一种基于余热回收的燃煤与沼气联合互补发电系统的制作方法

1.本实用新型属于发电与发电余热利用技术领域，特别涉及一种基于余热回收的燃煤与沼气联合互补发电系统。


背景技术：

2.在我国北方地区，富煤缺水，大型火力发电厂大多使用直接空冷机组，但由于空气的比热容小，与水冷相比，冷却效果较差；在运行时，排汽热负荷、排汽管道的压损、迎面风速和环境温度等都是影响直接空冷机组排汽压力的主要因素，制约着空冷机组运行的稳定性的提高；同时，蒸汽在汽轮机做功后凝结成水放出汽化潜热，在常规的空冷机组设计中，汽轮机排汽损失可占燃料总发热量的39%以上，存在较大的冷源损失。目前，许多电厂致力于空冷发电机组节能降耗改造，目的是充分利用机组乏汽余热，提高机组循环热效率，兼顾提高机组运行的灵活性和可靠性。
3.我国能源结构处于转型中，作为新能源利用技术的沼气技术发展迅速，高效厌氧发酵技术、沼气提纯与储运技术也在进一步的发展中。大中型沼气工程建设速度明显加快，且大部分采用热电肥联产模式，用于集中处理畜禽粪便、作物秸秆和工业废弃物。沼气工程热电肥联产中，沼气发电机组将沼气的化学能转化成电能和热能，电能供给电网，发电余热回收后供给厌氧发酵系统。沼气厌氧发酵为生物发酵，在中温(40～60℃)下的产气量和产气速率较大。若无外部热量输入，热电联产沼气工程的沼气发电机组能量平衡，总效率在70%～80%，其中发电余热主要包括内燃机散热、空气冷却器、润滑油冷却器、冷却水、尾气等部分。
4.在我国正在经历的长期处于混合能源时代的现状下，传统化石能源的主导地位仍然不会改变，但新能源电力在电源结构布局中的比例将逐步增加。遵循能量梯级利用的原则，对燃煤空冷发电机组和沼气发电机组的余热利用部分进行耦合，可提高系统的能量利用效率，增加系统运行的灵活性。


