為系統(tǒng)補水或者常用水，這種利用自身過程產(chǎn)生水的方法使得電廠用水大幅減少；

同時由于通過旋流分離器將煙氣中的水分離，當(dāng)煙氣中沒有了水蒸汽，溫度和壓力基本上有沒有發(fā)生變化，這樣利用起來就行根本上解決了低溫腐蝕問題，減少了防腐蝕材料的使用，減少了投資，增加了安全；

旋流分離器的煙氣出口與三通的進口相連；

三通的第一個出氣口上裝有中溫?zé)煔饣厥展艿?，中溫?zé)煔饣厥展艿来┻^朗肯循環(huán)系統(tǒng)的有機工質(zhì)加熱器的加熱室后與低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)進氣口相連，三通與有機工質(zhì)加熱器之間的第一中溫?zé)煔饣厥展艿郎显O(shè)置有用于控制流量的第五閥門；

三通的第二個出氣口與低壓加熱器的進氣口相連，構(gòu)成余熱鍋爐的給水加熱結(jié)構(gòu)；這里余熱鍋爐的給水指的是從凝汽器中的蒸汽冷凝后出來的水，利用旋流分離器出來的中溫?zé)煔鈱υ摻o水進行加熱，完成余熱鍋爐給水循環(huán)，充分利用了余熱；

三通的第三個出氣口上裝有中溫?zé)煔饧訜峁艿?，中溫?zé)煔饧訜峁艿婪謩e穿過制冷機和熱泵的蒸發(fā)室后與熱水加熱器相連，構(gòu)成制冷機、熱泵和熱水加熱器的第二輔助熱源提供結(jié)構(gòu)，

與熱水加熱器相連的中溫?zé)煔饧訜峁艿赖某鰵饪诤瓦^熱抽汽管道分別與低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)的進氣口相連；

壓氣機與壓縮空氣罐之間設(shè)置有第一閥門；

煤氣化爐與燃燒室之間設(shè)置有第二閥門；

所述的制冷機為溴化鋰制冷機。

為保證使用效果：

所述的旋流分離器為超音速旋流分離器，其包括依次相連的旋流發(fā)生器1、拉瓦爾噴管3、液體分離段4和出氣管段5，旋流發(fā)生器1內(nèi)設(shè)置有用于使進入煙氣產(chǎn)生切向旋流的旋流葉片2，液體分離段4上設(shè)置有出液口5，冷水循環(huán)管道的進口與液體分離段4的出液口5相連通，出氣管段5內(nèi)設(shè)置有用于整流的整流阻渦葉片7出氣管段5的出口與三通的進口相連；

所述旋流葉片2可采用e186航空翼型。

所述的旋流分離器也可采用韓中合等.新型超音速旋流分離器流場分析與性能評估[j].化工進展，2016,35(9)：2715-2720中的新型超音速旋流分離器。

所述的朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括有機工質(zhì)加熱器、汽輪機、發(fā)電機或驅(qū)動循環(huán)泵、凝汽器和升壓泵，機工質(zhì)加熱器的出氣端與汽輪機的進氣端相連，汽輪機的動力輸出端與發(fā)電機或驅(qū)動循環(huán)泵的動力輸入端相連，汽輪機的出氣端與凝汽器的進氣端相連，凝汽器的出液端與升壓泵的進液端相連，升壓泵的出液端與機工質(zhì)加熱器的進液端相連，構(gòu)成蒸汽循環(huán)動力輸出結(jié)構(gòu)。

所述的有機工質(zhì)加熱器中的有機工質(zhì)：經(jīng)過計算，在本設(shè)計中采用質(zhì)量比為0.56∶0.44的r245fa(五氟丙烷)和cyclohexane(六氫化苯)非共沸混和工質(zhì)作為有機循環(huán)工質(zhì)，可使換熱過程最接近理想換熱。

所述的低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)包括氧化鈣爐、煅燒爐和用于分離氧氣和氮氣的分離器，與熱水加熱器相連的中溫?zé)煔饧訜峁艿赖某鰵饪诤瓦^熱抽汽管道分別與氧化鈣爐的進氣口相連，氧化鈣爐的碳酸鈣出口與煅燒爐的進口相連，氧化鈣爐的出氣口與分離器的進氣口相連，構(gòu)成煙氣處理結(jié)構(gòu)；所述的分離器的氧氣排出口與燃燒室的進氣口相連，構(gòu)成氧氣回收利用結(jié)構(gòu)。

所述的燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括太陽能板和太陽能集熱器，太陽能板的輸出端與太陽能集熱器相連，構(gòu)成余熱鍋爐的輔助給水加熱結(jié)構(gòu)；太陽能集熱器的輸出端與低壓加熱器相連，利用設(shè)置在廠區(qū)的太陽能集熱板，把太陽能收集起來，在蒸汽輪機循環(huán)中，可以作為熱源對余熱鍋爐的給水進行加熱，不用從燃汽輪機中進行抽汽加熱，提高了燃汽輪機做功的絕對內(nèi)效率。

一種燃氣輪機內(nèi)循環(huán)水余熱利用方法，該方法采用上述燃氣輪機四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進行，具體步驟如下：

步驟一，常溫空氣進入空氣冷卻器變成低溫空氣，低溫空氣經(jīng)過壓氣機壓縮進入燃燒室，從煤氣化爐中出來的一氧化碳和氫氣進入燃燒室，同低溫空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成大量高溫?zé)煔獠⑦M入燃氣輪機中膨脹做功，帶動發(fā)電機發(fā)電，構(gòu)成電能的產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，通過空氣冷卻器提前將常溫空氣冷卻，從根本上消除了環(huán)境溫度對于燃氣輪機效率的影響，使得燃氣輪機工作穩(wěn)定，功率提高；

