利用煤化工伴生气发电的燃气轮机能源配置系统及方法

摘要

本发明提供了一种利用煤化工伴生气发电的燃气轮机能源配置系统及方法，包括：煤化工伴生气处理系统：对低热值的煤化工伴生气进行处理，使煤化工伴生气能够满足燃气轮机燃烧要求；燃气轮机：煤化工伴生气在燃气轮机中燃烧，从而进行发电；余热锅炉：利用煤化工伴生气燃烧过程中产生的高温烟气，生成蒸汽；控制系统：对煤化工伴生气处理系统、燃气轮机和余热锅炉进行控制。本发明采用煤化工伴生气处理系统对低热值伴生气进行处理，解决了低热值燃料气无法在燃气轮机中稳定高效燃烧的问题；在燃气轮机发电之后，余热锅炉利用排烟能量产生蒸汽供热，解决了高效利用高温烟气浪费的问题，实现能源的综合梯级利用。

说明书

技术领域

本发明涉及煤化工伴生气的处理领域，具体地，涉及利用煤化工伴生气发电的燃气轮机能源配置系统及方法。

背景技术

煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馏以及焦油加工和电石乙炔化工等。煤化学加工过程。煤中有机质的化学结构，是以芳香族为主的稠环为单元核心，由桥键互相连接，并带有各种官能团的大分子结构，通过热加工和催化加工，可以使煤转化为各种燃料和化工产品。煤化工产生的伴生气通常热值较低，无法用于发电。

在公开号为CN103867293B的中国发明专利文件中，公开了一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的系统与方法，其通过在线定量分析石油伴生气的成分、浓度，并测试其流量与压力，根据石油伴生气分析结果，通过调节空气流量、进入到发电机的伴生气流量、以及燃气发电机功率，实现伴生气的平稳发电，一方面，给采油系统以及气体压缩/液化系统提供动力，另一方面，为伴生气综合利用系统提供电力。同时，在有富余伴生气情况下，将多余的伴生气压缩/液化到液化气罐中，进行回收利用，而在伴生气不足情况下，则只发电，或进行油气混合发电。本发明同时监测发电装置的温度、气体压缩/液化装置的液位和压力、以及环境空气中的伴生气浓度，如果出现异常，则报警、关闭系统，并将伴生气燃烧排空。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用煤化工伴生气发电的燃气轮机能源配置系统及方法。

根据本发明提供的一种利用煤化工伴生气发电的燃气轮机能源配置系统，包括：

煤化工伴生气处理系统：对低热值的煤化工伴生气进行处理，使煤化工伴生气能够满足燃气轮机燃烧要求；

燃气轮机：处理后的煤化工伴生气在燃气轮机中燃烧，从而进行发电；

余热锅炉：利用煤化工伴生气燃烧过程中产生的高温烟气，生成蒸汽；

控制系统：对煤化工伴生气处理系统、燃气轮机和余热锅炉进行控制。

优选的，所述煤化工伴生气处理系统连通有多个低热值燃料气入口管路和高热值燃料气入口管路。

优选的，所述煤化工伴生气处理系统将处理好的混合态燃料气通过管道输送至燃气轮机进行发电，所述燃气轮机发电中混合态燃料气燃烧产生的高温烟气通过管道进入到余热锅炉中产生蒸汽，所述余热锅炉上安装有供蒸汽管路，蒸汽通过供蒸汽管路输出。

优选的，所述高热值燃料气入口管路上安装有高热值燃料气流量调节阀、高热值燃料气色谱仪和高热值燃料气流量传感器，所述高热值燃料气入口管路沿远离煤化工伴生气处理系统的方向依次安装高热值燃料气流量传感器、高热值燃料气色谱仪和高热值燃料气流量调节阀。

优选的，所述低热值燃料气入口管路上安装有低热值燃料气流量调节阀、低热值燃料气色谱仪和低热值燃料气流量传感器，所述低热值燃料气入口管路沿远离煤化工伴生气处理系统的方向依次安装低热值燃料气流量传感器、低热值燃料气色谱仪和低热值燃料气流量调节阀。

优选的，所述控制系统与蒸汽流量调节阀、余热锅炉、燃气轮机、煤化工伴生气处理系统、低热值燃料气流量调节阀、高热值燃料气流量调节阀、低热值燃料气色谱仪、高热值燃料气色谱仪、低热值燃料气流量传感器、高热值燃料气流量传感器控制连接。

优选的，所述控制系统控制时包括以下流程：

步骤S1：所述控制系统接受用户端负荷容量需求信号，并根据负荷容量需求启动煤化工伴生气处理系统、燃气轮机、余热锅炉；

步骤S2：打开所述低热值燃料气流量调节阀流入低热值燃料气，所述低热值燃料气色谱仪分析低热值燃料气成分并反馈所述控制系统，所述低热值燃料气流量传感器测试低热值燃料气流量并反馈所述控制系统；

