本實用新型涉及一種燃氣分布式能源系統(tǒng)，特別是一種利用尿素為還原劑脫硝的燃氣分布式能源系統(tǒng)，屬于燃氣分布式能源供能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)集中式燃煤電廠綜合利用效率低下、環(huán)保性能差等特點逐漸暴露，發(fā)電效率高、環(huán)保性能較好的分布式能源產(chǎn)業(yè)得到大力發(fā)展。燃氣分布式能源系統(tǒng)由于其綜合熱效率高、煙氣清潔、供能側(cè)就地利用等特點得到了大力發(fā)展。燃氣分布式能源燃料為天然氣，天然氣在燃機的燃燒中會產(chǎn)生多種氮氧化物。采用燃氣輪機的分布式能源系統(tǒng)沒有脫硝裝置，一般采用改進燃燒技術(shù)以達到一定的去除氮氧化物的效果，但脫除率一般不超過60％，燃氣輪機排氣氮氧化物含量在50mg/m3左右，脫硝效率比較低，氮氧化物達不到排放要求，環(huán)保性能差。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的在于，提供一種利用尿素為還原劑脫硝的燃氣分布式能源系統(tǒng)。本實用新型將燃氣輪機系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)及余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)裝備模塊化耦合，對系統(tǒng)出口煙氣進行脫硝處理，進一步降低燃氣分布式能源系統(tǒng)機組中氮氧化物的排放，保證機組排放煙氣達到環(huán)保要求；同時，對不同溫度的煙氣進行不同的余熱利用，實現(xiàn)能量的梯級利用，為用戶同時提供電量、熱量和冷量，提高能源綜合利用效率。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下的技術(shù)方案：
一種利用尿素為還原劑脫硝的燃氣分布式能源系統(tǒng)由燃氣輪機系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)和余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)組成，所述燃氣輪機系統(tǒng)設(shè)于該系統(tǒng)的頂部，所述脫硝系統(tǒng)、余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)依次置于所述燃氣輪機系統(tǒng)之后。所述脫硝系統(tǒng)包括順次連接的斗提機、溶解罐、輸送泵、尿素溶液罐、輸送循環(huán)裝置、流量閥、計量分配裝置、熱解室和SCR反應(yīng)器，所述流量閥還與尿素溶液罐連接，所述計量分配裝置、熱解室均與燃氣輪機系統(tǒng)連通。脫硝系統(tǒng)主要選擇的還原劑有純氨、氨水和尿素，相比于純氨和氨水，尿素具有無毒、無害、無爆炸等特點。同時，尿素在運輸、存儲無需安全及危險性考量，安全系數(shù)極高。將尿素溶液噴進熱解室實現(xiàn)氧化還原反應(yīng)還可以避免氨在電廠存儲及管路、閥門泄露過程中造成人員傷害，使用尿素為還原劑的脫硝系統(tǒng)具有較好的安全環(huán)境。氮氧化物主要由燃氣輪機系統(tǒng)中燃燒生成，且氮氧化物的量隨燃氣輪機系統(tǒng)運行工況不同而變化。以尿素為還原劑的脫硝系統(tǒng)設(shè)在燃氣輪機系統(tǒng)之后，主要采用尿素熱解工藝，尿素熱解工藝直接快速加熱霧化后的尿素溶液，具有跟蹤機組負荷變化速度較快，響應(yīng)時間短等優(yōu)點。
前述的燃氣輪機系統(tǒng)包括空氣壓縮機、空氣預(yù)熱器、燃燒室、燃氣輪機和煙氣分流器，所述空氣壓縮機、空氣預(yù)熱器、燃燒室和燃氣輪機順次連接，所述燃氣輪機、煙氣分流器均與空氣預(yù)熱器連接，所述煙氣分流器還連接于計量分配裝置和熱解室?？諝忸A(yù)熱器中換熱后的燃氣輪機出口煙氣流經(jīng)煙氣分流器，一部分煙氣導(dǎo)入脫硝系統(tǒng)中的計量分配裝置，與尿素溶液在計量分配裝置中形成霧化尿素；剩余煙氣進入脫硝系統(tǒng)中的熱解室，為霧化尿素的熱解提供熱源。該種方式與傳統(tǒng)的脫氨裝置相比減少了空氣風(fēng)機和熱解室外加熱源的配置，節(jié)約了系統(tǒng)成本和能量，提高了系統(tǒng)整體利用效率。
