一种燃机驱动的联合机组及基于该机组的生产设备的制作方法

本实用新型涉及化工设备领域，具体的说，是一种燃机驱动的联合机组及基于该机组的生产设备。

背景技术：

我国的资源结构是贫油、少气、富煤，仅管我国的煤炭储备、生产和消费均居世界前列，但在本世纪初，由于国际油价持续飙升，以油气为原料生产合成氨和化肥的企业逐渐都启动“油气改煤”工程，一方面，引进国外的煤气化技术，另一方面，我国的航天炉、赛鼎炉和水煤浆等煤气化技术也得到了提高。但目前所有的煤化工企业都存在一个共同的问题：依然需要大量的以煤为燃料的锅炉来产生各种高、中压的蒸汽来驱动大型压缩机或进行火力发电做为自备电厂，且设备占地大，结构复杂；其热值利用率低于30％，这不仅浪费煤炭资源，而且对大气造成严重的污染。国外的煤气化技术主要用于煤气化联合循环发电，但只有大型发电项目才能体现其优势,无法有效改善国内煤化工的燃料清洁利用问题。现需要一种适应国内项目的能够提高经济效益，实现清洁、高效、可循环运转的燃机驱动压缩机和发电的联合机组来解决上述问题。于是我发明了本实用新型：本实用新型涉及燃气轮机在驱动压缩机并利用剩余能量进行发电的设备，即Gas Turbine Driving Compressor Generator Combined train(GDCG)机组简称GDCG，可以广泛应用在能源、化工领域。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于设计出一种燃机驱动的联合机组及基于该联合机组的生产设备，具有环保、运行可靠、高效、可循环运转的优点。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种燃机驱动的联合机组及基于该联合机组的生产设备，包括依次通过联轴器连接的燃气轮机、压缩机和电动发电机，所述燃气轮机与压缩机之间连接有离合器，所述燃气轮机的尾气出口通过管道与余热锅炉连通。离合器能够根据该联合机组的运转情况实现燃气轮机和压缩机的自动连接和脱开，电动发电机能够根据化工系统生产的需要在电动机和发电机这两种功能模式进行自动切换。该联合机组用于化工生产系统内，用来为化工系统压缩各种介质，能够使用煤化工系统产生的煤气化气或其他燃气作为燃气轮机的燃料，驱动该联合机组运行，实现煤炭资源的清洁环保利用。

在化工系统启动阶段，离合器将燃气轮机与压缩机脱开，首先由电动发电机以电动机的形式驱动压缩机，为与之连接的化工生产系统提供必要的压缩气体，当化工生产设备运行稳定并能够为燃气轮机提供充足的燃气，使燃气轮机运行稳定并达到压缩机所需要匹配的转速后，离合器自动将燃气轮机与压缩机连接，使燃气轮机驱动压缩机运转，此时即实现的化工系统热效率的高效使用。

之后当燃气轮机的输出能量大于压缩机所需要的输入能量时，电动发电机转换为发电机，使燃气轮机驱动压缩机的同时驱动发电机进行发电并向外输送电力，使得燃气轮机始终处于高效率的工作点上；可以在调节压缩机负荷的同时调节联合机组的发电量，化工企业可以灵活决定生产化工产品和发电的比例，实现企业效益的最大化。

同时燃气轮机产生的高温尾气经过余热锅炉回收产生蒸汽通过蒸汽管道作为化工生产线的汽轮机或煤气化炉等的汽源，并以汽轮机驱动其他压缩机(二氧化碳压缩机、循环气压缩机、氨冰机等)进行发电，或者作为热源进行供热，达到了节能减排的效果；蒸汽做功后产生的冷凝水再通过循环水管回到余热锅炉被燃气轮机的尾气加热，生成蒸汽，实现水资源的循环利用。

