一种天然气热电联产系统

1.本实用新型涉及热电联产机组技术领域，尤其涉及一种天然气热电联产系统。


背景技术：

2.近年来，环境与经济发展之间的冲突与融合问题是各方的重点，发展低碳经济和环保经济是国家一致努力的方向。由于我国天然气产量稳步增长，供应能力继续提高，因而结合我国双碳目标，探讨高效低碳地利用天然气资源成为当务之急。
3.现阶段我国仍以基于煤炭为燃料的火力发电为主，大力发展以天然气为燃料，实现系统内二氧化碳封闭循环与捕集的低碳发电系统能够优化我国的发电系统结构，也有利于“碳中和、碳达峰”目标的实现。目前，以天然气为燃料的发电系统很少考虑碳捕集，造成系统二氧化碳排放量很高。基于此，我们提出了一种可减少二氧化碳排放量的天然气热电联产系统。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种天然气热电联产系统。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
6.一种天然气热电联产系统，包括重整炉、煅烧炉、分流器a、箱体、加热器、氢气内燃发电机和分流器b，所述重整炉的输出端一通过输出导管一与分流器b的进气端相连接；所述分流器b的两个输出端分别通过导管与氢气内燃发电机和加热器的进气端相连接；所述重整炉的输出端二通过输出导管二与煅烧炉的进料端相连接；
7.所述煅烧炉的输出端a通过导管与重整炉的进料端相连接；所述煅烧炉的输出端b通过输出导管三与分流器a的进气端相连接，分流器a的两个输出端分别通过导管与加热器和箱体的进气端相连接，且加热器的第一输出端通过输出导管四与煅烧炉的进气端相连接；所述加热器和氢气内燃发电机的第二输出端通过输出导管五与箱体的一侧相连接；
8.所述重整炉的外壁依次固定连接有第一进口和第二进口；
9.所述箱体的内部设置有蓄水腔；所述箱体的一侧外壁固定连接有气体捕集器；所述箱体的一侧内壁固定有呈
‘
弓’状的气体输送管，气体输送管的一端通过导管与分流器a的其中一个输出端相连接，气体输送管的另一端固定于气体捕集器的进气端；
10.靠近重整炉的位置设置有加料结构。
11.作为本实用新型再进一步的方案：所述加料结构包括料筒和粉体输送泵，料筒和粉体输送泵分别固定于靠近重整炉的支板顶部面，且粉体输送泵的两端分别通过导管与料筒和重整炉的外壁相连接。
12.作为本实用新型再进一步的方案：位于箱体输气口下方的所述箱体一侧外壁固定连接有下托板，下托板的顶部面转动连接有一组调节柱，一组调节柱的外壁通过螺纹连接有同一个上托板，且上托板的底部面固定有滤网。
13.作为本实用新型再进一步的方案：所述下托板的顶部面和第二进口的外壁固定有同一个回流管。
14.作为本实用新型再进一步的方案：所述箱体靠近顶端的一侧内壁固定有三通管，三通管的两端输入端分别与两个输出导管五相连接，且三通管的输出端与固定连接于箱体顶部内壁的混合筒进气端相连接。
15.作为本实用新型再进一步的方案：所述混合筒的一侧内壁转动连接有叶轮，混合筒的输出端固定有长筒；
16.所述长筒的外壁设置有通孔。
17.作为本实用新型再进一步的方案：所述长筒的内壁插设有活塞杆，活塞杆的底端固定有叶片。
18.作为本实用新型再进一步的方案：所述活塞杆的顶端和长筒的底部内壁固定有同一个缓冲套圈。
19.与现有技术相比，本实用新型提供了一种天然气热电联产系统，具备以下有益效果：
20.1.该天然气热电联产系统，通过设置重整炉、煅烧炉、氢气内燃发电机、气体捕集器及装有氧化钙的加料结构等，经加料结构进入重整炉的床料氧化钙和反应生成物碳酸钙的循环，使得碳化过程放热和煅烧过程中的吸热平衡，配合在氢气内燃发电机内富氢燃气的燃烧，实现了对二氧化碳气体的封闭循环及近零排放，并利用气体捕集器实现了对二氧化碳封闭的捕集，最终可得到高浓度富碳烟气进行封存及再利用。