前述的余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)包括給水泵、余熱鍋爐、蒸汽輪機、供熱設(shè)備、吸收式制冷設(shè)備和供冷設(shè)備，所述給水泵、余熱鍋爐、蒸汽輪機、吸收式制冷設(shè)備和供冷設(shè)備順次連接，所述余熱鍋爐還分別連接于SCR反應(yīng)器和供熱設(shè)備。在余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)中，鍋爐給水經(jīng)過給水泵泵入余熱鍋爐中與脫硝系統(tǒng)出口煙氣換熱，換熱后的鍋爐給水分為兩股物流：中溫水和高溫水蒸氣。中溫水經(jīng)過供熱設(shè)備為熱用戶供熱；高溫水蒸氣進入蒸汽輪機發(fā)電做功，蒸汽輪機排氣進入吸收式制冷設(shè)備作高溫熱源制取冷量，由供冷設(shè)備向冷用戶供冷。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益之處在于：
1、將燃氣輪機系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)及余熱利用系統(tǒng)有效集成，采用SCR脫硝法對系統(tǒng)出口煙氣進行脫硝處理，進一步降低機組中氮氧化物的排放量，使得氮氧化物低于30mg/m3的75℃左右的低溫煙氣排入大氣，滿足了氮氧化物合理排放的要求，提升了分布式能源系統(tǒng)的環(huán)保性能；
2、將燃氣輪機排氣分為兩部分，一部分進入計量分配裝置與尿素溶液混合形成霧化尿素，方便噴入熱解室中進行熱解，剩余煙氣進入熱解室中作為霧化尿素熱解的熱源，這種配置一方面減少了計量分配系統(tǒng)中空氣風(fēng)機的設(shè)置，另一方面利用高溫清潔的燃氣輪機排氣為尿素熱解提供熱源，減少了熱解室外加熱源的配置，節(jié)省了設(shè)備投入，降低了成本；
3、根據(jù)燃氣輪機系統(tǒng)運行負荷不同產(chǎn)生氮氧化物不同的原理，在尿素溶液罐后加裝輸送循環(huán)裝置和流量閥調(diào)節(jié)尿素溶液流量，使得不同運行條件下噴入不同流量的尿素溶液，在合理化使用尿素的同時還能保證燃氣輪機系統(tǒng)在不同工況條件下的脫氨效率；
4、余熱利用系統(tǒng)中制冷系統(tǒng)的換熱熱源采用前端的蒸汽輪機排氣，一方面能夠最大限度利用燃氣輪機排氣中的汽化潛熱，提高整個系統(tǒng)的能量利用效率，另一方面使得分布式能源系統(tǒng)工藝更加緊湊與靈活；
5、燃氣輪機出口煙氣首先進入空氣預(yù)熱器，為空氣換熱后再經(jīng)煙氣分流器進入熱解室中為霧化尿素的熱解提供熱源；經(jīng)過脫硝后的煙氣進入余熱鍋爐換熱，余熱鍋爐導(dǎo)出兩股物流，70℃左右的中溫水和400℃左右的高溫水蒸氣：中溫水為用戶提供生活用水和供暖；高溫水蒸氣進入蒸汽輪機做功，做功后的水蒸氣含有大量的汽化潛熱，利用這一部分氣化潛熱將蒸汽輪機排氣導(dǎo)入吸收式制冷設(shè)備中作為制冷熱源，在為用戶提供電量、熱量和冷量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)能量的梯級利用，提高能源綜合利用效率，保證系統(tǒng)高效、清潔、環(huán)保運行。
附圖說明
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標記的含義：1-燃氣輪機系統(tǒng)，101-空氣壓縮機，102-空氣預(yù)熱器，103-燃燒室，104-燃氣輪機，105-煙氣分流器，2-脫硝系統(tǒng)，201-斗提機，202-溶解罐，203-輸送泵，204-尿素溶液罐，205-輸送循環(huán)裝置，206-流量閥，207-計量分配裝置，208-熱解室，209-SCR反應(yīng)器，3-余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)，301-給水泵，302-余熱鍋爐，303-蒸汽輪機，304-供熱設(shè)備，305-吸收式制冷設(shè)備，306-供冷設(shè)備。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的說明。
具體實施方式