在化工系统处于启动阶段或燃气轮机例行检修或意外停机时，离合器脱开压缩机，电动发电机转换为电动机驱动压缩机，使化工系统的生产不受影响。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述离合器为变速离合器。是否需要变转速可根据压缩机与燃气轮机的转速情况灵活确定。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述燃气轮机的燃料为煤气化气或天然气。更进一步的，燃气的种类还可为其他可燃气体，其可以根据化工系统需要灵活选择。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述压缩机为多轴齿式压缩机或单轴压缩机。压缩机的选择可以根据化工系统需要以及性能的优越性灵活选择。但压缩机必须能够在两端有联轴器，通过联轴器分别与燃气轮机和电动发电机进行传动连接。

一种煤化工装置，包括一种燃机驱动的联合机组；还包括煤气化炉和空分设备，所述煤气化炉通过管道与燃气轮机的燃料进口连通，所述空分设备的进气口和氧气出口分别通过管道与压缩机和煤气化炉的氧气进口连通，所述余热锅炉与煤气化炉之间分别通过蒸汽管道和循环水管道连通。余热锅炉通过蒸汽管道为煤气化炉提供蒸汽，蒸汽冷凝后所产生的冷凝水由管道再输送回余热锅炉继续生产蒸汽，实现水资源的循环利用。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述煤气化炉与燃气轮机之间还设置有用于净化煤气化气的净化设备，所述净化设备的进气口与煤气化炉的出气口连通，所述净化设备的出气口与燃气轮机的燃料进口连通。煤气化炉经管道输送净化机的后的煤气化气做为燃气轮燃料，更进一步的，所述净化设备还与下游相关化工工艺设备连通并提供净化后的煤气化气。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述压缩机为空压机与增压机的一体化压缩机组。煤气化炉经管道为该联合机组输送净化后的煤气化气做为燃气轮机的燃料，燃气轮机经联轴器和离合器驱动一体化压缩机组(空压机与增压机)，一体化压缩机组排出高压空气经管道输送给空分设备，空分设备将分离出的氧气通过管道输送给煤气化炉，同时余热锅炉通过蒸汽管道向煤气化炉输送蒸汽，使煤气化炉中的煤与氧气一同反应产生煤气化气；煤气化气通过管道进入净化设备，净化后的煤气化气通过管道输送到燃气轮机中作为燃料；同时净化后的煤气化气也通过管道输送到下游的化工生产设备中去；余热锅炉排除的多余蒸汽输送到下游相关化工工艺设备中为设备提供驱动力或进行发电。更进一步的，当燃气轮机的输出能量大于压缩机所需要的输入能量时，电动发电机转换为发电机，使燃气轮机驱动压缩机的同时驱动发电机进行发电并向外输送电力，使得燃气轮机始终处于高效率的工作点上，在调节压缩机负荷的同时可以调节联合机组的发电量，化工企业可以灵活决定生产化工产品和发电的比例，实现企业效益的最大化。

一种合成氨尿素装置，包括一种燃机驱动的联合机组；还包括用于分离氧气和氮气的空分设备、氨合成器塔、煤气化炉、煤气化气净化分离设备、汽轮机、二氧化碳压缩机、尿素反应釜、氢气净化设备；所述汽轮机通过联轴器与二氧化碳压缩机连接，所述二氧化碳压缩机通过管道与尿素反应釜连通；所述煤气化炉的出气口分别通过管道与燃气轮机的燃料进口和煤气化气净化分离设备的进气口连通，所述煤气化气净化分离设备的出气口分别通过管道与氢气净化设备的进气口和二氧化碳压缩机的进气口连通；所述氢气净化设备的出气口通过管道与压缩机的进气口连通，所述压缩机的出气口通过管道与氨合成器塔的进气口连通，所述氨合成器塔的出口与尿素反应釜连通；所述二氧化碳压缩机的出气口通过管道与尿素反应釜连通；所述余热锅炉与煤气化炉之间分别通过蒸汽管道和循环水管道连通。蒸汽冷凝后所产生的冷凝水由管道再输送回余热锅炉继续生产蒸汽，实现水资源的循环利用。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述余热锅炉与汽轮机之间分别通过蒸汽管道和循环水管道连通。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述压缩机为与合成氨器塔匹配的合成气压缩机。

