本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，特別是一種集高效、節(jié)水、可控于一體的燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)在發(fā)電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，由于它的緊湊、高功率、已安裝等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)使它成為一種廣泛使用的動(dòng)力機(jī)械，目前390mw的9f燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率在40％左右，聯(lián)合循環(huán)熱效率高達(dá)58％左右。

然而在現(xiàn)有的聯(lián)合循環(huán)中，存在熱量浪費(fèi)、用水量大、熱電冷三聯(lián)產(chǎn)不可控不可調(diào)、低溫腐蝕和工質(zhì)浪費(fèi)等問(wèn)題，如何解決這些問(wèn)題，是本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)心的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明之目的就是提供一種集高效、節(jié)水、可控于一體的燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，可以有效解決高效、節(jié)水、可控制、廠內(nèi)循環(huán)與零排放的燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案是：

一種集高效、節(jié)水、可控于一體的燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燃?xì)廨啓C(jī)、空氣冷卻器、煤氣化爐、旋流分離器、制冷機(jī)、熱泵、朗肯循環(huán)系統(tǒng)和低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)；

空氣冷卻器的低溫空氣出口與壓氣機(jī)的進(jìn)氣口相連，壓氣機(jī)的出氣口分別與燃燒室的空氣進(jìn)口和壓縮空氣罐的進(jìn)氣口相連，壓氣機(jī)的動(dòng)力輸入端上設(shè)置有用于提供動(dòng)力的風(fēng)力機(jī)，煤氣化爐的一氧化碳和氫氣出口與燃燒室的燃料進(jìn)口相連，燃燒室的高溫?zé)煔馀懦隹谂c燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣口相連，燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力輸出端與發(fā)電機(jī)相連，燃?xì)廨啓C(jī)的高溫?zé)煔獬隹谂c余熱鍋爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)氣口相連；

余熱鍋爐的蒸汽出口與高壓缸的進(jìn)氣口相連，高壓缸的出氣口上裝有伸入與余熱鍋爐內(nèi)的再熱循環(huán)管道，再熱循環(huán)管道的出氣端與中壓缸的進(jìn)氣口相連，中壓缸的出氣口與低壓缸的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成具有循環(huán)再熱功能的多級(jí)蒸汽做功動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)；

低壓缸的出氣口與凝汽器的進(jìn)氣口相連，凝汽器的出液口經(jīng)串聯(lián)的低壓加熱器、除氧器和高壓加熱器與余熱鍋爐的進(jìn)液口相連，構(gòu)成蒸汽的加熱水循環(huán)結(jié)構(gòu)；

中壓缸上設(shè)置有蒸汽抽出口，蒸汽抽出口裝有過(guò)熱抽汽管道，過(guò)熱抽汽管道分為兩路，其中一路的過(guò)熱抽汽管道的出氣口與燃燒室的進(jìn)氣口相連通，另一路的過(guò)熱抽汽管道分別穿過(guò)制冷機(jī)和熱泵的蒸發(fā)室后與熱水加熱器相連，構(gòu)成制冷機(jī)、熱泵和熱水加熱器的第一輔助熱源提供結(jié)構(gòu)，過(guò)熱抽汽管道上設(shè)置有用于控制過(guò)熱抽汽流量的第四閥門；

熱水加熱器的蒸汽出口與凝汽器的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成低溫低壓蒸汽循環(huán)利用結(jié)構(gòu)；

余熱鍋爐的煙氣出口與scr反應(yīng)器的進(jìn)氣口口相連，scr反應(yīng)器的出氣口與旋流分離器的進(jìn)氣口相連，旋流分離器的出液口上連接有伸入空氣冷卻機(jī)的冷水循環(huán)管道，構(gòu)成空氣冷卻機(jī)的輔助降溫結(jié)構(gòu)；

旋流分離器的煙氣出口與三通的進(jìn)口相連；

三通的第一個(gè)出氣口上裝有中溫?zé)煔饣厥展艿?，中溫?zé)煔饣厥展艿来┻^(guò)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)加熱器的加熱室后與低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)進(jìn)氣口相連，三通與有機(jī)工質(zhì)加熱器之間的第一中溫?zé)煔饣厥展艿郎显O(shè)置有用于控制流量的第五閥門；

三通的第二個(gè)出氣口與低壓加熱器的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成余熱鍋爐的給水加熱結(jié)構(gòu)；這里余熱鍋爐的給水指的是從凝汽器中的蒸汽冷凝后出來(lái)的水，利用旋流分離器出來(lái)的中溫?zé)煔鈱?duì)該給水進(jìn)行加熱，完成余熱鍋爐給水循環(huán)，充分利用了余熱；

三通的第三個(gè)出氣口上裝有中溫?zé)煔饧訜峁艿?，中溫?zé)煔饧訜峁艿婪謩e穿過(guò)制冷機(jī)和熱泵的蒸發(fā)室后與熱水加熱器相連，構(gòu)成制冷機(jī)、熱泵和熱水加熱器的第二輔助熱源提供結(jié)構(gòu)，

與熱水加熱器相連的中溫?zé)煔饧訜峁艿赖某鰵饪诤瓦^(guò)熱抽汽管道分別與低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)的進(jìn)氣口相連；

