利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种燃气分布式能源系统及工艺，特别是一种利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统及工艺，属于燃气分布式能源供能技术领域。本系统由燃气轮机系统、脱硝系统和余热供冷供热发电系统组成，燃气轮机系统设于该系统的顶部，脱硝系统、余热供冷供热发电系统依次置于燃气轮机系统之后。脱硝系统包括顺次连接的斗提机、溶解罐、输送泵、尿素溶液罐、输送循环装置、流量阀、计量分配装置、热解室和SCR反应器，计量分配装置、热解室均与燃气轮机系统连通。本发明专利技术将燃气轮机系统、脱硝系统及余热供冷供热发电系统耦合，对出口烟气进行脱硝处理，降低了氮氧化物的排放；还能为用户同时提供电量、热量和冷量，提高能源综合利用效率。

Gas distributed energy system and process using urea as reducing agent for denitration

The invention discloses a gas distributed energy system and process, in particular to a gas distributed energy system and process using urea as reducing agent to denitration, which belongs to the technical field of gas distributed energy supply. The system consists of a gas turbine system, denitrification system and waste heat power generation system for cooling and heating, gas turbine system is arranged on the top of the system, after the denitration system, waste heat heating and cooling system of gas turbine power generation system in turn. The denitration system includes sequential bucket elevator, dissolved tank, pump, urea solution tank, conveying device, circulation flow valve, metering device, pyrolysis chamber and SCR reactor connected, metering device, the pyrolysis chamber are communicated with the gas turbine system. The gas turbine system, denitrification system and waste heat heating and cooling power system coupling of outlet flue gas denitrification treatment, reduce nitrogen oxide emissions; the user can also provide electricity, heat and cold, improving energy use efficiency.

【技术实现步骤摘要】
利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统及工艺
本专利技术涉及一种燃气分布式能源系统及工艺，特别是一种利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统及工艺，属于燃气分布式能源供能