21.2.该天然气热电联产系统，通过设置加料结构，仅需补充少量热能床料便可实现二氧化碳吸附剂的再生，从而大幅降低系统碳捕集能耗，提高系统运行效率；在重整炉内对天然气进行重整预处理，将天然气中的碳元素转移至床料氧化钙中，利用氧化钙吸收二氧化碳变为碳酸钙的过程来实现碳元素的捕集与封存，而且使原本成分复杂的天然气变为高温富氢燃气，燃烧更为清洁，方便其他生产所需。
22.3.该天然气热电联产系统，通过设置加热器，富二氧化碳的高温烟气被分流器a分流，一部分进入加热器被加热为较高温二氧化碳，然后将较高温二氧化碳输送至煅烧炉中，用以向煅烧炉提供高温燃气，以维持煅烧炉在较高温度下的运行，实现了系统内部热的循环利用，不需要从外部单独加热煅烧炉；通过设置回流管，方便高富含水蒸气的气体可以经回流管再次进入重整炉内，使得资源再利用，避免浪费。
23.4.该天然气热电联产系统，转动调节柱使得上托板下移，直至其底端牢牢贴合于下托板的顶部面，使得上托板和下托板的相对内侧面牢牢包覆于回流管外壁上，此时滤网正贴合箱体输气口，以便对从箱体内输出至回流管内的气体进行滤杂，拆装清理方便。
24.5.该天然气热电联产系统，加热器产生的余热烟气，以及氢气内燃发电机运行中所生成的较高温低碳排烟经三通管输送至混合筒内，气体进入期间推动叶轮旋转，进而使得进入混合筒内的气体从输出端排入长筒内，进入长筒内的气体含量变多，进而推动活塞杆下移，活塞杆的下移高度与进入长筒内气体量即产生的气压相关，从而实现含水蒸气的回收气体在箱体内不同高度的泄出，以便分布于箱体内，可对蓄水腔内的液体进行加热，也可使得高富含水蒸气的回收气体通过回流管再次导入重整炉内再利用。
附图说明
25.图1为本实用新型提出的一种天然气热电联产系统的整体示意图；
26.图2为本实用新型提出的一种天然气热电联产系统的箱体前视结构示意图；
27.图3为本实用新型提出的一种天然气热电联产系统的箱体前视剖面结构示意图；
28.图4为本实用新型提出的一种天然气热电联产系统的混合筒侧视剖面结构示意图；
29.图5为本实用新型提出的一种天然气热电联产系统的长筒剖面结构示意图。
30.图中：1重整炉、2煅烧炉、3分流器a、4箱体、5加热器、6氢气内燃发电机、7分流器b、8料筒、9第一进口、10第二进口、11粉体输送泵、12回流管、13气体捕集器、14滤网、15下托板、16调节柱、17上托板、18混合筒、19长筒、20叶片、21气体输送管、22三通管、23叶轮、24通孔、25活塞杆、26缓冲套圈。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.天然气中的主要组分为甲烷，甲烷与水蒸气反应制氢过程中的主要化学反应如下：
33.s1：在初始反应阶段，水蒸气组分较少，甲烷与水蒸气在重整炉1内反应生成一氧化碳与氢气(co h2)，该反应为放热反应，即：
34.ch4 h2o＝co 3h2①
35.s2：在反应后期，水蒸气组分较高，首先，上一步反应生成的一氧化碳与水蒸气在重整炉1内反应生成二氧化碳与氢气(二氧化碳 h2)，该反应为放热反应，即：
36.co h2o＝二氧化碳 h2②
37.s3：是在重整炉1的高温环境下，氧化钙从烟气中吸收二氧化碳，从而生成碳酸钙，该反应为使用cao进行碳捕集的原理，即：
38.二氧化碳 cao＝caco3③
39.s4：碳酸钙在煅烧炉2的高温环境中裂解为氧化钙，得到高浓度富二氧化碳的高温烟气，该反应为吸热反应，即：
40.caco3＝cao 二氧化碳
④
，煅烧炉2为重整炉1提供cao，煅烧炉2为重整炉1补充caco3，两者相辅相成。在煅烧炉2内反应得到的二氧化碳经分流器a分流后分别传输至加热器5和箱体4内。