壓氣機(jī)與壓縮空氣罐之間設(shè)置有第一閥門；

煤氣化爐與燃燒室之間設(shè)置有第二閥門。

所述的旋流分離器為超音速旋流分離器，其包括依次相連的旋流發(fā)生器、拉瓦爾噴管、液體分離段和出氣管段，旋流發(fā)生器內(nèi)設(shè)置有用于使進(jìn)入煙氣產(chǎn)生切向旋流的旋流葉片，液體分離段上設(shè)置有出液口，冷水循環(huán)管道的進(jìn)口與液體分離段的出液口相連通，出氣管段內(nèi)設(shè)置有用于整流的整流阻渦葉片出氣管段的出口與三通的進(jìn)口相連。

所述的朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括有機(jī)工質(zhì)加熱器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵、凝汽器和升壓泵，機(jī)工質(zhì)加熱器的出氣端與汽輪機(jī)的進(jìn)氣端相連，汽輪機(jī)的動(dòng)力輸出端與發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵的動(dòng)力輸入端相連，汽輪機(jī)的出氣端與凝汽器的進(jìn)氣端相連，凝汽器的出液端與升壓泵的進(jìn)液端相連，升壓泵的出液端與機(jī)工質(zhì)加熱器的進(jìn)液端相連，構(gòu)成蒸汽循環(huán)動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)。

所述的低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)包括氧化鈣爐、煅燒爐和用于分離氧氣和氮?dú)獾姆蛛x器，與熱水加熱器相連的中溫?zé)煔饧訜峁艿赖某鰵饪诤瓦^(guò)熱抽汽管道分別與氧化鈣爐的進(jìn)氣口相連，氧化鈣爐的碳酸鈣出口與煅燒爐的進(jìn)口相連，氧化鈣爐的出氣口與分離器的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成煙氣處理結(jié)構(gòu)。

所述的分離器的氧氣排出口與燃燒室的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成氧氣回收利用結(jié)構(gòu)。

所述的燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括太陽(yáng)能板和太陽(yáng)能集熱器，太陽(yáng)能板的輸出端與太陽(yáng)能集熱器相連，構(gòu)成余熱鍋爐的輔助給水加熱結(jié)構(gòu)。

一種燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)循環(huán)水余熱利用方法，該方法采用上述燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行，具體步驟如下：

步驟一，常溫空氣進(jìn)入空氣冷卻器變成低溫空氣，低溫空氣經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)壓縮進(jìn)入燃燒室，從煤氣化爐中出來(lái)的一氧化碳和氫氣進(jìn)入燃燒室，同低溫空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成大量高溫?zé)煔獠⑦M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，構(gòu)成電能的產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，通過(guò)空氣冷卻器提前將常溫空氣冷卻，從根本上消除了環(huán)境溫度對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)效率的影響，使得燃?xì)廨啓C(jī)工作穩(wěn)定，功率提高；

同時(shí)在壓氣機(jī)的動(dòng)力輸入端上設(shè)置有用于提供動(dòng)力的風(fēng)力機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用平時(shí)的風(fēng)能把低溫空氣壓縮在壓縮空氣罐內(nèi)，已備調(diào)峰時(shí)使用；

步驟二，燃?xì)廨啓C(jī)的排汽溫度達(dá)650℃到700℃，屬于高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐同給水發(fā)生換熱，使給水變成高溫高壓的過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽進(jìn)入高壓缸做功，高壓缸排汽再次進(jìn)入到余熱鍋爐中進(jìn)行再熱循環(huán)，進(jìn)入高壓缸做功，中壓缸中一部分蒸汽被抽出參與之前燃燒室燃燒，增加燃?xì)廨啓C(jī)做功，一部分進(jìn)入制冷器和熱泵進(jìn)行供暖和制冷，構(gòu)成利用余熱的熱氣、冷氣的產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，中壓缸的排氣進(jìn)入低壓缸做功，低壓缸排汽進(jìn)入到凝汽器，旋流分離器出液口上的冷水循環(huán)管道可伸入凝汽器，由旋流分離器產(chǎn)生的低溫液態(tài)水作為循環(huán)水將其蒸汽冷卻，通過(guò)以太陽(yáng)能集熱器和旋流分離器煙氣出口排出的中溫?zé)煔夤餐M成的給水加熱系統(tǒng)，把凝結(jié)水加熱到要求的鍋爐給水，完成一個(gè)熱水循環(huán)。

步驟三，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐的煙氣成分為氮氧化物、氧氣、氮?dú)狻⒍趸己退羝?，由于脫銷會(huì)產(chǎn)生新的水蒸汽，所以首先通過(guò)scr反應(yīng)器先進(jìn)行煙氣脫硝，脫硝后的煙氣進(jìn)入旋流分離器，首先在旋流發(fā)生器的作用下產(chǎn)生切向旋流，根據(jù)角動(dòng)量守恒定律，切向速度會(huì)不斷增大，與此同時(shí)，煙氣流經(jīng)拉瓦爾噴管，溫度和壓力驟然降低，水蒸汽最先達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)發(fā)生凝結(jié)，在切向旋流離心力的作用下，產(chǎn)生切向旋流，由于離心力的不同，小液滴被甩向壁面，形成沿軸向流動(dòng)的液膜，通過(guò)出液口排出，其余的氣體則經(jīng)過(guò)一個(gè)擴(kuò)壓段，溫度和壓力得到回升通過(guò)整流阻渦葉片整流后排出；由于分離出來(lái)的液態(tài)水溫度非常低，所以用來(lái)冷卻進(jìn)入空氣冷卻器的常溫空氣，之后再用來(lái)作為凝汽器的循環(huán)水來(lái)凝結(jié)蒸汽，最后作為系統(tǒng)補(bǔ)水和生活用水使用，由于這是在系統(tǒng)中產(chǎn)生的水，而且流量很大，大大節(jié)約常用水，使得干旱地區(qū)用濕冷循環(huán)變成了可能；

