本发明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领域。
背景技术：
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。
技术实现要素：
本发明的目的在于，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。本发明将燃气轮机系统、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，本发明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，本发明的有益之处在于：
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℃左右的高温水蒸气：中温水为用户提供生活用水和供暖；高温水蒸气进入蒸汽轮机做功，做功后的水蒸气含有大量的汽化潜热，利用这一部分气化潜热将蒸汽轮机排气导入吸收式制冷设备中作为制冷热源，在为用户提供电量、热量和冷量的基础上，实现能量的梯级利用，提高能源综合利用效率，保证系统高效、清洁、环保运行。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记的含义：1-燃气轮机系统，101-空气压缩机，102-空气预热器，103-燃烧室，104-燃气轮机，105-烟气分流器，2-脱硝系统，201-斗提机，202-溶解罐，203-输送泵，204-尿素溶液罐，205-输送循环装置，206-流量阀，207-计量分配装置，208-热解室，209-scr反应器，3-余热供冷供热发电系统，301-给水泵，302-余热锅炉，303-蒸汽轮机，304-供热设备，305-吸收式制冷设备，306-供冷设备。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1：如图1所示，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1、脱硝系统2和余热供冷供热发电系统3组成。燃气轮机系统1设于该系统的顶部，脱硝系统2、余热供冷供热发电系统3依次置于燃气轮机系统1之后。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，流量阀206还与尿素溶液罐204连接，计量分配装置207、热解室208均与燃气轮机系统1连通。天然气在燃气轮机系统1中燃烧生成的出口烟气中存在大量氮氧化物，以尿素为还原剂的脱硝系统2设在燃气轮机系统1之后，主要采用尿素热解工艺：
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，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，燃气轮机104、烟气分流器105均与空气预热器102连接，烟气分流器105还连接于计量分配装置207和热解室208。空气预热器102中换热后的燃气轮机104出口烟气流经烟气分流器105，一部分烟气导入脱硝系统2中的计量分配装置207，与尿素溶液在计量分配装置207中形成雾化尿素，方便喷入热解室208中进行热解；剩余烟气进入脱硝系统2中的热解室208，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208中外加热源的配置，节约了系统成本和能量，提高了系统整体利用效率。
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，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，余热锅炉302还分别连接于scr反应器209和供热设备304。在余热供冷供热发电系统3中，锅炉给水经过给水泵301泵入余热锅炉302中与脱硝系统2出口烟气换热，换热后的锅炉给水分为两股物流：400℃左右的高温水蒸气和70℃左右的中温水。高温水蒸气进入蒸汽轮机303发电做功形成蒸汽轮机排气，蒸汽轮机排气进入吸收式制冷设备305作为制冷热源，由供冷设备306向冷用户供冷；中温水经过供热设备304为热用户供热。至此，余热供冷供热发电系统3完成中温烟气的能量梯级利用，同时为热用户提供热量、冷量和电力。
实施例2：如图1所示，利用尿素为还原剂脱硝的燃气分布式能源系统工艺采用上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1中，空气经空气压缩机101增压后变成高压空气进入空气预热器102，加热后的空气进入燃烧室103与天然气混合燃烧，将燃料的化学能充分释放后，燃烧室103出口烟气进入燃气轮机104做功，将机械能转化为电能；燃气轮机104出口烟气作为热源加热空气预热器102中的空气，空气预热器102中换热后的燃气轮机104出口烟气流经烟气分流器105，一部分烟气导入脱硝系统2中的计量分配装置207，与尿素溶液在计量分配装置207中形成雾化尿素；剩余烟气进入脱硝系统2的热解室208中,该烟气既可以作为热源，又可以在脱硝系统2中脱除氮氧化物；
以尿素为还原剂的脱硝系统2中，尿素通过斗提机201进入溶解罐202中充分溶解成为40％～50％的尿素溶液，尿素溶液通过输送泵203泵入尿素溶液罐204中存储。尿素溶液罐204中的尿素溶液经输送循环装置205流入流量阀206，流量阀206根据燃气轮机系统1运行状态调整尿素溶液流量，经过流量阀206整流后的尿素溶液一部分进入计量分配装置207，剩余部分返回到尿素溶液罐204中，从烟气分流器105分流出的一部分烟气进入计量分配装置207后与尿素溶液混合形成雾化尿素；雾化尿素经由热解室208入口处的喷嘴喷入热解室208，在热解室208中被烟气分流器105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209中发生脱硝反应，对烟气进行脱硝，使得scr反应器209出口烟气内氮氧化物含量达到排放水平，接着进入余热供冷供热发电系统3中的余热锅炉302；
余热供冷供热发电系统3中，锅炉给水经过给水泵301加压后变成高压水，scr反应器209出口烟气与高压水进入余热锅炉302换热后变成符合排放标准的低温烟气排气。锅炉给水经过余热锅炉302换热后分为两部分，中温水以及高温水蒸气。中温水进入供热设备304供热后形成供热回水；高温水蒸气进入蒸汽轮机303做功后形成蒸汽轮机排气，蒸汽轮机排气进入吸收式制冷设备305制取冷量，冷媒水进入吸收式制冷设备305吸收冷量，降温后的冷媒水进入供冷设备306换热后形成冷媒水回水。至此，余热供冷供热发电系统3完成中温烟气的能量梯级利用，同时为热用户提供热量、冷量和电力。
本发明的工作原理：燃料经过燃气轮机系统1将化学能转变为电能和烟气的内能，通过燃气轮机系统1中的烟气分流器105将燃气轮机系统1和脱硝系统2紧密相连。烟气分流器105中的烟气分为两部分，一部分进入脱硝系统2中的计量分配装置207，与计量分配装置207中尿素溶液混合形成雾化尿素；另一部分烟气在热解室208中为雾化尿素热解提供热源并与热解后的氨气形成氨气-烟气混合气体，再经过scr反应器209脱硝。脱硝系统2中，在尿素溶液罐204之后加装输送循环装置205和流量阀206，可以根据燃气轮机104运行状态调节尿素溶液流量，保证燃气轮机系统1在不同工况条件下的有效脱硝。由于脱硝后的烟气温度保持在400～500℃，为了提高整个系统的能量利用率，将脱硝后的烟气导入余热利用系统3的余热锅炉302换热后排入大气。锅炉给水经过余热锅炉302换热后分为两部分，中温水以及高温水蒸气。中温水进入供热设备304供热后形成供热回水；高温水蒸气进入蒸汽轮机303做功后形成蒸汽轮机排气，蒸汽轮机排气进入吸收式制冷设备305制取冷量，冷媒水进入吸收式制冷设备305吸收冷量，温度降低成为低温冷媒水，低温冷媒水进入供冷设备306换热后形成冷媒水回水。系统将蒸汽轮机排气中汽化潜热利用起来，提高能源利用效率。本发明将燃气轮机系统1、脱硝系统2和余热供冷供热发电系统3有效耦合，简化工艺流程，使得燃气分布式能源系统排气中氮氧化物浓度低于30mg/m3,还能为用户同时提供电量、热量和冷量，实现能量的梯级利用，提高能源综合利用效率。