41.s5：从重整炉1内反应得到的高温富氢燃气与氧气在氢气内燃发电机6内反应生成低碳水蒸气排烟，该反应为放热反应，即：
42.h2 o2＝h2o；
43.2h2 o2＝2h2o
⑤
44.上述反应中，s4是碳酸钙的裂解反应，主要用于二氧化碳吸附剂氧化钙的再生与高浓度富碳烟气的制备，只有在高温下(900℃)反应速率达到最大，反应s5是本实用新型用于发电的主反应，反应温度通常为600℃。
45.实施例1
46.一种天然气热电联产系统，如图1所示，包括用于使得天然气与水蒸气通入反应的重整炉1、煅烧炉2、用于将二氧化碳的分流器a3、箱体4、加热器5、氢气内燃发电机6和用于将燃气进行分流的分流器b7；所述重整炉1的外壁依次固定连接有用于天然气输入的第一进口和用于水整体输入的第二进口10；分别从第一进口和第二进口10引入天然气与水蒸气至重整炉1内，由于天然气中的主要组分为甲烷，而甲烷[ch4]与水蒸气通入重整炉1中前期反应后会生成co与氢气，反应后期会生成二氧化碳与氢气，从而得到了高温富氢燃气。
[0047]
进一步的，所述重整炉1的输出端一通过输出导管一与分流器b7的进气端相连接；所述分流器b7的两个输出端分别通过导管与氢气内燃发电机6和加热器5的进气端相连接；
[0048]
优选的，所述加热器5和氢气内燃发电机6的外壁分别设置有空气进入口，方便引入空气；高温富氢燃气被分流器b7分流出的大部分高温富氢燃气被分流至氢气内燃发电机6内，其与输送至其中的空气发生燃烧反应，为发电机组提供动力；被分流器b7分流出的另一部分高温富氢燃气被输送至加热器5，与输送至其中的空气发生燃烧反应，燃烧放热用于加热器5升温。
[0049]
进一步的，靠近所述重整炉1的位置通过支板固定有装有氧化钙的料筒8，所述支板的顶部面固定有粉体输送泵11，且粉体输送泵11的两端分别通过导管与料筒8和重整炉1的外壁相连接；氧化钙床料在运行期间会有一部分失活，不能再作为床料使用，因此可通过粉体输送泵11从料筒8内运送氧化钙床料至重整炉1内，从而保证系统运转的正常工作。
[0050]
优选的，料筒8的内部装有氧化钙，作为重整炉1的床料。
[0051]
进一步的，所述重整炉1的输出端二通过输出导管二与煅烧炉2的进料端相连接；方便将二氧化碳与氧化钙在重整炉1中反应吸收生成的产物碳酸钙[caco3]送入煅烧炉2内，使其在高温下裂解生成二氧化碳与氧化钙，进而得到高浓度富二氧化碳的高温烟气，重整炉1与煅烧炉2共作为一个双流化床系统，实现了对二氧化碳气体封闭循环。所述煅烧炉2的输出端a通过导管与重整炉1的进料端相连接；碳酸钙裂解得到的氧化钙经导管被补充至重整炉1内再次利用。
[0052]
进一步的，所述煅烧炉2的输出端b通过输出导管三与分流器a3的进气端相连接，分流器a3的两个输出端分别通过导管与加热器5和箱体4的进气端相连接，且加热器5的第一输出端通过输出导管四与煅烧炉2的进气端相连接；富二氧化碳的高温烟气被分流器a3分流，一部分被输送至箱体4，进行烟气余热回收与二氧化碳捕集封存过程，另一部分进入加热器5再次被加热为较高温二氧化碳，然后将较高温二氧化碳输送至煅烧炉2中，以维持煅烧炉2在较高温度下的运行；在加热器5与箱体4中的富二氧化碳的高温烟气不与其他气体掺混，以保证二氧化碳烟气的纯度，以便可以对其进行二氧化碳捕集封存，作为本系统的副产品。
[0053]
再进一步的，所述加热器5和氢气内燃发电机6的第二输出端通过输出导管五与箱体4的一侧相连接；加热器5产生的余热烟气，以及氢气内燃发电机6运行中所生成的较高温低碳排烟均被输送至箱体4内进行余热回收再利用。
[0054]
优选的，所述低碳排烟主要由水蒸气组成，其可以重新进入重整炉1内使用。
[0055]