步驟四，從旋流分離器脫水后的中溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)三通有三個(gè)去向，第一去往制冷機(jī)和熱泵減少了過(guò)熱蒸汽的抽汽量，提高了汽輪機(jī)發(fā)電量，完成供熱和制冷后，還有部分余熱進(jìn)入熱水加熱器，使得到熱水，實(shí)現(xiàn)熱、電、冷和熱水的四聯(lián)產(chǎn)；

第二個(gè)去往加熱蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的給水，因?yàn)槭芴鞖庥绊?，太?yáng)能加熱給水會(huì)不穩(wěn)定，這就需要通過(guò)引入煙氣來(lái)加熱給水作為補(bǔ)充；

第三個(gè)去往朗肯循環(huán)系統(tǒng)參與有機(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)：液態(tài)有機(jī)工質(zhì)在中溫?zé)煔獾募訜嵯拢苋菀鬃兂梢欢▔毫蜏囟鹊臍鈶B(tài)有機(jī)工質(zhì)，然后進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，這部分發(fā)電可滿足廠用電的使用，同時(shí)可以使有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)帶動(dòng)廠子里的氣動(dòng)泵，減少了專門小汽機(jī)的投資，完成做功的有機(jī)工質(zhì)在低溫水液態(tài)水的冷卻下變成液態(tài)有機(jī)工質(zhì)，經(jīng)過(guò)升壓泵再次進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)加熱器，完成一個(gè)循環(huán)；

步驟四，余熱利用完的低溫?zé)煔饨咏h(huán)境溫度，其成分為二氧化碳、氮?dú)夂脱鯕?，為了?shí)現(xiàn)零排放并對(duì)其作進(jìn)行了充分利用，首先煙氣經(jīng)過(guò)一個(gè)氧化鈣爐，二氧化碳與氧化鈣充分反應(yīng)生成碳酸鈣，一部分可以直接去作為工業(yè)原料直接使用，另一部分可以去煅燒爐煅燒，來(lái)收集純凈的二氧化碳，同時(shí)生成的氧化鈣也可作為氧化鈣爐的反應(yīng)物補(bǔ)充；這時(shí)煙氣變成氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔铮枚叻悬c(diǎn)不同，通過(guò)制冷機(jī)即可分離出來(lái)氮?dú)夂脱鯕?，氮?dú)饪梢灾苯踊厥眨鯕鈩t可以進(jìn)入燃燒室，使得燃燒更加充分，做功流量進(jìn)一步增大，提高了燃?xì)廨啓C(jī)功率和煅燒爐的燃燒，使得煅燒反應(yīng)更加充分，由此實(shí)現(xiàn)零排放和煙氣全利用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下有益的技術(shù)效果：

(1)充分利用廠區(qū)中可以利用的資源——風(fēng)能和太陽(yáng)能

在平時(shí)有風(fēng)的時(shí)候，利用風(fēng)力機(jī)的葉片帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，把低溫空氣儲(chǔ)存在壓縮空氣罐中，當(dāng)需要調(diào)負(fù)荷或者負(fù)荷高峰時(shí)，可以把氣罐打開(kāi)，讓氣管中的空氣進(jìn)入燃燒室，這樣不需要增加壓氣機(jī)的額外出力，而且調(diào)節(jié)更加迅速；當(dāng)氣罐壓縮空氣儲(chǔ)存滿時(shí)，還可以作為工業(yè)產(chǎn)品賣掉，增加收益，在平時(shí)陽(yáng)光充分的時(shí)候，利用廠區(qū)的太陽(yáng)能集熱板，把太陽(yáng)能收集起來(lái)，在蒸汽輪機(jī)循環(huán)中，可以作為熱源對(duì)給水進(jìn)行加熱，不用從汽輪機(jī)中進(jìn)行抽汽加熱，提高了汽輪機(jī)做工的絕對(duì)內(nèi)效率；

(2)高效可控的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒與做功系統(tǒng)

