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?xì)忮仩t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(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，對(duì)清潔能源的需求愈加迫切，為天然氣發(fā)展帶來(lái)了機(jī)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(duì)溫室效應(yīng)的影響僅為石油的54％，煤炭的48％。

近年來(lái)，在中國(guó)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(shì)比較嚴(yán)峻，造成這種嚴(yán)重形勢(shì)的關(guān)鍵因素是煤煙型污染，由天然氣代替燃煤，將會(huì)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(jìn)燃?xì)忮仩t的建設(shè)，進(jìn)一步加大了各城市對(duì)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(lái)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(jìn)行降壓，然后才能夠供應(yīng)給城市燃?xì)庥脩?、工商用戶等使用。在燃?xì)忮仩t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(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入燃?xì)忮仩t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(shí)釋放出大量的壓力能。目前此過程多通過燃?xì)庹{(diào)壓箱實(shí)現(xiàn)，壓力能直接損失而沒有得到利用。同時(shí)，燃?xì)忮仩t排放的高溫?zé)煔馔ǔＳ捎跓崃科肺恫桓?，難以利用，也白白浪費(fèi)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(jī)組撬塊替代傳統(tǒng)的燃?xì)庹{(diào)壓箱，將燃?xì)忮仩t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?xì)夤?jié)流降壓損失。然而，目前涉及燃?xì)鈮毫δ芾玫难芯亢鸵延袑＠夹g(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?xì)鉁囟容^低，被用來(lái)制冰或者供給其他需要冷量的工藝設(shè)備。

技術(shù)實(shí)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(jìn)行綜合回收利用的燃?xì)忮仩t房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)。

一種燃?xì)忮仩t房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)，包括：預(yù)熱器、透平膨脹機(jī)、燃?xì)忮仩t和發(fā)電機(jī)，所述預(yù)熱器的預(yù)熱進(jìn)氣口與高壓燃?xì)夤艿肋B接，所述預(yù)熱器的預(yù)熱出氣口與透平膨脹機(jī)的進(jìn)氣口連接，所述透平膨脹機(jī)的出氣口與鍋爐的進(jìn)氣口連接，所述鍋爐的出氣口與預(yù)熱器的加熱進(jìn)氣口連接，所述預(yù)熱器的加熱出氣口與低溫?zé)煔夤艿肋B接；所述透平膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)傳動(dòng)連接，所述發(fā)電機(jī)與電氣負(fù)載電性連接。

進(jìn)一步的，所述預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)氣口與高壓燃?xì)夤艿乐g還設(shè)有透平調(diào)速閥，所述透平調(diào)速閥為單個(gè)節(jié)流閥或者由多個(gè)節(jié)流閥并聯(lián)。

更進(jìn)一步的，所述鍋爐進(jìn)氣口還直接與高壓燃?xì)夤艿肋B接，所述鍋爐進(jìn)氣口與高壓燃?xì)夤艿乐g設(shè)有燃?xì)庹{(diào)壓箱進(jìn)行調(diào)壓，所述燃?xì)庹{(diào)壓箱為單路，雙路或者多路并聯(lián)。

作為一種改進(jìn)，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(jí)預(yù)熱器，所述透平膨脹機(jī)為一組透平膨脹機(jī)，所述透平膨脹機(jī)組包括至少一級(jí)透平膨脹機(jī)；所述上一級(jí)透平膨脹機(jī)的出氣口與下一級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)氣口連接；所述鍋爐出氣口分別與各級(jí)預(yù)熱器加熱進(jìn)氣口連接，所述各級(jí)預(yù)熱器加熱出氣口分別與低溫?zé)煔夤艿肋B接。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述燃?xì)庹{(diào)壓箱與鍋爐進(jìn)氣口之間還設(shè)置有渦街流量計(jì)，控制系統(tǒng)依據(jù)所述渦街流量計(jì)反饋的燃?xì)饬髁恐担詣?dòng)調(diào)節(jié)所述透平調(diào)速閥和所述燃?xì)庹{(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(jī)組為多級(jí)徑軸流式膨脹機(jī)，或者多級(jí)軸流式膨脹機(jī)或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

