专利名称：化工富氢气体的收集利用系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种化工富氢气体的收集利用系统，可回收利用煤气化合成气和化工驰放气以供联合循环发电并且产生低污染排放。
背景技术：
化石燃料燃烧排放的CO2加速了全球的气候变暖，已成为当前国际社会关注的热点问题。作为全球最大的以煤炭为主要能源的国家，我国已把发展低碳经济，应对气候变化作为国家经济社会发展的重大战略，国家和企业都承担着减排CO2的重要使命。目前，对于很多煤化工企业(包括较多大型煤化工企业)而言，均存在将化工驰放气(部分的H2含量可达70%以上)放空火炬燃烧，即“点天灯”的现象，这造成了极大的能源浪费并且排放了大量的CO2气体。但是，这种化工驰放气中富含氢气成分，将其作为富氢燃料在燃气轮机中燃烧时，其产物主要是水，可最大程度地减少CO2气体的排放。因而这种化工驰放气需要较好地加以有效利用。当采用煤气化合成气时，通过变换可获得纯氢气体，采用联合循环发电可实现近零排放。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种化工富氢气体的收集利用系统，以有效收集和充分利用化工富氢气体，减少CO2气体等污染物的排放。为实现上述目的，本实用新型提供了一种化工富氢气体的收集利用系统，该系统包括化工富氢气体收集装置、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机，所述化工富氢气体收集装置管道连接至所述燃气轮机的燃烧室，该燃烧室的尾气排放口连通所述余热锅炉，该余热锅炉的锅炉蒸汽排出口连接至所述蒸汽轮机。
优选地，该系统还可包括空气压缩机，该空气压缩机管道连接至所述燃气轮机的燃烧室的助燃气体入口。优选地，该系统还可包括冷凝水回收装置，该冷凝水回收装置连接所述余热锅炉的冷凝水排出口。优选地，该系统还可包括氮气回注装置，该氮气回注装置分别连接所述余热锅炉的排气口和所述燃气轮机的燃烧室。可选择地，该系统还可包括空气分离设备，该空气分离设备具有纯氧管道接口，该纯氧管道接口连接所述燃气轮机的燃烧室。可选择地，该系统还可包括水蒸气回注装置，该水蒸气回注装置分别连接所述余热锅炉的排气口和所述燃气轮机的燃烧室。优选地，该系统还可包括冷凝水回收装置，该冷凝水回收装置连接所述余热锅炉的冷凝水排出口。优选地，上述系统还可包括用于输送化工驰放气的化工驰放气管道和/或用于输送煤气化合成气的煤气化合成气管道，所述化工驰放气管道和/或煤气化合成气管道连接所述化工富氢气体收集装置。优选地，该系统还可包括水煤气变换装置，所述煤气化合成气管道通过所述水煤气变换装置与所述化工富氢气体收集装置连接。优选地，该系统还可包括连接于所述水煤气变换装置上的二氧化碳回收装置。通过上述技术方案，根据本实用新型的化工富氢气体的收集利用系统中，通过化工富氢气体收集装置可收集化工驰放气或煤气化合成气等化工富氢气体，将其通入燃气轮机中并在空气或纯氧等助燃剂的参与下进行燃烧，燃烧尾气可作为热源通入余热锅炉中，余热锅炉中产生的锅炉蒸汽可用于蒸汽轮机发电。同时燃烧尾气将只有水蒸气、氮气或少量的CO2气体等，水蒸气冷凝后可回收利用冷凝水，而氮气等其它可回注到燃气轮机中以降低燃气轮机燃烧温度和氮氧化物排放。本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:图1为根据本实用新型的一种优选实施方式的化工富氢气体的收集利用系统的结构原理图；图2为根据本实用新型的另一种优选实施方式的化工富氢气体的收集利用系统的结构原理图。附图标记说明
I化工富氢气体收集装置2燃气轮机3余热锅炉4蒸汽轮机5冷凝水回收装置6空气压缩机7氮气回注装置8空气分离设备9水煤气变换装置10 二氧化碳回收装置
具体实施方式
以下，将参照附图详细说明根据本实用新型的实施方式。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。如图1或图2所示，本实用新型提供了一种化工富氢气体的收集利用系统，该系统包括化工富氢气体收集装置1、燃气轮机2、余热锅炉3和蒸汽轮机4，化工富氢气体收集装置I管道连接至所述燃气轮机2的燃烧室，以将化工富氢气体通入该燃气轮机2内燃烧，该燃烧室的尾气排放口连通所述余热锅炉3以将燃烧尾气作为热源通入所述余热锅炉3内并使该锅炉产生锅炉蒸汽，该余热锅炉3的锅炉蒸汽排出口连接至所述蒸汽轮机4以将锅炉蒸汽送入蒸汽轮机4内用于发电或供热。作为总的构思，本实用新型通过收集和燃烧化工富氢气体，以利用燃烧能量并且燃烧尾气含有较少的CO2气体，燃烧尾气中的水蒸气经过余热锅炉后可回收冷凝水，燃烧尾气的热量还可用于供蒸汽轮机发电或加热。