技术实现要素：

5.根据技术背景中介绍的燃煤空冷汽轮发电机组和沼气发电的特点，本实用新型从我国目前的能源利用现状出发，综合考虑能量高效利用的规律方法，提供了一种基于余热回收的燃煤与沼气联合互补发电系统，涉及到空冷式汽轮机发电技术、沼气发酵技术和内燃机排出烟气的余热利用技术。
6.一种基于余热回收的燃煤与沼气联合互补发电系统，包括空冷燃煤发电机组、沼气内燃机发电机组和两发电机组的耦合部分；所述的空冷燃煤发电机组包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、1#发电机在内的主要动力系统部分，空冷凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器的回热系统部分；所述的沼气内燃机发电机组主要装置有：沼气罐、储气柜、火炬燃烧器、压气机、内燃机、2#发电机；所述的两发电机组耦合部分主要包括以内燃机尾部烟气为热源的低温烟水换热器、高温烟水换热器两个烟
水换热器和以汽轮机乏汽为保温热源的沼气罐。
7.汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸同轴连接，拖动1#发电机发电，锅炉的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸入口相连，汽轮机高压缸出口连通至锅炉的再热器，锅炉再热器出口连接至汽轮机中压缸，汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、空冷凝汽器顺次相连；空冷凝汽器水箱出口管道依次连通低压加热器、除氧器、高压加热器；高压加热器、除氧器、低压加热器分别以汽轮机压力相匹配的抽汽作为热源，高压加热器、低压加热器输水逐级自流，分别汇集至除氧器、空冷凝汽器水箱。汽轮机低压缸出口引出一路管道至沼气罐的保温加热层，保温加热层温水出口连通至空冷凝汽器水箱。
8.低温烟水换热器与低压加热器并联，高温烟水换热器与高压加热器并联；凝结水自空冷凝汽器水箱出口经凝结水泵后分两路，分别进入低温烟水换热器、低压加热器，最终两路水流都汇入除氧器；同理，除氧器水箱出口与给水泵相连，给水分两路，分别进入高温烟水换热器与高压加热器，两路水流混合后进入锅炉。
9.沼气发电机组的沼气罐与储气柜等沼气预处理装置连接，储气柜与压气机、内燃机连接，内燃机与2#发电机相连，排出的烟气依次流经高温烟水换热器和低温烟水换热器，经处理后排放，烟气处理与排放系统可与燃煤发电机组共用。
10.沼气内燃机发电机组的沼气罐至少设两个并联，一备一用，沼气罐外设保温加热管道层，保温加热管道层汽源为汽轮机低压缸出口的部分乏汽；同时内燃机的缸套冷却水流经并冷却内燃机后作为沼气罐保温的辅助热源。
11.储气柜内储存发酵的产生的沼气，直接为沼气发电提供气源，储气柜到内燃机的管道内设置量气装置，实施监测与控制沼气的供应量，过量沼气经火炬燃烧器燃烧消耗。
12.本系统的有益效果为：
13.沼气发酵罐采用中温发酵，与乏汽热源的温度匹配，且相较于低温、高温发酵方式，产气速率、产气效率较高；与将沼气内燃机尾部烟气进行梯级利用后再进入沼气罐进行中温发酵的余热利用方式相比，本系统发酵热源稳定。
14.汽轮机乏汽部分进入空冷凝汽器，部分用于沼气罐保温加热，空冷凝汽器的热负荷降低；与回热加热器并联的两级烟水换热器，利用内燃机尾部烟气余热分级加热部分给水和凝结水，降低回热系统的热负荷，减少汽轮机各级抽汽量，增加汽轮机出功。
15.沼气发电机组的高温烟气热量经过两个烟水换热器得到回收利用，实现热量的梯级利用，且换热温差较小；循环工质在空冷凝汽器水箱、除氧器水箱、进入锅炉前进行过3次混合，参数分级提升，相混合的工质的参数相差较小，
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损较小，整个能量互补利用系统的效率高。
附图说明
16.如图1所示为一种基于余热回收的燃煤与沼气联合互补发电系统的示意图。
17.图中，1
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锅炉、2
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汽轮机高压缸、3
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汽轮机中压缸、4
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汽轮机低压缸、5
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1#发电机、6
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空冷凝汽器、7
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凝结水泵、8
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低压加热器、9
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除氧器、10
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给水泵、11
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高压加热器、12
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低温烟水换热器、13
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高温烟水换热器、14
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沼气罐、15
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储气柜、16
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火炬燃烧器、17
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压气机、18
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内燃机、19
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2#发电机。
具体实施方式
18.本实用新型提出一种基于余热回收的燃煤与沼气联合互补发电系统。下面结合附图和实例予以说明。
19.如图1所示的一种基于余热回收的燃煤与沼气联合互补发电系统，主要以煤和沼气发酵原料为系统的燃料供应；系统中物料、工质的主要流程为：进入锅炉1的一定参数的给水在锅炉1中吸收煤燃烧产生的热量变为高温高压的水蒸汽，水蒸汽进入汽轮机高压缸2做功，依次流经汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸4继续做功；在这个过程中，汽轮机适当的位置抽出部分蒸汽，作为汽轮机发电机组回热系统中的高压加热器11、低压加热器8的热源；从汽轮机低压缸4排出的乏汽除进入空冷凝汽器6放热外，部分流入沼气罐14，作为沼气发酵的热源；沼气发酵原料发酵产生的沼气与空气混合，混合气体经压气机17压缩后在内燃机18中剧烈燃烧，膨胀放热推动内燃机18做功；内燃机18中排出烟气仍携带热量，依次流经低温烟水换热器12、高温烟水换热器13放热，经处理后排放，烟气处理与排放系统与燃煤发电机组共用；汽轮机和内燃机18分别拖动1#发电机5和2#发电机19，均可向外供电。
20.系统耦合部分工质的主要流程为：乏汽在沼气罐14加热保温后形成的冷凝水、在空冷凝汽器6直接冷凝得到的冷凝水汇集于空冷凝汽器6水箱中，经凝结水泵7升压后分为两股，一股进入汽轮发电机的回热系统，依次经过低压加热器8、除氧器9、高压加热器11，水温上升，另一股则依次经过低温烟水换热器12、除氧器9和高温烟水换热器13，水温也上升；两股水流在除氧器9中混合并实现除氧，之后流经给水泵10，水压上升；从高压加热器11和高温烟水换热器13中流出的两股水流混合后进入锅炉1；汽轮发电机的做功工质量不变，汽轮发电机的回热系统和两发电机组的耦合部分包含了多个装置，乏汽经这些装置冷却或利用余热后，悉数回到汽轮机中；但在流经各装置时易发生不可避免的工质损失，可通过锅炉1的补给水系统进行补充。
21.从内燃机18排出的烟气先后流经两个级烟水换热器，将携带的热量传递给凝结水/给水；所述的高温烟水换热器13与高压加热器11并联，流经的烟气温度较高，已流经除氧器9和给水泵10的给水在高温烟水换热器13中吸热升温，低温烟水换热器12中流经的烟气温度稍低，与低压加热器8并联，加热凝结水。
22.沼气罐14至少两个并联布置，一备一用，进行沼气发酵的热源主要为汽轮发电机的部分乏汽，内燃机18的缸套冷却水冷却内燃机18后也将热量放至沼气罐14，作为补充其热源；沼气罐14发酵采用与乏汽温度相匹配的中温发酵，产出的沼气经处理并储存在储气柜15中，内燃机18燃烧所使用的沼气直接来自于储气柜15，设置的量气装置实施监测与控制沼气的供应量，过量沼气经火炬燃烧器16燃烧消耗。
23.上述实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。