常規(guī)的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口是常溫空氣，燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率是環(huán)境溫度的函數(shù)，環(huán)境溫度每升高1℃，輸出功率就下降0.3％到0.5％，這種損失對(duì)于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在夏季發(fā)電會(huì)產(chǎn)生較大問(wèn)題；本發(fā)明通過(guò)空氣冷卻器提前將常溫空氣冷卻，從根本上消除了環(huán)境溫度對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)效率的影響，使得燃?xì)廨啓C(jī)工作穩(wěn)定，功率提高，而且冷源來(lái)自系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫凝結(jié)水，不需要額外做功冷卻，同時(shí)將蒸汽輪機(jī)的一部分過(guò)熱抽汽引入燃燒室，通過(guò)管道上的第四閥門來(lái)控制抽汽量，引入蒸汽的好處是不僅可以控制氮氧化物額生成，從而減少氮氧化物排放，還可以通過(guò)增大渦輪的燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量流量增大和較高的比熱而增大燃?xì)廨啓C(jī)功率，通常燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)的做工比為2:1，犧牲了一份蒸汽做功，換來(lái)兩份燃?xì)廨啓C(jī)做功，總的來(lái)說(shuō)增大了整體輸出功率；

(3)高效節(jié)水的蒸汽輪機(jī)做功系統(tǒng)

高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)加熱余熱鍋爐中給水，使給水變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽進(jìn)行做功，過(guò)熱蒸汽先進(jìn)入高壓缸中做功，保證了高品質(zhì)的蒸汽用了做功不損失，從高壓缸出來(lái)了，再次進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行再熱，可以使汽輪機(jī)循環(huán)內(nèi)效率提高，做功完成后排氣進(jìn)入凝汽器，冷凝工質(zhì)為經(jīng)過(guò)空氣冷卻器之后的常溫循環(huán)水，水溫度會(huì)比常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)稍低，冷卻效果也會(huì)更好，因?yàn)槔鋮s水來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的水，沒(méi)有外來(lái)循環(huán)水，大幅節(jié)約了常用水情況，這種系統(tǒng)可以取代傳統(tǒng)的空冷機(jī)組，使得機(jī)組即使在干旱地區(qū)也可以采用濕冷循環(huán)，大大提高了機(jī)組的做功能力和效率；

(4)更加經(jīng)濟(jì)、可調(diào)節(jié)的熱電冷和熱水四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是犧牲了汽輪機(jī)一部分做功發(fā)電能力，讓高品質(zhì)蒸汽去供熱或者制冷，在某個(gè)時(shí)間段到達(dá)最佳的經(jīng)濟(jì)效益，在本發(fā)明中，通過(guò)兩個(gè)閥門，一個(gè)控制旋流分離器中分離出來(lái)的中溫?zé)煔?，一個(gè)控制從中壓缸抽出的過(guò)熱抽汽(過(guò)熱蒸汽)，通過(guò)煙氣的補(bǔ)充，可以減少或者不抽過(guò)熱抽汽，以求達(dá)到發(fā)更多的電的同時(shí)還能余熱利用來(lái)供熱和制冷，根據(jù)用戶需求通過(guò)調(diào)節(jié)二者管路上的閥門來(lái)控制蒸汽和煙氣的比例；與此同時(shí)，還可在系統(tǒng)中配備了一臺(tái)兩用電機(jī)和控制離合器，兩用電機(jī)的兩端分別于熱泵和制冷機(jī)相連，這種配置可以分配去供熱和去制冷的過(guò)熱蒸汽(或者中溫?zé)煔?的流量，以便在冬季多供熱，夏季多制冷，而且避免了傳統(tǒng)熱冷聯(lián)供需要兩條單獨(dú)管路的麻煩，增加了控制，減小了投資；經(jīng)過(guò)制冷和供暖后的蒸汽煙氣溫度只有三十幾度，高于環(huán)境溫度，通過(guò)一個(gè)熱水加熱器，利用其最后一點(diǎn)能量，可以給用戶和廠子提供源源不斷的熱水，實(shí)現(xiàn)四聯(lián)產(chǎn)；

(5)首次將超音速分離技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)電廠，具有脫水效率高、安全穩(wěn)定，有效防止低溫腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。

煙氣從余熱鍋爐中出來(lái)有氣有100℃左右，其成分主要有水蒸汽、氧氣、二氧化碳、氮?dú)夂偷趸?，通常電廠是把煙氣通過(guò)煙囪直接排放，造成了能量浪費(fèi)和溫室氣體污染，如果對(duì)這部分煙氣進(jìn)行余熱利用，溫度下降，水蒸汽最先會(huì)變成液態(tài)水，酸性氣體溶于水，形成酸，造成低溫腐蝕問(wèn)題；

通過(guò)首創(chuàng)的超音速冷凝分離法把腐蝕問(wèn)題得到了解決。因?yàn)榻?jīng)過(guò)脫銷系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生水蒸汽，所以最先脫除氮氧化物，考慮到溫度只有100攝氏度，所以選擇scr反應(yīng)器來(lái)脫銷，之后煙氣進(jìn)入超音速旋流分離器，首先在旋流發(fā)生器的作用下產(chǎn)生切向旋流，根據(jù)角動(dòng)量守恒定律，切向速度會(huì)不斷增大，與此同時(shí)，煙氣流經(jīng)拉瓦爾噴管(又稱超音速噴管)，溫度和壓力驟然降低，水蒸汽最先凝結(jié)成小液滴，在切向旋流離心力的作用下，由于氣體和液體密度不同，小液滴被壁面，形成沿軸向流動(dòng)的液膜，液體通過(guò)排液口排出，剩余氣體則通過(guò)之后擴(kuò)壓管的作用，溫度和壓力得到回升，這樣實(shí)現(xiàn)了水蒸汽的脫除，由于脫除出來(lái)的液態(tài)水溫度非常低，首先進(jìn)入空氣冷卻器對(duì)常溫空氣進(jìn)行冷卻，換熱完成后水溫接近環(huán)境溫度，剛好有可以作為蒸汽輪機(jī)循環(huán)中的凝汽器的循環(huán)水使用，之后這部分水可以作為系統(tǒng)補(bǔ)水或者常用水，這種利用自身過(guò)程產(chǎn)生水的方法使得電廠用水大幅減少；當(dāng)煙氣中沒(méi)有了水蒸汽，溫度和壓力基本上有沒(méi)有發(fā)生變化，這樣利用起來(lái)就行根本上解決了低溫腐蝕問(wèn)題，減少了防腐蝕材料的使用，減少了投資，增加了安全；