从而最大程度地利用了化工驰放气或煤气化合成气等化工富氢气体，而且回收了有益物质并产生最少的污染物。[0027]其中，对于燃煤发电来说，富氢或纯氢燃烧是一种极具发展潜力的碳减排技术。氢作为燃气轮机燃料时，由于水是唯一燃烧产物，因此氢燃料具有较为独特的性质，与天然气相比，天然气在燃气轮机中燃烧后燃气内水蒸气含量为8.3/12.3% (无/有燃料预饱和过程)，而氢在燃气轮机中燃烧后燃气内水蒸气含量为13.1/20.1% (无/有燃料预饱和过程)，其水蒸气含量大大提高，而其CO2排放量则近似为零。现有技术中已开始对以氢为燃料进行燃烧从而用作动力源的相关课题进行了研究，例如申请号为200810104995.0，名称为“一种以氢为燃料的动力循环方法”的专利申请中介绍了一种以氢为燃料，以纯氧为氧化剂并以二氧化碳为循环工质的动力循环方法。申请号为201010246773.X，名称为“一种使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的方法及装备”的专利申请中介绍了一种采用纯氧与富氢燃料进行燃烧的方法。因而，将化工富氢气体在燃气轮机中进行燃烧和利用是具有可行性的。而且利用余热锅炉的蒸汽供蒸汽轮机发电也是成熟技术，因而本领域技术人员可知晓的是，本实用新型的上述构思能够得以实现。具体地，富氢气体在燃气轮机2中燃烧时，通常利用空气作为助燃剂，这相对于使用纯氧作为助燃剂而言可降低系统能耗，即减少利用空气分离设备将纯氧分离的能耗过程。因此，如图1所示，上述系统还可包括空气压缩机6，该空气压缩机6管道连接至燃气轮机2的燃烧室，以将作为助燃剂的空气注入该燃气轮机2内参与燃烧。当利用空气作为助燃剂时，上述系统还可包括冷凝水回收装置5，该冷凝水回收装置5连接所述余热锅炉3的冷凝水排出口，以回收所述燃烧尾气经过余热锅炉3并与该锅炉换热后生成的冷凝水。这种冷凝水的回收对于富煤地区例如中国西部地区，同时也是缺水地区而言具重要意义。此夕卜，在燃烧富氢燃气的燃气轮机中，国内外的燃气轮机主要燃用天然气或低热值合成气，对于富氢燃气而言，由于燃烧温度高，为降低污染物排放，需要回注氮气或水蒸气等，进行稀释燃烧，这将增加燃气的流量，部分燃气轮机需要对压气机和透平的通流部分进行改造，以实现通流匹配。因此，该系统还可包括氮气回注装置7，该氮气回注装置7分别连接所述燃气轮机2的燃烧室和余热锅炉3的排气口，化工富氢气体与空气在燃气轮机2内燃烧后的燃烧尾气中包括水蒸气和氮气，水 蒸气和氮气经由余热锅炉3换热后，水回收，氮气则通过该氮气回注装置7回注到燃气轮机2内，以降低燃气轮机2的燃烧温度和氮氧化物的排放量。富氢气体在燃气轮机2中燃烧时，对于具有空气分离设备的应用产所而言，也可利用空气分离设备分离出的纯氧作为助燃剂参与燃烧。如图2所示，该系统还包括空气分离设备8，该空气分离设备8具有纯氧管道接口，纯氧管道接口连接燃气轮机2的燃烧室，以将作为助燃剂的纯氧注入该燃气轮机2内参与燃烧。同样地，该系统还可包括冷凝水回收装置5，该冷凝水回收装置5连接余热锅炉3的冷凝水排出口，以回收燃烧尾气经过余热锅炉3后生成的冷凝水。并且如图2所示，此时余热锅炉3中的排气口在冷凝水回收后可直接排空，对外界环境产生很少或几乎不产生气体污染。此外，采用空气分离设备时，可通过注入水蒸气来降低燃气轮机2的燃烧温度。因而，该系统还可包括水蒸气回注装置，该水蒸气回注装置分别连接所述燃气轮机2的燃烧室和余热锅炉3的排气口，以收集所述燃烧尾气在余热锅炉3中的一部分水蒸气并将其回注到所述燃气轮机2中。上述的化工富氢气体可以是化工驰放气或煤气化合成气，也可以是其它以氢气为主要成分的燃料。当采用化工驰放气或煤气化合成气时，本实用新型的上述系统还可包括用于输送化工驰放气的化工驰放气管道和/或用于输送煤气化合成气的煤气化合成气管道，所述化工驰放气管道和/或煤气化合成气管道连接至所述化工富氢气体收集装置I。其中，化工驰放气的成分以氢气为主，可直接收集或者加以提纯后收集。而煤气化合成气中通常氢浓度较低，需要进行水煤气变换。因而，当所述化工富氢气体收集装置I收集的化工富氢气体包括煤气化合成气时，如图1或图2所示，该系统还可包括水煤气变换装置9，煤气化合成气管道通过水煤气变换装置9与化工富氢气体收集装置I连接。采用水煤气变换装置提取氢气是一种成熟技术，例如专利申请号为201010294330的专利申请中即公开了一种水煤气变换装置。此外，经过水煤气变换获得氢气外，还产生了大量的CO2气体，需要加以捕获。因而该系统还可包括与所述水煤气变换装置9相连的二氧化碳回收装置10，水煤气变换装置9可将该二氧化碳气体通入二氧化碳回收装置10中，使得CO2气体可永久封存或资源化利用。综上，根据本实用新型的化工富氢气体的收集利用系统通过充分利用化工企业驰放气或煤气化合成气，可实现煤炭、电力和化工的行业创新和高度集成，既达到了煤炭资源综合利用的目的，又实现了 CO2减排。同时，还可以实现富氢燃料燃气轮机的低NOx排放。采用富氢燃烧技术可实现废气的回收利用，对于发电系统来说相当于省去了燃料成本，同时通过系统高度集成和优化整合，整个系统的综合利用程度将得到提高，有利于节能减排。以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的 具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式