因煤气化气介质在系统调试阶段组分不稳定，压力流量等等因素都存在一定程度的波动。在这种情况下，由电动发电机以电动机的形式驱动压缩机进行前期的调试和试运行，可以确保化工系统相比传统的燃煤锅炉产生高压蒸汽供给汽轮机驱动压缩机的调试运行周期大大缩短，稳定性和灵活性大大。

当该种合成氨尿素的生产设备正常投产后，煤气化炉生产的煤气化气依然主要做为下游生产的原料，其中少量煤气化气作为燃气轮机的燃料，使燃气轮机驱动压缩机工作。

燃气轮机正常运转达到合成压缩机需要的转速后，离合器将燃气轮机与压缩机自动连接，由燃气轮机驱动压缩机。

当燃气轮机输出的能量大于压缩机所需要的能量时，原本作为电动机的电动发电机自动转换为发电机，并向外输出电能。

燃气轮机排出的尾气通过余热锅炉生产蒸汽用于汽轮机驱动其他压缩机或发电机，或直接对外提供热源。余热锅炉产生蒸汽的温度、压力在设计阶段可以根据后段工艺需要进行设定。

在燃气轮机例行检修或意外停机时，离合器脱开压缩机，继续由电动发电机以电动机的形式驱动合成气压缩机，使化工系统的生产不受影响。

进一步的，该种燃机驱动的联合机组还可以应用到石油气化工装置和天然气化工装置中。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型中，该种燃机驱动的联合机组能够运用到煤化工、合成氨尿素装置、石油化工装置和天然气化工装置中，能够使生产产品的过程更加清洁环保，使燃料的消耗量降低，化工生产的产量的到提高，降低了生产成本，提高了设备系统的热利用效率，并且能够在生产化工产品的同时可以大量生产电能，可以改善化工企业产品结构，实现企业效益最大化；

(2)本实用新型中，当压缩机降低负荷的时候，电动发电机分配到的功率相应可以得到增加，发电量能够得到增加，化工企业可以根据市场行情灵活调整销售化工产品还是销售电力，使能源能够得到充分的利用，具有环保的优点；

(3)本实用新型中，电动发电机的设置使得燃气轮机在意外停机时能够避免导致整生产设备的瘫痪，提高了使用燃机的化工厂运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1中的结构示意框图；

图2是实施例2中的结构示意框图；

图3是实施例3中的结构示意框图；

图中1-燃气轮机；2-压缩机；3-电动发电机；4-离合器，5-余热锅炉。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

实施例1：

一种燃机驱动的联合机组，如图1、图2、图3所示，特别设置成下述结构：包括依次通过联轴器传动连接的以煤气化气为燃料的燃气轮机1、压缩机2和电动发电机3，所述燃气轮机1与压缩机2之间传动连接有离合器4，燃气轮机1的尾气出口还通过管道与余热锅炉5连通，向余热锅炉提供热量。其中，压缩机2为多轴齿式压缩机，离合器4为变速离合器；离合器4并能够根据该联合机组的运转情况实现燃气轮机1和压缩机2的自动连接和脱开，电动发电机3能够根据实际的运转情况在电动机和发电机这两种功能模式进行自动切换。余热锅炉5接收燃气轮机1的热量，通过蒸汽管道为其他生产设备提供热量或驱动力，同时冷凝后的蒸汽形成冷凝水并通过循环水管道流回到余热锅炉5中继续加热循环利用。该联合机组与煤化工生产系统内，用以带动煤化工生产设备的运行，并能够通过煤化工生产设备产生的燃气驱动该联合机组运行，实现可循环的运转；在启动该联合机组时，离合器4将燃气轮机1与压缩机2脱开，首先将电动发电机3以电动机的形式驱动压缩机压缩工艺介质(空气或合成气或工艺气等等)，为与之连接的煤化工生产设备提供必要的压缩气体，当煤化工生产设备运行稳定并为燃气轮机1提供充足的燃气而运行稳定并达到压缩机2所需要匹配的转速后，离合器4自动将燃气轮机1与压缩机2连接，使燃气轮机1带动压缩机2运转，之后当燃气轮机1的输出能量大于压缩机2所需要的输入能量时，电动发电机3转换为发电机，使燃气轮机1带动发电机进行发电并向外输送电力，使得燃气轮机1始终处于高效率的工作点位上，并且燃气轮机1产生的高温尾气由余热锅炉回收热能，达到了节能减排的效果。当在燃气轮机1例行检修或意外停机时，离合器4脱开压缩机2，电动发电机3转换为电动机驱动压缩机2，使化工系统的生产不受影响。