为了方便回收系统运转中产生的水蒸气至重整炉1内再利用，如图1-3所示，所述箱体4的内部开设有蓄水腔；所述箱体4的一侧外壁通过螺栓固定有气体捕集器13；所述箱
体4的一侧内壁固定有呈
‘
弓’状的气体输送管21，增加二氧化碳气体在蓄水腔内的流通路径，使得二氧化碳气体的热量可以在蓄水腔内散发；优选的，气体输送管21的一端通过导管与分流器a3的其中一个输出端相连接，气体输送管21的另一端固定于气体捕集器13的进气端；经分流器a3分流的带有温度的二氧化碳气体进入气体输送管21流通，从而利用蓄水腔内的液体对二氧化碳气体附带的温度进行再利用，降温后的二氧化碳气体会流至气体捕集器13内进行二氧化碳的收集。
[0056]
进一步的，位于箱体4输气口下方的所述箱体4一侧外壁通过螺栓固定有下托板15，下托板15的顶部面转动连接有一组调节柱16，一组调节柱16的外壁通过螺纹连接有同一个上托板17，且上托板17的底部面固定有滤网14；转动调节柱16使得上托板17下移，直至其底端牢牢贴合于下托板15的顶部面，使得上托板17和下托板15的相对内侧面牢牢包覆于回流管12外壁上，此时滤网14正贴合箱体4输气口，以便对从箱体4内输出至回流管12内的气体进行滤杂。
[0057]
再进一步的，下托板15的顶部面和第二进口10的外壁固定有同一个回流管12；方便高富含水蒸气的气体可以经回流管12再次进入重整炉1内，使得资源再利用，避免浪费。
[0058]
优选的，上托板17和下托板15贴合后的圆形内径与回流管12一端的直径相同；上托板17和下托板15对接后卡合在回流管12的外壁，以保证三者接触面的紧密性，避免箱体4内的气体从缝隙处外泄。
[0059]
为了回收高温低碳排烟，如图1和图3-5所示，所述箱体4靠近顶端的一侧内壁固定有三通管22，三通管22的两端输入端分别与两个连接加热器5、氢气内燃发电机6的输出导管五相连接，且三通管22的输出端与通过螺栓固定于箱体4顶部内壁的混合筒18进气端相连接；所述混合筒18的一侧内壁转动连接有叶轮23，混合筒18的输出端固定有长筒19；加热器5产生的余热烟气，以及氢气内燃发电机6运行中所生成的较高温低碳排烟经三通管22输送至混合筒18内，气体进入期间推动叶轮23旋转，进而使得进入混合筒18内的气体从输出端排入长筒19内。
[0060]
进一步的，所述长筒19的内壁插设有活塞杆25，活塞杆25的底端固定有可对箱体4上方的气体进行搅动以使其掺混的叶片20；进入长筒19内的气体含量变多，进而推动活塞杆25下移，活塞杆25的下移高度与进入长筒19内气体量即产生的气压相关，从而实现含水蒸气的回收气体在箱体4内不同高度的泄出。
[0061]
优选的，所述长筒19的外壁开设有若干个可方便气体泄出的通孔24；进入长筒19内气体会经不同高度设置的通孔24外泄，进而分布于箱体4内，可对蓄水腔内的液体进行加热，也可使得高富含水蒸气的回收气体通过回流管12再次导入重整炉1内再利用。
[0062]
活塞杆25下移时若带动叶片20旋转，进而可对分散于箱体4内的气体进行搅动。
[0063]
再进一步的，所述活塞杆25的顶端和长筒19的底部内壁固定有同一个缓冲套圈26；方便在活塞杆25上方不再受到气压顶动时，缓冲套圈26弹性复位可以推动活塞杆25在长筒19内上移复位。
[0064]
优选的，缓冲套圈26可为弹簧组成或其他弹性材质。
[0065]
优选地，上述本实用新型各机构之间的连通管道外壁均设置有单向阀，此处不再详细赘述。
[0066]
优选地，重整炉1、煅烧炉2、分流器a3、箱体4、加热器5、氢气内燃发电机6和分流器
b7、粉体输送泵11、气体捕集器13均引用现有技术，此处不再详细赘述。
[0067]