步骤S3：打开所述高热值燃料气流量调节阀流入高热值燃料气，所述高热值燃料气色谱仪分析高热值燃料气成分并反馈所述控制系统，所述高热值燃料气流量传感器测试高热值燃料气流量并反馈所述控制系统；

步骤S4：所述控制系统根据反馈数据计算并通过所述高热值燃料气流量调节阀控制高热值燃料气流量；

步骤S5：低热值燃料气和高热值燃料气先后进入所述煤化工伴生气处理系统，所述控制系统控制所述煤化工伴生气处理系统混合处理燃料气，处理过程包括混合、精过滤以及精准流量控制，使燃料气能够满足燃气轮机燃烧要求；

步骤S6：所述煤化工伴生气处理系统根据所述控制系统的信号提供成分、热值、流量均满足要求的燃料气，流入所述燃气轮机中进行燃烧发电，匹配用户端电负荷需求；

步骤S7：所述燃气轮机燃烧后尾端的高温排烟进入余热锅炉，所述控制系统控制余热锅炉产生匹配用户端热负荷需求的高温蒸汽。

根据本发明提供的一种利用煤化工伴生气发电的燃气轮机能源配置方法，采用权利要求1所述的一种利用煤化工伴生气发电的燃气轮机能源配置系统，包括以下步骤：

步骤S1：煤化工伴生气和高热值燃料气输入至煤化工燃料气处理系统中，进行处理；

步骤S2：将处理后的混合态燃料气输入至燃气轮机中，在燃气轮机中燃烧发电；

步骤S3：将混合态燃料气燃烧过程中产生的高温烟气通入到余热锅炉中，从而生成蒸汽，将蒸汽用于供热。

优选的，所述高热值燃料气包括天然气和液化石油气。

优选的，所述煤化工伴生气与高热值燃料气按照华白指数和热值掺混需求进行混合处理。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、通过采用本系统中的煤化工伴生气处理系统，对低热值伴生气进行处理，例如混合天然气等，解决了低热值燃料气无法在燃气轮机中稳定高效燃烧的问题。

2、通过采用燃气轮机以及余热锅炉的配置，在燃气轮机发电之后，余热锅炉利用排烟能量产生蒸汽供热，解决了高效利用高温烟气浪费的问题，实现能源的综合梯级利用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种利用煤化工伴生气发电的燃气轮机能源配置系统的结构框图。

附图标记说明：1、煤化工伴生气处理系统；2、燃气轮机；3、余热锅炉；4、控制系统；5、第一路低热值燃料气流量调节阀；6、第二路低热值燃料气流量调节阀；7、高热值燃料气流量调节阀；8、第一路低热值燃料气色谱仪；9、第二路低热值燃料气色谱仪；10、高热值燃料气色谱仪；11、第一路低热值燃料气流量传感器；12、第二路低热值燃料气流量传感器；13、高热值燃料气流量传感器；14、第一路低热值燃料气入口管路；15、第二路低热值燃料气入口管路；16、高热值燃料气入口管路；17、蒸汽流量调节阀；18、供蒸汽管路。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种利用煤化工伴生气发电的燃气轮机2能源配置系统，参照图1，包括：煤化工伴生气处理系统1、燃气轮机2、余热锅炉3和控制系统4。其中，煤化工伴生气处理系统1：对低热值的煤化工伴生气进行处理，根据低热值燃料气色谱仪的成分分析计算结果混合进入相应比例的高热值燃料气以提高混合后燃料气的热值及华白指数，并对混合燃料气进行精过滤以及精准流量控制，使煤化工伴生气能够满足燃气轮机2燃烧要求，高热值燃料气包括天然气和液化石油气等。燃气轮机2：煤化工伴生气在燃气轮机2中燃烧，从而进行发电；余热锅炉3：利用煤化工伴生气燃烧过程中产生的高温烟气，生成蒸汽；控制系统4：对煤化工伴生气处理系统1、燃气轮机2和余热锅炉3进行控制。

煤化工伴生气处理系统1连通有第一路低热值燃料气入口管路14、第二路低热值燃料气入口管路15和高热值燃料气入口管路16。高热值燃料气入口管路16上安装有高热值燃料气流量调节阀7、高热值燃料气色谱仪10和高热值燃料气流量传感器13，高热值燃料气入口管路16沿远离煤化工伴生气处理系统1的方向依次安装高热值燃料气流量传感器13、高热值燃料气色谱仪10和高热值燃料气流量调节阀7。