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

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

作為一種改進(jìn)，所述預(yù)熱器組包括一級(jí)預(yù)熱器和二級(jí)預(yù)熱器，所述透平膨脹機(jī)組包括一級(jí)透平膨脹機(jī)和二級(jí)透平膨脹機(jī)，所述一級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)氣口與高壓燃?xì)夤艿肋B接，所述一級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱出氣口與一級(jí)透平膨脹機(jī)進(jìn)氣口連接，所述一級(jí)透平膨脹機(jī)出氣口與二級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)氣口連接，所述二級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱出氣口與二級(jí)透平膨脹機(jī)進(jìn)氣口連接，所述二級(jí)透平膨脹機(jī)出氣口與鍋爐進(jìn)氣口連接；所述鍋爐出氣口分別與一級(jí)預(yù)熱器和二級(jí)預(yù)熱器的加熱進(jìn)氣口連接，所述一級(jí)預(yù)熱器和二級(jí)預(yù)熱器的加熱出氣口分別與低溫?zé)煔夤艿肋B接。

本發(fā)明一種燃?xì)忮仩t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(jī)巧妙的連接和控制，將燃?xì)忮仩t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?xì)夤?jié)流降壓損失；利用預(yù)熱器、發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)等組件取代了不能利用余壓余熱的傳統(tǒng)燃?xì)庹{(diào)壓箱。通過溫度較低的燃?xì)饫鋮s燃煤鍋爐排放的高溫?zé)煔猓顾魵饫淠?，吸收氮氧化物，也進(jìn)一步的減少了污染物的排放。發(fā)電機(jī)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(shí)，和預(yù)熱器、發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)等組件并聯(lián)的燃?xì)庹{(diào)壓箱可有效保障波動(dòng)工況和緊急故障下燃?xì)忮仩t的穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種燃?xì)忮仩t房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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?xì)忮仩t房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)，包括：預(yù)熱器、透平膨脹機(jī)、燃?xì)忮仩t和發(fā)電機(jī)，所述預(yù)熱器的預(yù)熱進(jìn)氣口與高壓燃?xì)夤艿肋B接，所述預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)氣口與高壓燃?xì)夤艿乐g還設(shè)有透平調(diào)速閥，所述透平調(diào)速閥為單個(gè)節(jié)流閥或者由多個(gè)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(jī)的進(jìn)氣口連接，所述透平膨脹機(jī)的出氣口與鍋爐的進(jìn)氣口連接，所述鍋爐的出氣口與預(yù)熱器的加熱進(jìn)氣口連接，所述預(yù)熱器的加熱出氣口與低溫?zé)煔夤艿肋B接；所述透平膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)傳動(dòng)連接，所述發(fā)電機(jī)與電氣負(fù)載電性連接。

鍋爐進(jìn)氣口還直接與高壓燃?xì)夤艿肋B接，所述鍋爐進(jìn)氣口與高壓燃?xì)夤艿乐g設(shè)有燃?xì)庹{(diào)壓箱進(jìn)行調(diào)壓，所述燃?xì)庹{(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(jī)，減速器，防爆發(fā)電機(jī)共同構(gòu)成透平發(fā)電機(jī)組撬塊，透平發(fā)電機(jī)組撬塊與傳統(tǒng)燃?xì)庹{(diào)壓箱并聯(lián)，可有效保障波動(dòng)工況和緊急故障下燃?xì)忮仩t的穩(wěn)定運(yùn)行；所述透平發(fā)電機(jī)組撬塊為固定式結(jié)構(gòu)或者可移動(dòng)式結(jié)構(gòu)。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，預(yù)熱器為一組預(yù)熱器，預(yù)熱器組包括至少一級(jí)預(yù)熱器，透平膨脹機(jī)為一組透平膨脹機(jī)，透平膨脹機(jī)組包括至少一級(jí)透平膨脹機(jī)；所述上一級(jí)透平膨脹機(jī)的出氣口與下一級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)氣口連接；所述鍋爐出氣口分別與各級(jí)預(yù)熱器加熱進(jìn)氣口連接，所述各級(jí)預(yù)熱器加熱出氣口分別與低溫?zé)煔夤艿肋B接。