同時在壓氣機的動力輸入端上設(shè)置有用于提供動力的風(fēng)力機，風(fēng)力發(fā)電機利用平時的風(fēng)能把低溫空氣壓縮在壓縮空氣罐內(nèi)，已備調(diào)峰時使用；

步驟二，燃氣輪機的排汽溫度達650℃到700℃，屬于高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔膺M入余熱鍋爐同給水發(fā)生換熱，使給水變成高溫高壓的過熱蒸汽，過熱蒸汽進入高壓缸做功，高壓缸排汽再次進入到余熱鍋爐中進行再熱循環(huán)，進入高壓缸做功，中壓缸中一部分蒸汽被抽出參與之前燃燒室燃燒，增加燃氣輪機做功，一部分進入制冷器和熱泵進行供暖和制冷，構(gòu)成利用余熱的熱氣、冷氣的產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，各個管路大流量大小可通過調(diào)節(jié)第四閥門來實現(xiàn)，中壓缸的排氣進入低壓缸做功，低壓缸排汽進入到凝汽器，旋流分離器出液口上的冷水循環(huán)管道可伸入凝汽器，由旋流分離器產(chǎn)生的低溫液態(tài)水作為循環(huán)水將其蒸汽冷卻，通過以太陽能集熱器和旋流分離器煙氣出口排出的中溫?zé)煔夤餐M成的給水加熱系統(tǒng)，把凝結(jié)水加熱到要求的鍋爐給水，完成一個熱水循環(huán)。

步驟三，經(jīng)過余熱鍋爐的煙氣成分為氮氧化物、氧氣、氮氣、二氧化碳和水蒸汽，由于脫銷會產(chǎn)生新的水蒸汽，所以首先通過scr反應(yīng)器先進行煙氣脫硝，由于煙氣溫度只有100℃左右，只能采用scr脫硝法脫銷，脫硝后的煙氣進入旋流分離器，首先在旋流發(fā)生器的作用下產(chǎn)生切向旋流，根據(jù)角動量守恒定律，切向速度會不斷增大，與此同時，煙氣流經(jīng)拉瓦爾噴管(又稱超音速噴管)，溫度和壓力驟然降低，水蒸汽最先達到過飽和狀態(tài)發(fā)生凝結(jié)，在切向旋流離心力的作用下，產(chǎn)生切向旋流，由于離心力的不同，小液滴被甩向壁面，形成沿軸向流動的液膜，通過出液口排出，其余的氣體則經(jīng)過一個擴壓段，溫度和壓力得到回升通過整流阻渦葉片整流后排出；由于分離出來的液態(tài)水溫度非常低，所以用來冷卻進入空氣冷卻器的常溫空氣，之后再用來作為凝汽器的循環(huán)水來凝結(jié)蒸汽，最后作為系統(tǒng)補水和生活用水使用，由于這是在系統(tǒng)中產(chǎn)生的水，而且流量很大，大大節(jié)約常用水，使得干旱地區(qū)用濕冷循環(huán)變成了可能；

步驟四，從旋流分離器脫水后的中溫?zé)煔馔ㄟ^三通有三個去向，第一去往制冷機和熱泵減少了過熱蒸汽的抽汽量，提高了汽輪機發(fā)電量，完成供熱和制冷后，還有部分余熱進入熱水加熱器，使得到熱水，實現(xiàn)熱、電、冷和熱水的四聯(lián)產(chǎn)；

第二個去往加熱蒸汽輪機系統(tǒng)的給水，因為受天氣影響，太陽能加熱給水會不穩(wěn)定，這就需要通過引入煙氣來加熱給水作為補充；

第三個去往朗肯循環(huán)系統(tǒng)參與有機工質(zhì)的朗肯循環(huán)：液態(tài)有機工質(zhì)在中溫?zé)煔獾募訜嵯?，很容易變成一定壓力和溫度的氣態(tài)有機工質(zhì)，然后進入汽輪機膨脹做功，這部分發(fā)電可滿足廠用電的使用，同時可以使有機工質(zhì)汽輪機帶動廠子里的氣動泵，減少了專門小汽機的投資，完成做功的有機工質(zhì)在低溫水液態(tài)水的冷卻下變成液態(tài)有機工質(zhì)，經(jīng)過升壓泵再次進入有機工質(zhì)加熱器，完成一個循環(huán)；

中溫?zé)煔獾拿總€去向都有用來控制的閥門；

步驟四，余熱利用完的低溫?zé)煔饨咏h(huán)境溫度，其成分為二氧化碳、氮氣和氧氣，為了實現(xiàn)零排放并對其作進行了充分利用，首先煙氣經(jīng)過一個氧化鈣爐，二氧化碳與氧化鈣充分反應(yīng)生成碳酸鈣，一部分可以直接去作為工業(yè)原料直接使用，另一部分可以去煅燒爐煅燒，來收集純凈的二氧化碳，同時生成的氧化鈣也可作為氧化鈣爐的反應(yīng)物補充；這時煙氣變成氮氣和氧氣的混合物，利用二者沸點不同，通過制冷機即可分離出來氮氣和氧氣，在工業(yè)上分離這兩種氣體的方法已經(jīng)非常成熟，氮氣可以直接回收，氧氣則可以進入燃燒室，使得燃燒更加充分，做功流量進一步增大，提高了燃氣輪機功率和煅燒爐的燃燒，使得煅燒反應(yīng)更加充分，由此實現(xiàn)零排放和煙氣全利用。