第一路低热值燃料气入口管路14上安装有第一路低热值燃料气流量调节阀5、第一路低热值燃料气色谱仪8和第一路低热值燃料气流量传感器11，第一路低热值燃料气入口管路14沿远离煤化工伴生气处理系统1的方向依次安装第一路低热值燃料气流量传感器11、第一路低热值燃料气色谱仪8和第一燃料气流量调节阀。

第二路低热值燃料气入口管路15上安装有第二路低热值燃料气流量调节阀6、第二路低热值燃料气色谱仪9和第二路低热值燃料气流量传感器12，第二路低热值燃料气入口管路15沿远离煤化工伴生气处理系统1的方向依次安装第二路低热值燃料气流量传感器12、第二路低热值燃料气色谱仪9和第二路低热值燃料气流量调节阀6。

煤化工伴生气产生的低热值燃料气通过第一路低热值燃料气入口管路14,第二路低热值燃料气入口管路15进入煤化工伴生气处理系统1，并通过第一路低热值燃料气流量调节阀5和第二路低热值燃料气流量调节阀6控制低热值燃料气输入量。高热值燃料气通过高热值燃料气入口管路16进入煤化工伴生气处理系统1，并通过高热值燃料气流量调节阀7调节高热值燃料气流量，以提高混合燃料气热值与华白指数，煤化工伴生气与高热值燃料气按照xx比例混合处理。输入的燃料气在煤化工伴生气处理系统1中处理到满足运行要求的标准后进入燃气轮机2，经过燃机中高温燃烧后，能量转化成电能。燃机的尾端高温烟气进入到余热锅炉，利用高温烟气中的能量产生大量蒸汽，通过蒸汽流量调节阀17和供蒸汽管路18输送给下游用户。

控制系统4对整套综合能源配置的运行进行自动控制，控制系统4与蒸汽流量调节阀17、余热锅炉3、燃气轮机2、煤化工伴生气处理系统1、第一路低热值燃料气流量调节阀5、第二路低热值燃料气流量调节阀6、高热值燃料气流量调节阀7、第一路低热值燃料气色谱仪8、第二路低热值燃料气色谱仪9、高热值燃料气色谱仪10、第一路低热值燃料气流量传感器11、第二路低热值燃料气流量传感器12、高热值燃料气流量传感器13控制连接。

控制系统4的控制包括以下流程：

步骤S1：所述控制系统4接受用户端负荷容量需求信号，并根据负荷容量需求启动煤化工伴生气处理系统1、燃气轮机2、余热锅炉3；

步骤S2：打开所述第一路低热值燃料气流量调节阀5和所述第二路低热值燃料气流量调节阀6流入低热值燃料气，所述第一路低热值燃料气色谱仪8和所述第二路低热值燃料气色谱仪9分析低热值燃料气成分并反馈所述控制系统4，所述第一路低热值燃料气流量传感器11和所述第二路低热值燃料气流量传感器12测试低热值燃料气流量并反馈所述控制系统4；

步骤S3：打开所述高热值燃料气流量调节阀7流入高热值燃料气，所述高热值燃料气色谱仪10分析高热值燃料气成分并反馈所述控制系统4，所述高热值燃料气流量传感器13测试高热值燃料气流量并反馈所述控制系统4；

步骤S4：所述控制系统4根据反馈数据计算并通过所述高热值燃料气流量调节阀7控制高热值燃料气流量；

步骤S5：低热值燃料气和高热值燃料气先后进入所述煤化工伴生气处理系统1，所述控制系统4控制所述煤化工伴生气处理系统1混合处理燃料气，处理过程包括混合、精过滤以及精准流量控制，使燃料气能够满足燃气轮机2燃烧要求；

步骤S6：所述煤化工伴生气处理系统1根据所述控制系统4的信号提供成分、热值、流量均满足要求的燃料气，流入所述燃气轮机2中进行燃烧发电，匹配用户端电负荷需求；

步骤S7：所述燃气轮机2燃烧后尾端的高温排烟进入余热锅炉3，所述控制系统4控制余热锅炉3产生匹配用户端热负荷需求的高温蒸汽。

一种利用煤化工伴生气发电的燃气轮机能源配置方法，包括以下步骤：

步骤S1：煤化工伴生气和高热值燃料气输入至煤化工燃料气处理系统中，进行处理，煤化工伴生气和高热值燃料气按xx比例混合处理；

步骤S2：将处理后的混合态燃料气输入至燃气轮机2中，在燃气轮机2中燃烧发电；

步骤S3：将混合态燃料气燃烧过程中产生的高温烟气通入到余热锅炉3中，从而生成蒸汽，将蒸汽用于供热。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。