实施例2：

一种空分设备，如图2所示，特别设置成下述结构：包括一种燃机驱动的联合机组，还包括煤气化炉、净化设备和空分设备，所述煤气化炉通过管道与净化设备的进气口连通，净化设备的出气口与燃气轮机1的燃料通过管道连通，所述空分设备的进气口和氧气出口分别通过管道与压缩机连通，所述余热锅炉5与煤气化炉之间分别通过蒸汽管道和循环水管道连通。余热锅炉5通过蒸汽管道为煤气化炉提供蒸汽，蒸汽冷凝后所产生的冷凝水由管道再输送回余热锅炉5继续生产蒸汽，实现水资源的循环利用。净化设备还与下游相关化工工艺设备连通并提供净化后的煤气化气。其中，压缩机2为空压机与增压机的一体化压缩机组。

使用时，在空分设备和煤气化炉的启动阶段，离合器4将燃机与压缩机脱开，此时电动发电机3为电动机状态并驱动压缩机工作，向空分设备提供压缩空气。

在空分设备和煤气化炉正常投产后，气化炉生产的煤气化气经过净化后主要做为下游的化工生产的原料，其中少量气化气作为燃气轮机1的燃料。

在燃气轮机1正常运转达到压缩机2所需要匹配的转速后，离合器4将燃气轮机1与压缩机2自动连接，由燃气轮机1驱动压缩机2。

当燃气轮机1输出的能量大于压缩机2所需要的能量时，原本作为电动机的电动发电机3自动转换为发电机并向外输出电能。

燃气轮机1排出的尾气通过余热锅炉生产蒸汽，或直接对外提供热源。余热锅炉产生蒸汽的温度、压力在设计阶段可以根据后段工艺需要设定。

在燃气轮机1例行检修或意外停机时，离合器4脱开压缩机2，继续由电动发电机3以电动机的形式驱动压缩机2，使化工系统的生产不受影响。

实施例3：

一种合成尿素的生产设备，如图3所示，特别设置成下述结构：包括一种燃机驱动的联合机组；还包括用于分离氧气和氮气的空分设备、氨合成器塔、煤气化炉、煤气化气净化分离设备、汽轮机、二氧化碳压缩机、尿素反应釜、氢气净化设备；其中，压缩机2为与合成氨器塔匹配的合成气压缩机；所述汽轮机通过联轴器与二氧化碳压缩机连接，所述二氧化碳压缩机通过管道与尿素反应釜连通；所述煤气化炉的出气口分别通过管道与燃气轮机1的燃料进口和煤气化气净化分离设备的进气口连通，所述煤气化气净化分离设备的出气口分别通过管道与氢气净化设备的进气口和二氧化碳压缩机的进气口连通；所述氢气净化设备的出气口通过管道与压缩机2的进气口连通，所述压缩机2的出气口通过管道与氨合成器塔的进气口连通，所述氨合成器塔的出口与尿素反应釜连通；所述二氧化碳压缩机的出气口通过管道与尿素反应釜连通；所述余热锅炉5与煤气化炉之间分别通过蒸汽管道和循环水管道连通，并且余热锅炉5与汽轮机之间分别通过蒸汽管道和循环水管道连通。煤气化气净化分离设备将煤气化炉产生的煤气化气进行净化和分离，将二氧化碳通入二氧化碳压缩机，将氢气通入氢气净化设备，将分离的硫磺回收处理。蒸汽冷凝后所产生的冷凝水由管道再输送回余热锅炉5继续生产蒸汽，实现水资源的循环利用。