技术介绍
随着我国经济的发展，传统集中式燃煤电厂综合利用效率低下、环保性能差等特点逐渐暴露，发电效率高、环保性能较好的分布式能源产业得到大力发展。燃气分布式能源系统由于其综合热效率高、烟气清洁、供能侧就地利用等特点得到了大力发展。燃气分布式能源燃料为天然气，天然气在燃机的燃烧中会产生多种氮氧化物。采用燃气轮机的分布式能源系统没有脱硝装置，一般采用改进燃烧技术以达到一定的去除氮氧化物的效果，但脱除率一般不超过60％，燃气轮机排气氮氧化物含量在50mg/m3左右，脱硝效率比较低，氮氧化物达不到排放要求，环保性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统及工艺。本专利技术将燃气轮机系统、脱硝系统及余热供冷供热发电系统装备模块化耦合，对系统出口烟气进行脱硝处理，进一步降低燃气分布式能源系统机组中氮氧化物的排放，保证机组排放烟气达到环保要求；同时，对不同温度的烟气进行不同的余热利用，实现能量的梯级利用，为用户同时提供电量、热量和冷量，提高能源综合利用效率。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统由燃气轮机系统、脱硝系统和余热供冷供热发电系统组成，所述燃气轮机系统设于该系统的顶部，所述脱硝系统、余热供冷供热发电系统依次置于所述燃气轮机系统之后。所述脱硝系统包括顺次连接的斗提机、溶解罐、输送泵、尿素溶液罐、输送循环装置、流量阀、计量分配装置、热解室和SCR反应器，所述流量阀还与尿素溶液罐连接，所述计量分配装置、热解室均与燃气轮机系统连通。脱硝系统主要选择的还原剂有纯氨、氨水和尿素，相比于纯氨和氨水，尿素具有无毒、无害、无爆炸等特点。同时，尿素在运输、存储无需安全及危险性考量，安全系数极高。将尿素溶液喷进热解室实现氧化还原反应还可以避免氨在电厂存储及管路、阀门泄露过程中造成人员伤害，使用尿素为还原剂的脱硝系统具有较好的安全环境。氮氧化物主要由燃气轮机系统中燃烧生成，且氮氧化物的量随燃气轮机系统运行工况不同而变化。以尿素为还原剂的脱硝系统设在燃气轮机系统之后，主要采用尿素热解工艺，尿素热解工艺直接快速加热雾化后的尿素溶液，具有跟踪机组负荷变化速度较快，响应时间短等优点。前述的燃气轮机系统包括空气压缩机、空气预热器、燃烧室、燃气轮机和烟气分流器，所述空气压缩机、空气预热器、燃烧室和燃气轮机顺次连接，所述燃气轮机、烟气分流器均与空气预热器连接，所述烟气分流器还连接于计量分配装置和热解室。空气预热器中换热后的燃气轮机出口烟气流经烟气分流器，一部分烟气导入脱硝系统中的计量分配装置，与尿素溶液在计量分配装置中形成雾化尿素；剩余烟气进入脱硝系统中的热解室，为雾化尿素的热解提供热源。该种方式与传统的脱氨装置相比减少了空气风机和热解室外加热源的配置，节约了系统成本和能量，提高了系统整体利用效率。前述的余热供冷供热发电系统包括给水泵、余热锅炉、蒸汽轮机、供热设备、吸收式制冷设备和供冷设备，所述给水泵、余热锅炉、蒸汽轮机、吸收式制冷设备和供冷设备顺次连接，所述余热锅炉还分别连接于SCR反应器和供热设备。在余热供冷供热发电系统中，锅炉给水经过给水泵泵入余热锅炉中与脱硝系统出口烟气换热，换热后的锅炉给水分为两股物流：中温水和高温水蒸气。中温水经过供热设备为热用户供热；高温水蒸气进入蒸汽轮机发电做功，蒸汽轮机排气进入吸收式制冷设备作高温热源制取冷量，由供冷设备向冷用户供冷。利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统工艺采用前述的燃气分布式能源系统，包括以下工艺流程：燃气轮机系统中，空气经空气压缩机压缩后进入空气预热器，加热后的空气进入燃烧室与天然气混合燃烧，将燃料的化学能转化为烟气的内能，充分燃烧后，燃烧室出口烟气进入燃气轮机做功，将机械能转化为电能；燃气轮机出口烟气作为热源加热空气预热器中的空气，空气预热器中换热后的燃气轮机出口烟气流经烟气分流器，一部分烟气导入脱硝系统中的计量分配装置，与尿素溶液在计量分配装置中形成雾化尿素；剩余烟气进入脱硝系统中的热解室，为雾化尿素的热解提供热源；以尿素为还原剂的脱硝系统中，尿素通过斗提机进入溶解罐中充分溶解成为40％～50％的尿素溶液，尿素溶液通过输送泵泵入尿素溶液罐中存储；尿素溶液罐中的尿素溶液经输送循环装置进入流量阀，流量阀根据燃气轮机系统运行状况调整尿素溶液流量，经过流量阀整流后的尿素溶液一部分进入计量分配装置，剩余部分返回尿素溶液罐中，从烟气分流器分流出的一部分烟气进入计量分配装置后与尿素溶液混合形成雾化尿素；雾化尿素经由热解室入口处的喷嘴喷入热解室，在热解室中被烟气分流器分流出的剩余烟气加热热解形成氨气-烟气混合气体，氨气-烟气混合气体进入SCR反应器中发生脱硝反应，脱硝后的烟气进入余热供冷供热发电系统中的余热锅炉；余热供冷供热发电系统中，锅炉给水经过给水泵加压后变成高压水，SCR反应器出口烟气与高压水进入余热锅炉换热后变成符合排放标准的烟气，即氮氧化物低于30mg/m3的75℃左右的低温烟气排气，所述烟气排入大气中。余热锅炉为两用双压余热锅炉，通过其内部不同的换热管导出两股物流，70℃左右的中温水和400℃左右的高温水蒸气。中温水进入供热设备供热后，形成供热回水；高温水蒸气进入蒸汽轮机做功后形成蒸汽轮机排气，蒸汽轮机排气温度约150℃，由于具有大量的汽化潜热，进入吸收式制冷设备中作为制冷热源，冷媒水也进入吸收式制冷设备中，蒸汽轮机排气吸收冷媒水的热量变成饱和水蒸气从吸收式制冷设备出口排出，降温后的冷媒水进入供冷设备换热后形成冷媒水回水。与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：1、将燃气轮机系统、脱硝系统及余热利用系统有效集成，采用SCR脱硝法对系统出口烟气进行脱硝处理，进一步降低机组中氮氧化物的排放量，使得氮氧化物低于30mg/m3的75℃左右的低温烟气排入大气，满足了氮氧化物合理排放的要求，提升了分布式能源系统的环保性能；2、将燃气轮机排气分为两部分，一部分进入计量分配装置与尿素溶液混合形成雾化尿素，方便喷入热解室中进行热解，剩余烟气进入热解室中作为雾化尿素热解的热源，这种配置一方面减少了计量分配系统中空气风机的设置，另一方面利用高温清洁的燃气轮机排气为尿素热解提供热源，减少了热解室外加热源的配置，节省了设备投入，降低了成本；3、根据燃气轮机系统运行负荷不同产生氮氧化物不同的原理，在尿素溶液罐后加装输送循环装置和流量阀调节尿素溶液流量，使得不同运行条件下喷入不同流量的尿素溶液，在合理化使用尿素的同时还能保证燃气轮机系统在不同工况条件下的脱氨效率；4、余热利用系统中制冷系统的换热热源采用前端的蒸汽轮机排气，一方面能够最大限度利用燃气轮机排气中的汽化潜热，提高整个系统的能量利用效率，另一方面使得分布式能源系统工艺更加紧凑与灵活；5、燃气轮机出口烟气首先进入空气预热器，为空气换热后再经烟气分流器进入热解室中为雾化尿素的热解提供热源；经过脱硝后的烟气进入余热锅炉换热，余热锅炉导出两股物流，70℃左右的中温水和400℃左右的高温水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统，其特征在于，由燃气轮机系统(1)、脱硝系统(2)和余热供冷供热发电系统(3)组成，所述燃气轮机系统(1)设于该系统的顶部，所述脱硝系统(2)、余热供冷供热发电系统(3)依次置于所述燃气轮机系统(1)之后；所述脱硝系统(2)包括顺次连接的斗提机(201)、溶解罐(202)、输送泵(203)、尿素溶液罐(204)、输送循环装置(205)、流量阀(206)、计量分配装置(207)、热解室(208)和SCR反应器(209)，所述流量阀(206)还与尿素溶液罐(204)连接，所述计量分配装置(207)、热解室(208)均与燃气轮机系统(1)连通。

