[发明专利]一种天然气低碳燃烧及余热发电系统

说明书

本发明公开了一种天然气低碳燃烧及余热发电系统，包括天然气供气子系统、烟气处理子系统及发电子系统，其中，天然气供气子系统与烟气处理子系统之间通过第一天然气‑烟气换热器及第二天然气‑烟气换热器相连接，烟气处理子系统与发电子系统之间通过第一烟气‑发电工质换热器相连接。本发明利用天然气余压进行发电，利用做功后的低温天然气对工业炉窑烟气进行二氧化碳捕集，同时以工业炉窑排放的高温烟气为热源，以脱碳后的低温烟气为冷源，通过卡琳娜循环发电，提高了能源利用效率，实现了低碳燃烧，降低了对环境的污染，具有巨大的经济效益及生态效益。

技术领域

本发明涉及一种燃烧及余热发电系统，具体为一种天然气低碳燃烧及余热发电系统。

背景技术

天然气是一种清洁能源，其基本组成成分为甲烷，它与纯氧发生燃烧反应后产物只有二氧化碳和水，对周围环境造成的污染较小，因而日益成为人工煤气、液化石油气的替代品。截止至2015年，我国国民天然气总消费量达到1933亿立方米；我国能源中长期发展规划明确指出将天然气作为大力发展对象，预计在2030年天然气将占到一次能源消耗量的10％，天然气终将为我国能源结构中一个重要组成部分和重要支柱。

天然气输气管道通常采用高压输气，来自管道的在供给用户前都要在各城市的天然气接收门站经调压站根据下游用户的供气压力要求进行调压。我国西气东输管道、陕京线及二线系统和冀宁联络线输气管道的设计输气压力为10Mpa，西气东输二线管道设计压力为12MPa，这其中蕴含着较大的压能，而天然气接收门站通过节流的方式对高压天然气进行降压使天然气中所蕴含的压能被白白的浪费。

工业炉窑燃烧时会排放大量的烟气，这些烟气的温度通常为300℃至800℃不等，其中除蕴含着大量的热能外也含有大量温室气体——二氧化碳，对烟气不加处理直接排放不仅会造成巨大的能量浪费，同时也会加剧温室效应，造成环境的恶化。

近年来，随着节能减排力度的不断加大，生产技术的革新，炉窑热效率大幅提高，排烟温度大幅降低，余热回收难度加大。

发明内容

针对上述缺陷和不足，本发明要解决的问题是提供一种通过对工业炉窑所排放的高温烟气中余热的回收利用及二氧化碳的捕集，实现节能减排、提高能源利用率的天然气低碳燃烧及余热发电系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种天然气低碳燃烧及余热发电系统，包括天然气供气子系统、烟气处理子系统及发电子系统，其中，天然气供气子系统与烟气处理子系统之间通过第一天然气-烟气换热器及第二天然气-烟气换热器相连接，烟气处理子系统与发电子系统之间通过第一烟气-发电工质换热器相连接。

所述天然气供气子系统依次由第三透平机的天然气出口、第二天然气-烟气换热器的天然气侧、第一天然气-烟气换热器的天然气侧及工业炉窑的天然气入口串联构成。

所述烟气处理子系统包括工业炉窑、第一烟气-发电工质换热器、第一天然气-烟气换热器、第二天然气-烟气换热器、第二气液分离器以及第二烟气-发电工质换热器，工业炉窑的烟气出口依次与第一烟气-发电工质换热器的烟气侧、第一天然气-烟气换热器的烟气侧、第二天然气-烟气换热器的烟气侧及第二气液分离器的入口串联连接，第二气液分离器的气相出口与第二烟气-发电工质换热器的烟气侧入口相连。

所述工业炉窑燃料采用天然气，工业炉窑的天然气入口前设置有天然气调压阀。

所述发电子系统包括第一烟气-发电工质换热器、第一气液分离器、第一透平机以及第二透平机，第一烟气-发电工质换热器的发电工质侧出口经发电工质循环泵与第一气液分离器的入口相连，第一气液分离器的气相出口经第一透平机与混合器相连，第一气液分离器的液相出口经第二透平机与混合器相连，混合器的出口依次经第二烟气-发电工质换热器的发电工质侧、储液罐与第一烟气-发电工质换热器的发电工质侧入口相连。