本實用新型的實施例1：如圖1所示，一種利用尿素為還原劑脫硝的燃氣分布式能源系統(tǒng)由燃氣輪機系統(tǒng)1、脫硝系統(tǒng)2和余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)3組成。燃氣輪機系統(tǒng)1設(shè)于該系統(tǒng)的頂部，脫硝系統(tǒng)2、余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)3依次置于燃氣輪機系統(tǒng)1之后。脫硝系統(tǒng)2包括順次連接的斗提機201、溶解罐202、輸送泵203、尿素溶液罐204、輸送循環(huán)裝置205、流量閥206、計量分配裝置207、熱解室208和SCR反應(yīng)器209，流量閥206還與尿素溶液罐204連接，計量分配裝置207、熱解室208均與燃氣輪機系統(tǒng)1連通。天然氣在燃氣輪機系統(tǒng)1中燃燒生成的出口煙氣中存在大量氮氧化物，以尿素為還原劑的脫硝系統(tǒng)2設(shè)在燃氣輪機系統(tǒng)1之后，主要采用尿素熱解工藝：燃氣輪機系統(tǒng)1以天然氣為燃料，燃燒后的氣體沒有飛灰，進入熱解室208中不會發(fā)生飛灰結(jié)垢的現(xiàn)象，加之其較高的溫度，因此成為熱解室208的理想熱源。尿素溶液與煙氣分流器105中分流出的一部分煙氣在計量分配裝置207混合形成霧化尿素，通過噴嘴噴入熱解室208中。由于熱解室208溫度需求較高，直接引煙氣分流器105中分流出的另一部分煙氣作為霧化尿素熱解熱源，與霧化尿素混合促進尿素熱解。熱解室208出口氨氣-煙氣混合氣體進入SCR反應(yīng)器209，在催化劑的作用下發(fā)生脫硝反應(yīng)。
燃氣輪機系統(tǒng)1包括空氣壓縮機101、空氣預(yù)熱器102、燃燒室103、燃氣輪機104和煙氣分流器105，空氣壓縮機101、空氣預(yù)熱器102、燃燒室103和燃氣輪機104順次連接，燃氣輪機104、煙氣分流器105均與空氣預(yù)熱器102連接，煙氣分流器105還連接于計量分配裝置207和熱解室208?？諝忸A(yù)熱器102中換熱后的燃氣輪機104出口煙氣流經(jīng)煙氣分流器105，一部分煙氣導(dǎo)入脫硝系統(tǒng)2中的計量分配裝置207，與尿素溶液在計量分配裝置207中形成霧化尿素，方便噴入熱解室208中進行熱解；剩余煙氣進入脫硝系統(tǒng)2中的熱解室208，為霧化尿素的熱解提供熱源。該種方式與傳統(tǒng)的脫氨裝置相比減少了空氣風(fēng)機和熱解室208中外加熱源的配置，節(jié)約了系統(tǒng)成本和能量，提高了系統(tǒng)整體利用效率。
余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)3包括給水泵301、余熱鍋爐302、蒸汽輪機303、供熱設(shè)備304、吸收式制冷設(shè)備305和供冷設(shè)備306，給水泵301、余熱鍋爐302、蒸汽輪機303、吸收式制冷設(shè)備305和供冷設(shè)備306順次連接，余熱鍋爐302還分別連接于SCR反應(yīng)器209和供熱設(shè)備304。在余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)3中，鍋爐給水經(jīng)過給水泵301泵入余熱鍋爐302中與脫硝系統(tǒng)2出口煙氣換熱，換熱后的鍋爐給水分為兩股物流：400℃左右的高溫水蒸氣和70℃左右的中溫水。高溫水蒸氣進入蒸汽輪機303發(fā)電做功形成蒸汽輪機排氣，蒸汽輪機排氣進入吸收式制冷設(shè)備305作為制冷熱源，由供冷設(shè)備306向冷用戶供冷；中溫水經(jīng)過供熱設(shè)備304為熱用戶供熱。至此，余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)3完成中溫煙氣的能量梯級利用，同時為熱用戶提供熱量、冷量和電力。
實施例2：如圖1所示，利用尿素為還原劑脫硝的燃氣分布式能源系統(tǒng)工藝采用上述的燃氣分布式能源系統(tǒng)，包括以下工藝流程：
燃氣輪機系統(tǒng)1中，空氣經(jīng)空氣壓縮機101增壓后變成高壓空氣進入空氣預(yù)熱器102，加熱后的空氣進入燃燒室103與天然氣混合燃燒，將燃料的化學(xué)能充分釋放后，燃燒室103出口煙氣進入燃氣輪機104做功，將機械能轉(zhuǎn)化為電能；燃氣輪機104出口煙氣作為熱源加熱空氣預(yù)熱器102中的空氣，空氣預(yù)熱器102中換熱后的燃氣輪機104出口煙氣流經(jīng)煙氣分流器105，一部分煙氣導(dǎo)入脫硝系統(tǒng)2中的計量分配裝置207，與尿素溶液在計量分配裝置207中形成霧化尿素；剩余煙氣進入脫硝系統(tǒng)2的熱解室208中,該煙氣既可以作為熱源，又可以在脫硝系統(tǒng)2中脫除氮氧化物；