【技术特征摘要】
1.一种利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统，其特征在于，由燃气轮机系统(1)、脱硝系统(2)和余热供冷供热发电系统(3)组成，所述燃气轮机系统(1)设于该系统的顶部，所述脱硝系统(2)、余热供冷供热发电系统(3)依次置于所述燃气轮机系统(1)之后；所述脱硝系统(2)包括顺次连接的斗提机(201)、溶解罐(202)、输送泵(203)、尿素溶液罐(204)、输送循环装置(205)、流量阀(206)、计量分配装置(207)、热解室(208)和SCR反应器(209)，所述流量阀(206)还与尿素溶液罐(204)连接，所述计量分配装置(207)、热解室(208)均与燃气轮机系统(1)连通。2.根据权利要求1所述的利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统，其特征在于，所述燃气轮机系统(1)包括空气压缩机(101)、空气预热器(102)、燃烧室(103)、燃气轮机(104)和烟气分流器(105)，所述空气压缩机(101)、空气预热器(102)、燃烧室(103)和燃气轮机(104)顺次连接，所述燃气轮机(104)、烟气分流器(105)均与空气预热器(102)连接，所述烟气分流器(105)还连接于计量分配装置(207)和热解室(208)。3.根据权利要求2所述的利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统，其特征在于，所述余热供冷供热发电系统(3)包括给水泵(301)、余热锅炉(302)、蒸汽轮机(303)、供热设备(304)、吸收式制冷设备(305)和供冷设备(306)，所述给水泵(301)、余热锅炉(302)、蒸汽轮机(303)、吸收式制冷设备(305)和供冷设备(306)顺次连接，所述余热锅炉(302)还分别连接于SCR反应器(209)和供热设备(304)。4.利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统工艺，采用权利要求3所述的燃气分布式能源系统，其特征在于，包括以下工艺流程：燃气轮机系统(1)中的空气经空气压缩机(101)压缩后进...

【专利技术属性】
技术研发人员：江婷，宋洪涛，徐静静，张爱平，张珍，
申请(专利权)人：中国华电科工集团有限公司，华电分布式能源工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11