當(dāng)進(jìn)入燃燒室的燃料變成天然氣時(shí)，少量不完全燃燒的烴類通過(guò)超音速旋流脫水裝置也能夠分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)脫水的同時(shí)，進(jìn)行烴類回收，增加了能源的可用率；

(6)低溫?zé)煔飧咝Ю玫耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)零排放

經(jīng)過(guò)脫水后的中溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)一個(gè)三通被分成三個(gè)去向，每個(gè)管路都有用來(lái)控制的閥門：第一去往制冷機(jī)和熱泵減少了過(guò)熱蒸汽的抽汽量，提高了汽輪機(jī)發(fā)電量，完成供熱和制冷后，還有部分余熱進(jìn)入熱水加熱器，使得到熱水，實(shí)現(xiàn)熱、電、冷和熱水的四聯(lián)產(chǎn)；

第二個(gè)去往加熱蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的給水，因?yàn)槭芴鞖庥绊?，太?yáng)能加熱給水會(huì)不穩(wěn)定，這就需要通過(guò)引入煙氣來(lái)加熱給水作為補(bǔ)充；

第三個(gè)去往朗肯循環(huán)系統(tǒng)參與有機(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)，在相同情況下，有機(jī)工質(zhì)的汽化潛熱遠(yuǎn)小于水蒸汽，更能夠充分利用低品位熱量，同時(shí)有機(jī)工質(zhì)沸點(diǎn)較低，給予低品位能量，就能沸騰變成做功蒸汽，有機(jī)工質(zhì)凝固點(diǎn)較低，可以在較低溫度下釋放出能量，在寒冷天氣可增加處理，朗肯循環(huán)系統(tǒng)中的凝汽器也不需要增加防凍設(shè)施，也沒(méi)有腐蝕機(jī)械等問(wèn)題，對(duì)于中溫?zé)煔庥酂醽?lái)說(shuō)，最合適不過(guò)，系統(tǒng)中凝汽器中循環(huán)水由超音速旋流分離器分離出來(lái)的低溫液態(tài)水充當(dāng)，有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)的利用余熱，使得煙氣的遇熱損失減少，發(fā)電量增加，鑒于燃?xì)廨啓C(jī)排煙量大的特殊性，使得有機(jī)工質(zhì)發(fā)電完全可以驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵甚至廠用電，不必要增設(shè)電廠小汽機(jī)，機(jī)組效率提高，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗；

熱利用完的低溫?zé)煔饨咏h(huán)境溫度，其成分為二氧化碳、氮?dú)夂脱鯕?，為了?shí)現(xiàn)零排放并對(duì)其作進(jìn)行了充分利用，首先煙氣經(jīng)過(guò)一個(gè)氧化鈣爐，二氧化碳與氧化鈣充分反應(yīng)生成碳酸鈣，一部分可以直接去作為工業(yè)原料直接使用，另一部分可以去煅燒爐煅燒，來(lái)收集純凈的二氧化碳，同時(shí)生成的氧化鈣也可作為氧化鈣爐的反應(yīng)物補(bǔ)充；這時(shí)煙氣變成氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔铮枚叻悬c(diǎn)不同，通過(guò)制冷機(jī)即可分離出來(lái)氮?dú)夂脱鯕猓诠I(yè)上分離這兩種氣體的方法已經(jīng)非常成熟，氮?dú)饪梢灾苯踊厥?，氧氣則可以進(jìn)入燃燒室，使得燃燒更加充分，做功流量進(jìn)一步增大，提高了燃?xì)廨啓C(jī)功率和煅燒爐的燃燒，使得煅燒反應(yīng)更加充分，由此實(shí)現(xiàn)零排放和煙氣全利用。

由上述情況可以清楚的看出，本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，余熱利用合理，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用取得了良好的技術(shù)效果，在390mw的9f燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，熱效率達(dá)到42％以上，聯(lián)合循環(huán)熱效率高達(dá)63％以上，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的框式連接示意圖。

圖2為本發(fā)明旋流分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明一種集高效、節(jié)水、可控于一體的燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燃?xì)廨啓C(jī)、空氣冷卻器、煤氣化爐、旋流分離器、制冷機(jī)、熱泵、朗肯循環(huán)系統(tǒng)和低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)；