以尿素為還原劑的脫硝系統(tǒng)2中，尿素通過斗提機201進入溶解罐202中充分溶解成為40％～50％的尿素溶液，尿素溶液通過輸送泵203泵入尿素溶液罐204中存儲。尿素溶液罐204中的尿素溶液經(jīng)輸送循環(huán)裝置205流進流量閥206，流量閥206根據(jù)燃氣輪機系統(tǒng)1運行狀態(tài)調(diào)整尿素溶液流量，經(jīng)過流量閥206整流后的尿素溶液一部分進入計量分配裝置207，剩余部分返回尿素溶液罐204中，從煙氣分流器105分流出的一部分煙氣進入計量分配裝置207后與尿素溶液混合形成霧化尿素；霧化尿素經(jīng)由熱解室208入口處的噴嘴噴入熱解室208，在熱解室208中被煙氣分流器105分流出的剩余煙氣加熱熱解形成氨氣-煙氣混合氣體，氨氣-煙氣混合氣體進入SCR反應(yīng)器209中發(fā)生脫硝反應(yīng)，對煙氣進行脫硝，使得SCR反應(yīng)器209出口煙氣內(nèi)氮氧化物含量達到排放水平，接著進入余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)3中的余熱鍋爐302；
余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)3中，鍋爐給水經(jīng)過給水泵301加壓后變成高壓水，SCR反應(yīng)器209出口煙氣與高壓水進入余熱鍋爐302換熱后變成符合排放標準的低溫煙氣排氣。鍋爐給水經(jīng)過余熱鍋爐302換熱后分為兩部分，中溫水以及高溫水蒸氣。中溫水進入供熱設(shè)備304供熱后形成供熱回水；高溫水蒸氣進入蒸汽輪機303做功后形成蒸汽輪機排氣，蒸汽輪機排氣進入吸收式制冷設(shè)備305制取冷量，冷媒水進入吸收式制冷設(shè)備305吸收冷量，降溫后的冷媒水進入供冷設(shè)備306換熱后形成冷媒水回水。至此，余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)3完成中溫煙氣的能量梯級利用，同時為熱用戶提供熱量、冷量和電力。
本實用新型的工作原理：燃料經(jīng)過燃氣輪機系統(tǒng)1將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蜔煔獾膬?nèi)能，通過燃氣輪機系統(tǒng)1中的煙氣分流器105將燃氣輪機系統(tǒng)1和脫硝系統(tǒng)2緊密相連。煙氣分流器105中的煙氣分為兩部分，一部分進入脫硝系統(tǒng)2中的計量分配裝置207，與計量分配裝置207中尿素溶液混合形成霧化尿素；另一部分煙氣在熱解室208中為霧化尿素熱解提供熱源并與熱解后的氨氣形成氨氣-煙氣混合氣體，再經(jīng)過SCR反應(yīng)器209脫硝。脫硝系統(tǒng)2中，在尿素溶液罐204之后加裝輸送循環(huán)裝置205和流量閥206，可以根據(jù)燃氣輪機104運行狀態(tài)調(diào)節(jié)尿素溶液流量，保證燃氣輪機系統(tǒng)1在不同工況條件下的有效脫硝。由于脫硝后的煙氣溫度保持在400～500℃，為了提高整個系統(tǒng)的能量利用率，將脫硝后的煙氣導(dǎo)入余熱利用系統(tǒng)3的余熱鍋爐302換熱后排入大氣。鍋爐給水經(jīng)過余熱鍋爐302換熱后分為兩部分，中溫水以及高溫水蒸氣。中溫水進入供熱設(shè)備304供熱后形成供熱回水；高溫水蒸氣進入蒸汽輪機303做功后形成蒸汽輪機排氣，蒸汽輪機排氣進入吸收式制冷設(shè)備305制取冷量，冷媒水進入吸收式制冷設(shè)備305吸收冷量，溫度降低成為低溫冷媒水，低溫冷媒水進入供冷設(shè)備306換熱后形成冷媒水回水。系統(tǒng)將蒸汽輪機排氣中汽化潛熱利用起來，提高能源利用效率。該系統(tǒng)將燃氣輪機系統(tǒng)1、脫硝系統(tǒng)2和余熱供冷供熱發(fā)電系統(tǒng)3有效耦合，簡化工藝流程，使得燃氣分布式能源系統(tǒng)排氣中氮氧化物濃度低于30mg/m3,還能為用戶同時提供電量、熱量和冷量，實現(xiàn)能量的梯級利用，提高能源綜合利用效率。