作為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例，所述預(yù)熱器組包括兩級(jí)預(yù)熱器，分別為一級(jí)預(yù)熱器和二級(jí)預(yù)熱器，所述透平膨脹機(jī)組包括兩級(jí)透平膨脹機(jī)，分別為一級(jí)透平膨脹機(jī)和二級(jí)透平膨脹機(jī)。具體如圖1所示：

本發(fā)明提供的燃?xì)忮仩t房余壓余熱綜合利用系統(tǒng)包括：透平調(diào)速閥1，一級(jí)預(yù)熱器2，二級(jí)預(yù)熱器3，一級(jí)透平膨脹機(jī)4，二級(jí)透平膨脹機(jī)5，減速器6，防爆發(fā)電機(jī)7，鍋爐房?jī)?nèi)部微電網(wǎng)8，電氣負(fù)載9，燃?xì)庹{(diào)壓箱10，渦街流量計(jì)11，燃?xì)忮仩t12；所述設(shè)備1～7構(gòu)成透平發(fā)電機(jī)組撬塊，所述透平發(fā)電機(jī)組撬塊為固定式結(jié)構(gòu)或者可移動(dòng)式結(jié)構(gòu)。

其中，一級(jí)預(yù)熱器2預(yù)熱進(jìn)氣口與高壓燃?xì)夤艿肋B接，所述一級(jí)預(yù)熱器2預(yù)熱出氣口與一級(jí)透平膨脹機(jī)4進(jìn)氣口連接，所述一級(jí)透平膨脹機(jī)4出氣口與二級(jí)預(yù)熱器3預(yù)熱進(jìn)氣口連接，所述二級(jí)預(yù)熱器3預(yù)熱出氣口與二級(jí)透平膨脹機(jī)5進(jìn)氣口連接，所述二級(jí)透平膨脹機(jī)5出氣口與鍋爐12進(jìn)氣口連接；所述鍋爐12出氣口分別與一級(jí)預(yù)熱器2和二級(jí)預(yù)熱器3的加熱進(jìn)氣口連接，所述一級(jí)預(yù)熱器2和二級(jí)預(yù)熱器3的加熱出氣口分別與低溫?zé)煔夤艿肋B接。

作為較佳實(shí)施例，所述燃?xì)庹{(diào)壓箱10與鍋爐12進(jìn)氣口之間還設(shè)置有渦街流量計(jì)11，所述燃?xì)庹{(diào)壓箱10和透平發(fā)電機(jī)組撬塊并聯(lián)運(yùn)行，控制系統(tǒng)依據(jù)所述渦街流量計(jì)11反饋的燃?xì)饬髁恐?，自?dòng)調(diào)節(jié)所述透平調(diào)速閥1和所述燃?xì)庹{(diào)壓箱10的開度。