中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
权利要求1.一种化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统包括化工富氢气体收集装置(I)、燃气轮机(2)、余热锅炉(3)和蒸汽轮机(4)，所述化工富氢气体收集装置(I)管道连接至所述燃气轮机(2 )的燃烧室，该燃烧室的尾气排放口连通所述余热锅炉(3 )，该余热锅炉(3)的锅炉蒸汽排出口连接至所述蒸汽轮机(4)。
2.根据权利要求1所述的化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统还包括空气压缩机(6)，该空气压缩机(6)管道连接至所述燃气轮机(2)的燃烧室的助燃气体入□。
3.根据权利要求2所述的化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统还包括冷凝水回收装置(5 )，该冷凝水回收装置(5 )连接所述余热锅炉(3 )的冷凝水排出口。
4.根据权利要求2所述的化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统还包括氮气回注装置(7 )，该氮气回注装置(7 )分别连接所述余热锅炉(3 )的排气口和所述燃气轮机(2)的燃烧室。
5.根据权利要求1所述的化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统还包括空气分离设备(8)，该空气分离设备(8)具有纯氧管道接口，该纯氧管道接口连接所述燃气轮机(2)的燃烧室。
6.根据权利要求5所述的化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统还包括水蒸气回注装置，该水蒸气回注装置分别连接所述余热锅炉(3)的排气口和所述燃气轮机(2)的燃烧室。
7.根据权利要求5所述的化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统还包括冷凝水回收装置(5 )，该冷凝水回收装置(5 )连接所述余热锅炉(3 )的冷凝水排出口。
8.根据权利要求1-·7中任意一项所述的化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统还包括用于输送化工驰放气的化工驰放气管道和/或用于输送煤气化合成气的煤气化合成气管道，所述化工驰放气管道和/或煤气化合成气管道连接所述化工富氢气体收集装置(I)。
9.根据权利要求8所述的化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统还包括水煤气变换装置(9)，所述煤气化合成气管道通过所述水煤气变换装置(9)与所述化工富氢气体收集装置(I)连接。
10.根据权利要求9所述的化工富氢气体的收集利用系统，其特征在于，该系统还包括连接于所述水煤气变换装置(9 )上的二氧化碳回收装置(10 )。
专利摘要本实用新型公开了一种化工富氢气体的收集利用系统，该系统包括化工富氢气体收集装置(1)、燃气轮机(2)、余热锅炉(3)和蒸汽轮机(4)，所述化工富氢气体收集装置(1)管道连接至所述燃气轮机(2)的燃烧室，该燃烧室的尾气排放口连通所述余热锅炉(3)，该余热锅炉(3)的锅炉蒸汽排出口连接至所述蒸汽轮机(4)。另外冷凝水回收装置(5)还可连接余热锅炉(3)的冷凝水排出口以回收冷凝水。本实用新型的化工富氢气体的收集利用系统可以有效收集和充分利用化工富氢气体，达到了煤炭资源综合利用的目的，同时又减少CO2和NOx气体等污染物的排放。对于发电系统而言省去了燃料成本，综合利用程度较高，有利于节能减排。
文档编号F01K11/02GK203098053SQ201320112188
公开日2013年7月31日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者余学海, 廖海燕, 陈寅彪, 王颖聪 申请人:中国神华能源股份有限公司, 北京国华电力有限责任公司, 神华国华(北京)电力研究院有限公司