空氣冷卻器的低溫空氣出口與壓氣機(jī)的進(jìn)氣口相連，壓氣機(jī)的出氣口分別與燃燒室的空氣進(jìn)口和壓縮空氣罐的進(jìn)氣口相連，壓氣機(jī)的動(dòng)力輸入端上設(shè)置有用于提供動(dòng)力的風(fēng)力機(jī)，煤氣化爐的一氧化碳和氫氣出口與燃燒室的燃料進(jìn)口相連，燃燒室的高溫?zé)煔馀懦隹谂c燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣口相連，燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力輸出端與發(fā)電機(jī)相連，燃?xì)廨啓C(jī)的高溫?zé)煔獬隹谂c余熱鍋爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)氣口相連；

余熱鍋爐的蒸汽出口與高壓缸的進(jìn)氣口相連，高壓缸的出氣口上裝有伸入與余熱鍋爐內(nèi)的再熱循環(huán)管道，再熱循環(huán)管道的出氣端與中壓缸的進(jìn)氣口相連，中壓缸的出氣口與低壓缸的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成具有循環(huán)再熱功能的多級(jí)蒸汽做功動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)；

低壓缸的出氣口與凝汽器的進(jìn)氣口相連，凝汽器的出液口經(jīng)串聯(lián)的低壓加熱器、除氧器和高壓加熱器與余熱鍋爐的進(jìn)液口相連，構(gòu)成蒸汽的加熱水循環(huán)結(jié)構(gòu)；

中壓缸上設(shè)置有蒸汽抽出口，蒸汽抽出口裝有過(guò)熱抽汽管道，過(guò)熱抽汽管道分為兩路，其中一路的過(guò)熱抽汽管道的出氣口與燃燒室的進(jìn)氣口相連通，另一路的過(guò)熱抽汽管道分別穿過(guò)制冷機(jī)和熱泵的蒸發(fā)室后與熱水加熱器相連，構(gòu)成制冷機(jī)、熱泵和熱水加熱器的第一輔助熱源提供結(jié)構(gòu)，過(guò)熱抽汽管道上設(shè)置有用于控制過(guò)熱抽汽流量的第四閥門，第四閥門可根據(jù)實(shí)際情況在與各部件相連的支管道上分別設(shè)置，也可在主管管道上設(shè)置；

熱水加熱器的蒸汽出口與凝汽器的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成低溫低壓蒸汽循環(huán)利用結(jié)構(gòu)；

余熱鍋爐的煙氣出口與scr反應(yīng)器(又稱脫硝反應(yīng)器，用于除去余熱鍋爐的煙氣出口排出的中溫?zé)煔庵械趸?的進(jìn)氣口口相連，scr反應(yīng)器的出氣口與旋流分離器的進(jìn)氣口相連，旋流分離器的出液口上連接有伸入空氣冷卻機(jī)的冷水循環(huán)管道，構(gòu)成空氣冷卻機(jī)的輔助降溫結(jié)構(gòu)；

從旋流分離器分離出來(lái)的為低溫液態(tài)水，低溫液態(tài)水首先通過(guò)冷水循環(huán)管道進(jìn)入空氣冷卻機(jī)對(duì)常溫空氣進(jìn)行冷卻，換熱完成后水溫接近環(huán)境溫度形成常溫循環(huán)水，常溫循環(huán)水剛好有可以作為蒸汽輪機(jī)循環(huán)中的凝汽機(jī)的循環(huán)水使用，之后這部分水可以作為系統(tǒng)補(bǔ)水或者常用水，這種利用自身過(guò)程產(chǎn)生水的方法使得電廠用水大幅減少；

同時(shí)由于通過(guò)旋流分離器將煙氣中的水分離，當(dāng)煙氣中沒(méi)有了水蒸汽，溫度和壓力基本上有沒(méi)有發(fā)生變化，這樣利用起來(lái)就行根本上解決了低溫腐蝕問(wèn)題，減少了防腐蝕材料的使用，減少了投資，增加了安全；

旋流分離器的煙氣出口與三通的進(jìn)口相連；

三通的第一個(gè)出氣口上裝有中溫?zé)煔饣厥展艿?，中溫?zé)煔饣厥展艿来┻^(guò)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)加熱器的加熱室后與低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)進(jìn)氣口相連，三通與有機(jī)工質(zhì)加熱器之間的第一中溫?zé)煔饣厥展艿郎显O(shè)置有用于控制流量的第五閥門；

三通的第二個(gè)出氣口與低壓加熱器的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成余熱鍋爐的給水加熱結(jié)構(gòu)；這里余熱鍋爐的給水指的是從凝汽器中的蒸汽冷凝后出來(lái)的水，利用旋流分離器出來(lái)的中溫?zé)煔鈱?duì)該給水進(jìn)行加熱，完成余熱鍋爐給水循環(huán)，充分利用了余熱；

三通的第三個(gè)出氣口上裝有中溫?zé)煔饧訜峁艿?，中溫?zé)煔饧訜峁艿婪謩e穿過(guò)制冷機(jī)和熱泵的蒸發(fā)室后與熱水加熱器相連，構(gòu)成制冷機(jī)、熱泵和熱水加熱器的第二輔助熱源提供結(jié)構(gòu)，

與熱水加熱器相連的中溫?zé)煔饧訜峁艿赖某鰵饪诤瓦^(guò)熱抽汽管道分別與低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)的進(jìn)氣口相連；