工作原理：工作前，通过粉体输送泵11从料筒8内运送氧化钙床料至重整炉1内作为床料；转动调节柱16使得上托板17下移，直至其底端牢牢贴合于下托板15的顶部面，使得上托板17和下托板15的相对内侧面牢牢包覆于回流管12外壁上，此时滤网14正贴合箱体4输气口。
[0068]
工作时，分别从第一进口和第二进口10引入天然气与水蒸气至重整炉1内，由于天然气中的主要组分为甲烷，而甲烷[ch4]与水蒸气通入重整炉1中前期反应后会生成co与氢气，反应后期会生成二氧化碳与氢气，从而得到了高温富氢燃气。高温富氢燃气被分流器b7分流出的大部分高温富氢燃气被分流至氢气内燃发电机6内，其与输送至其中的空气发生燃烧反应，为发电机组提供动力；被分流器b7分流出的另一部分高温富氢燃气被输送至加热器5，与输送至其中的空气发生燃烧反应，燃烧放热用于加热器5升温。
[0069]
二氧化碳与氧化钙在重整炉1中反应吸收生成的产物碳酸钙[caco3]送入煅烧炉2内，使其在高温下裂解生成二氧化碳与氧化钙，进而得到高浓度富二氧化碳的高温烟气，碳酸钙裂解得到的氧化钙经导管被补充至重整炉1内再次利用，富二氧化碳的高温烟气被分流器a3分流，一部分被输送至箱体4后进入气体输送管21流通，从而利用蓄水腔内的液体对二氧化碳气体附带的温度进行再利用，降温后的二氧化碳气体会流至气体捕集器13内进行二氧化碳的收集；另一部分进入加热器5再次被加热为较高温二氧化碳，然后将较高温二氧化碳输送至煅烧炉2中，以维持煅烧炉2在较高温度下的运行。
[0070]
加热器5作业产生的余热烟气，以及氢气内燃发电机6运行中所生成的较高温低碳排烟均被输送至箱体4内，经三通管22输送至混合筒18内，气体进入期间推动叶轮23旋转，进而使得进入混合筒18内的气体从输出端排入长筒19内，进入长筒19内的气体含量变多，进而推动活塞杆25下移，而气体会经不同高度设置的通孔24外泄，进而分布于箱体4内，可对蓄水腔内的液体进行加热，也可使得高富含水蒸气的回收气体通过回流管12再次导入重整炉1内进行余热回收再利用。
[0071]
实施例2
[0072]
一种天然气热电联产系统，为了精准控制系统运行环境，如图1所示，本实施例在实施例1的基础上作出以下补充：所述重整炉1的炉内压力为常压，温度为800℃；设置重整炉1可方便进行高温富氢燃气的制备以及燃烧产生的二氧化碳的封存，氧化钙作为在重整炉1与煅烧炉2之间流动的床料，其主要意义在于封存二氧化碳，使高温富氢燃气不受污染。
[0073]
进一步的，所述煅烧炉2的炉内压力为常压，温度为900℃；煅烧炉2为床料氧化钙的再生反应器，优选的，其温度控制在970℃，煅烧炉2的主要目的在于使碳酸钙在高温下裂解生成氧化钙，同时可得到富二氧化碳烟气，有利于二氧化碳的集中捕集，减小碳排放。
[0074]
由于氧化钙吸收二氧化碳存在一个平衡，温度较高的时候氧化钙吸收二氧化碳能力有限，故而需要对重整炉1和煅烧炉2加压，两者在加压的情况下运行，具体的：在重整炉1中二氧化碳分压力较低，因此整个系统需要加压；在将天然气和水蒸气送入重整炉1之前，需要对其进行加压预处理，水和天然气需要加压至17个大气压。
[0075]
进一步的，所述加热器5的内部温度为1100℃；引入分流器b7与加热器5的作用为使一小部分高温富氢燃气进入加热器5中燃烧，以加热来自于分流器a3的循环低温二氧化碳烟气，使其温度升至煅烧炉2所需温度，再将其输送至煅烧炉2中作为加热煅烧炉2的热
源。
[0076]
再进一步的，所述氢气内燃发电机6的排气温度为580℃左右，运行温度需控制在750℃左右，额定功率为500kw，发电效率不低于35％。
[0077]
工作原理：按要求对系统运行的压力、温度等进行调节，以保证热点联产工作的效率。
[0078]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。