使用时，因煤气化气介质组分不稳定，压力流量等等因素都存在一定程度的波动。在这种情况下，由电动发电机3以电动机的形式驱动压缩机2进行前期的调试和试运行。

当该种合成氨尿素装置正常投产后，煤气化炉生产的煤气化气化气依然主要做为下游生产的原料，其中少量煤气化气作为燃气轮机1的燃料，燃气轮机1驱动压缩机2工作。

在燃气轮机1正常运转达到合成压缩机需要的转速后，离合器4将燃气轮机1与压缩机自动连接，由燃气轮机1驱动压缩机2。

当燃气轮机1输出的能量大于压缩机2所需要的能量时，原本作为电动机的电动发电机3自动转换为发电机，并向外输出电能。

燃气轮机1排出的尾气通过余热锅炉生产蒸汽，并对汽轮机和煤气化炉提供蒸汽，驱动该种合成尿素的生产设备生产出尿素。余热锅炉产生蒸汽的温度、压力在设计阶段可以根据后段工艺需要设定。生产的蒸汽的功率一般。

在燃机例行检修或意外停机时，离合器4把燃机与压缩机脱开，继续由电动发电机3以电动机的形式驱动压缩机2，使化工系统的正常生产不受影响。

根据生产需要，一种燃机驱动的联合机组也可以应用在石油气化工领域；油制气产生的燃气作为燃料经管道为该联合机组输送净化后的燃气做为燃气轮机1的燃料，燃气轮机1经联轴器和离合器4驱动压缩机2(空压机、增压机、合成气压缩机、工艺气压缩机)，压缩机2排出高压气体介质经管道输送给空分装置空气或向石油化工生产线输送相关气体介质。当燃气轮机1的输出能量大于压缩机2所需要的输入能量时，电动发电机3转换为发电机，使燃气轮机1驱动压缩机2的同时驱动发电机进行发电并向外输送电力，使得燃气轮机1始终处于高效率的工作点上，在调节压缩机2负荷的同时可以调节联合机组的发电量，化工企业可以灵活决定生产化工产品和发电的比例，实现企业效益的最大化。联合机组的燃气轮机1的尾气经管道输送给余热锅炉5，余热锅炉5所产生的蒸汽也可由管道输送给油制燃气系统，为油制气系统提供气化反应所需要的热能，或者为相关化工工艺提供动力蒸汽汽源驱动汽轮机拖动其他压缩机组(二氧化碳压缩机、循环气压缩机、氨冰机等等)，或驱动发电机发电；蒸汽冷凝后所产生的冷凝水由管道再输送回余热锅炉5继续生产蒸汽，实现水资源的循环利用。

根据生产需要，一种燃机驱动的联合机组也可以应用在天然气化工领域；天然气经管道为该联合机组输送净化后的天然气做为燃气轮机1的燃料，燃气轮机1经联轴器和离合器驱动压缩机2(空压机、增压机、合成气压缩机、工艺气压缩机)，压缩机2排出高压气体介质经管道输送给空分装置空气或向天然气化工生产线输送相关气体介质。当燃气轮机1的输出能量大于压缩机2所需要的输入能量时，电动发电机3转换为发电机，使燃气轮机1驱动压缩机的同时驱动发电机进行发电并向外输送电力，使得燃气轮机始终处于高效率的工作点上，在调节压缩机负荷的同时可以调节联合机组的发电量，化工企业可以灵活决定生产化工产品和发电的比例，实现企业效益的最大化。联合机组燃气轮机的尾气经管道输送给余热锅炉5，余热锅炉5所产生的蒸汽也可由管道输送给化工工艺需要热能的工艺段，提供系统需要的热能，或者为相关化工工艺提供动力蒸汽汽源驱动汽轮机拖动其他压缩机组(二氧化碳压缩机、循环气压缩机、氨冰机等等)；蒸汽冷凝后所产生的冷凝水由管道再输送回余热锅炉继续生产蒸汽，实现水资源的循环利用。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。