壓氣機(jī)與壓縮空氣罐之間設(shè)置有第一閥門；

煤氣化爐與燃燒室之間設(shè)置有第二閥門；

所述的制冷機(jī)為溴化鋰制冷機(jī)。

為保證使用效果：

所述的旋流分離器為超音速旋流分離器，其包括依次相連的旋流發(fā)生器1、拉瓦爾噴管3、液體分離段4和出氣管段5，旋流發(fā)生器1內(nèi)設(shè)置有用于使進(jìn)入煙氣產(chǎn)生切向旋流的旋流葉片2，液體分離段4上設(shè)置有出液口5，冷水循環(huán)管道的進(jìn)口與液體分離段4的出液口5相連通，出氣管段5內(nèi)設(shè)置有用于整流的整流阻渦葉片7出氣管段5的出口與三通的進(jìn)口相連；

所述旋流葉片2可采用e186航空翼型。

所述的旋流分離器也可采用韓中合等.新型超音速旋流分離器流場(chǎng)分析與性能評(píng)估[j].化工進(jìn)展，2016,35(9)：2715-2720中的新型超音速旋流分離器。

所述的朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括有機(jī)工質(zhì)加熱器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵、凝汽器和升壓泵，機(jī)工質(zhì)加熱器的出氣端與汽輪機(jī)的進(jìn)氣端相連，汽輪機(jī)的動(dòng)力輸出端與發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵的動(dòng)力輸入端相連，汽輪機(jī)的出氣端與凝汽器的進(jìn)氣端相連，凝汽器的出液端與升壓泵的進(jìn)液端相連，升壓泵的出液端與機(jī)工質(zhì)加熱器的進(jìn)液端相連，構(gòu)成蒸汽循環(huán)動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)。

所述的有機(jī)工質(zhì)加熱器中的有機(jī)工質(zhì)：經(jīng)過(guò)計(jì)算，在本設(shè)計(jì)中采用質(zhì)量比為0.56∶0.44的r245fa(五氟丙烷)和cyclohexane(六氫化苯)非共沸混和工質(zhì)作為有機(jī)循環(huán)工質(zhì)，可使換熱過(guò)程最接近理想換熱。

所述的低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)包括氧化鈣爐、煅燒爐和用于分離氧氣和氮?dú)獾姆蛛x器，與熱水加熱器相連的中溫?zé)煔饧訜峁艿赖某鰵饪诤瓦^(guò)熱抽汽管道分別與氧化鈣爐的進(jìn)氣口相連，氧化鈣爐的碳酸鈣出口與煅燒爐的進(jìn)口相連，氧化鈣爐的出氣口與分離器的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成煙氣處理結(jié)構(gòu)；所述的分離器的氧氣排出口與燃燒室的進(jìn)氣口相連，構(gòu)成氧氣回收利用結(jié)構(gòu)。

所述的燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還包括太陽(yáng)能板和太陽(yáng)能集熱器，太陽(yáng)能板的輸出端與太陽(yáng)能集熱器相連，構(gòu)成余熱鍋爐的輔助給水加熱結(jié)構(gòu)；太陽(yáng)能集熱器的輸出端與低壓加熱器相連，利用設(shè)置在廠區(qū)的太陽(yáng)能集熱板，把太陽(yáng)能收集起來(lái)，在蒸汽輪機(jī)循環(huán)中，可以作為熱源對(duì)余熱鍋爐的給水進(jìn)行加熱，不用從燃汽輪機(jī)中進(jìn)行抽汽加熱，提高了燃汽輪機(jī)做功的絕對(duì)內(nèi)效率。

一種燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)循環(huán)水余熱利用方法，該方法采用上述燃?xì)廨啓C(jī)四聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行，具體步驟如下：

步驟一，常溫空氣進(jìn)入空氣冷卻器變成低溫空氣，低溫空氣經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)壓縮進(jìn)入燃燒室，從煤氣化爐中出來(lái)的一氧化碳和氫氣進(jìn)入燃燒室，同低溫空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成大量高溫?zé)煔獠⑦M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，構(gòu)成電能的產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，通過(guò)空氣冷卻器提前將常溫空氣冷卻，從根本上消除了環(huán)境溫度對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)效率的影響，使得燃?xì)廨啓C(jī)工作穩(wěn)定，功率提高；

同時(shí)在壓氣機(jī)的動(dòng)力輸入端上設(shè)置有用于提供動(dòng)力的風(fēng)力機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用平時(shí)的風(fēng)能把低溫空氣壓縮在壓縮空氣罐內(nèi)，已備調(diào)峰時(shí)使用；