隨著季節(jié)性的變化，用戶對(duì)供熱的需求會(huì)有變化，因此也會(huì)引起燃?xì)忮仩t房12燃燒所需的燃?xì)饬髁?。為了?shí)現(xiàn)在波動(dòng)的燃?xì)饬髁抗r下，透平發(fā)電機(jī)組撬塊能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，需配置燃?xì)庹{(diào)壓箱10和透平發(fā)電機(jī)組撬塊并聯(lián)運(yùn)行。在設(shè)定好需求燃?xì)饬髁恐迪?，控制系統(tǒng)通過渦街流量計(jì)11反饋的實(shí)際燃?xì)饬髁恐?，自?dòng)調(diào)節(jié)透平調(diào)速閥1和燃?xì)庹{(diào)壓箱10的開度。當(dāng)燃?xì)饬髁空r(shí)，透平調(diào)速閥1工作，控制一級(jí)透平膨脹機(jī)4和二級(jí)透平膨脹機(jī)5的轉(zhuǎn)速恒定，燃?xì)庹{(diào)壓箱10閉合不工作。當(dāng)燃?xì)饬髁啃枨笤龃髸r(shí)，控制透平調(diào)速閥1開度不變，逐漸增大燃?xì)庹{(diào)壓箱10的開度，使增多的燃?xì)饬客ㄟ^燃?xì)庹{(diào)壓箱10節(jié)流減壓進(jìn)入燃?xì)忮仩t12。當(dāng)燃?xì)饬髁啃枨鬁p小時(shí)，燃?xì)庹{(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(jī)組撬塊減壓后進(jìn)入燃?xì)忮仩t12的燃?xì)饬繙p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(jī)組為多級(jí)徑軸流式膨脹機(jī)，或者多級(jí)軸流式膨脹機(jī)或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

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

高壓燃?xì)饨?jīng)過所述透平發(fā)電機(jī)組撬塊和所述燃?xì)庹{(diào)壓箱10減壓后進(jìn)入所述燃?xì)忮仩t12燃燒，對(duì)外輸出熱量，同時(shí)產(chǎn)生高溫?zé)煔膺M(jìn)入所述一級(jí)預(yù)熱器2和二級(jí)預(yù)熱器3，預(yù)熱高壓燃?xì)夂蠼禍嘏懦?。所述透平發(fā)電機(jī)組撬塊輸出電能進(jìn)入所述鍋爐房?jī)?nèi)部微電網(wǎng)8，供所述電氣負(fù)載9使用。

優(yōu)選地，高壓燃?xì)獾倪M(jìn)氣壓力為0.5～3MPa，進(jìn)氣流量為5000～100000Nm3/h，所述一級(jí)透平膨脹機(jī)4和二級(jí)透平膨脹機(jī)5的進(jìn)氣溫度為50～100℃，所述燃?xì)忮仩t12的排氣溫度為10～30℃；所述透平發(fā)電機(jī)組撬塊裝機(jī)發(fā)電量為0.1～2MW。

可以理解，上述燃?xì)忮仩t房余壓余熱綜合利用裝置運(yùn)行過程中，當(dāng)高壓燃?xì)饨?jīng)過透平調(diào)速閥1達(dá)到設(shè)定入口壓力和流量后，再經(jīng)過一級(jí)預(yù)熱器2預(yù)熱，進(jìn)入一級(jí)透平膨脹機(jī)4入口，在一級(jí)噴嘴和工作輪中膨脹，隨后進(jìn)入二級(jí)預(yù)熱器3預(yù)熱，再次進(jìn)入二級(jí)膨脹機(jī)5膨脹，推動(dòng)透平膨脹機(jī)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(jī)7的額定轉(zhuǎn)速，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)防爆發(fā)電機(jī)7發(fā)電，輸出電能并入鍋爐房?jī)?nèi)部微電網(wǎng)8供廠內(nèi)電氣負(fù)載9使用。膨脹后的低壓燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)忮仩t12燃燒，對(duì)外輸出熱能供城鎮(zhèn)用戶使用，同時(shí)產(chǎn)生高溫?zé)煔膺M(jìn)入一級(jí)預(yù)熱器2和二級(jí)預(yù)熱器3，高溫?zé)煔庠诿恳患?jí)預(yù)熱器中與燃?xì)膺M(jìn)行充分的換熱，提高溫度和焓值，進(jìn)而增大每一級(jí)透平膨脹機(jī)的輸出功。高溫?zé)煔獗蝗細(xì)饫鋮s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?xì)忮仩t房余壓余熱綜合利用裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地小、運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高的特點(diǎn)。其可將燃?xì)忮仩t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?，減小高壓燃?xì)夤?jié)流降壓損失，同時(shí)減少氮氧化物的排放，實(shí)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(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)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(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。