步驟二，燃?xì)廨啓C(jī)的排汽溫度達(dá)650℃到700℃，屬于高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐同給水發(fā)生換熱，使給水變成高溫高壓的過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽進(jìn)入高壓缸做功，高壓缸排汽再次進(jìn)入到余熱鍋爐中進(jìn)行再熱循環(huán)，進(jìn)入高壓缸做功，中壓缸中一部分蒸汽被抽出參與之前燃燒室燃燒，增加燃?xì)廨啓C(jī)做功，一部分進(jìn)入制冷器和熱泵進(jìn)行供暖和制冷，構(gòu)成利用余熱的熱氣、冷氣的產(chǎn)出結(jié)構(gòu)，各個(gè)管路大流量大小可通過(guò)調(diào)節(jié)第四閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)，中壓缸的排氣進(jìn)入低壓缸做功，低壓缸排汽進(jìn)入到凝汽器，旋流分離器出液口上的冷水循環(huán)管道可伸入凝汽器，由旋流分離器產(chǎn)生的低溫液態(tài)水作為循環(huán)水將其蒸汽冷卻，通過(guò)以太陽(yáng)能集熱器和旋流分離器煙氣出口排出的中溫?zé)煔夤餐M成的給水加熱系統(tǒng)，把凝結(jié)水加熱到要求的鍋爐給水，完成一個(gè)熱水循環(huán)。

步驟三，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐的煙氣成分為氮氧化物、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳和水蒸汽，由于脫銷會(huì)產(chǎn)生新的水蒸汽，所以首先通過(guò)scr反應(yīng)器先進(jìn)行煙氣脫硝，由于煙氣溫度只有100℃左右，只能采用scr脫硝法脫銷，脫硝后的煙氣進(jìn)入旋流分離器，首先在旋流發(fā)生器的作用下產(chǎn)生切向旋流，根據(jù)角動(dòng)量守恒定律，切向速度會(huì)不斷增大，與此同時(shí)，煙氣流經(jīng)拉瓦爾噴管(又稱超音速噴管)，溫度和壓力驟然降低，水蒸汽最先達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)發(fā)生凝結(jié)，在切向旋流離心力的作用下，產(chǎn)生切向旋流，由于離心力的不同，小液滴被甩向壁面，形成沿軸向流動(dòng)的液膜，通過(guò)出液口排出，其余的氣體則經(jīng)過(guò)一個(gè)擴(kuò)壓段，溫度和壓力得到回升通過(guò)整流阻渦葉片整流后排出；由于分離出來(lái)的液態(tài)水溫度非常低，所以用來(lái)冷卻進(jìn)入空氣冷卻器的常溫空氣，之后再用來(lái)作為凝汽器的循環(huán)水來(lái)凝結(jié)蒸汽，最后作為系統(tǒng)補(bǔ)水和生活用水使用，由于這是在系統(tǒng)中產(chǎn)生的水，而且流量很大，大大節(jié)約常用水，使得干旱地區(qū)用濕冷循環(huán)變成了可能；

步驟四，從旋流分離器脫水后的中溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)三通有三個(gè)去向，第一去往制冷機(jī)和熱泵減少了過(guò)熱蒸汽的抽汽量，提高了汽輪機(jī)發(fā)電量，完成供熱和制冷后，還有部分余熱進(jìn)入熱水加熱器，使得到熱水，實(shí)現(xiàn)熱、電、冷和熱水的四聯(lián)產(chǎn)；

第二個(gè)去往加熱蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的給水，因?yàn)槭芴鞖庥绊懀?yáng)能加熱給水會(huì)不穩(wěn)定，這就需要通過(guò)引入煙氣來(lái)加熱給水作為補(bǔ)充；

第三個(gè)去往朗肯循環(huán)系統(tǒng)參與有機(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)：液態(tài)有機(jī)工質(zhì)在中溫?zé)煔獾募訜嵯拢苋菀鬃兂梢欢▔毫蜏囟鹊臍鈶B(tài)有機(jī)工質(zhì)，然后進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，這部分發(fā)電可滿足廠用電的使用，同時(shí)可以使有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)帶動(dòng)廠子里的氣動(dòng)泵，減少了專門小汽機(jī)的投資，完成做功的有機(jī)工質(zhì)在低溫水液態(tài)水的冷卻下變成液態(tài)有機(jī)工質(zhì)，經(jīng)過(guò)升壓泵再次進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)加熱器，完成一個(gè)循環(huán)；

中溫?zé)煔獾拿總€(gè)去向都有用來(lái)控制的閥門；

步驟四，余熱利用完的低溫?zé)煔饨咏h(huán)境溫度，其成分為二氧化碳、氮?dú)夂脱鯕猓瑸榱藢?shí)現(xiàn)零排放并對(duì)其作進(jìn)行了充分利用，首先煙氣經(jīng)過(guò)一個(gè)氧化鈣爐，二氧化碳與氧化鈣充分反應(yīng)生成碳酸鈣，一部分可以直接去作為工業(yè)原料直接使用，另一部分可以去煅燒爐煅燒，來(lái)收集純凈的二氧化碳，同時(shí)生成的氧化鈣也可作為氧化鈣爐的反應(yīng)物補(bǔ)充；這時(shí)煙氣變成氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔铮枚叻悬c(diǎn)不同，通過(guò)制冷機(jī)即可分離出來(lái)氮?dú)夂脱鯕?，在工業(yè)上分離這兩種氣體的方法已經(jīng)非常成熟，氮?dú)饪梢灾苯踊厥?，氧氣則可以進(jìn)入燃燒室，使得燃燒更加充分，做功流量進(jìn)一步增大，提高了燃?xì)廨啓C(jī)功率和煅燒爐的燃燒，使得煅燒反應(yīng)更加充分，由此實(shí)現(xiàn)零排放和煙氣全利用。