阅读说明：本技术 一核三供三消分布式系统 (One-core three-supply three-elimination distributed system ) 是由 周浩男 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种一核三供三消分布式系统,所述系统包括：燃料储罐、燃料混合器、燃气轮机、发电机、垃圾熔融气化炉、分离池、蒸汽轮机、吸收式溴化锂机组和污泥干化炉。本申请提供的技术方案具有能效高的优点。(The application provides a one-core three-supply three-elimination distributed system, which comprises: the system comprises a fuel storage tank, a fuel mixer, a gas turbine, a generator, a garbage melting gasification furnace, a separation tank, a steam turbine, an absorption lithium bromide unit and a sludge drying furnace. The technical scheme that this application provided has the advantage that the efficiency is high.)

一核三供三消分布式系统

技术领域

本申请涉及环保领域，具体涉及一种一核三供三消分布式系统。

背景技术

传统电厂将燃料转换为电能后，往往抛弃了大量多余的热能。目前，国内供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统，在电网中一点故障所产生的扰动都可能对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积的停电甚至是全网崩溃。

污泥，是指污水处理厂在污水处理过程中产生的含水率不同的半固态或固态物质。活性污泥法及其衍生技术是当前污水处理的主流技术方案，近年来膜处理技术发展较快，在一些特定领域取得良好效果。无论是哪种方案，污泥都是污水处理过程无法避免的“副产品”。污泥处理就是对污泥进行浓缩、调治、脱水、稳定、干化或焚烧的加工过程。

污泥成分复杂，含有病源微生物、寄生虫卵、有毒有害的重金属及大量的难降解物质，如处理不当，容易对环境造成二次污染。同时，污泥中也包含很多丰富的营养物质，经过适当处理可以作为肥料，改良土壤，促进植物生长；经过处理产生的沼气，可以作为能源物质，解决一定的能源问题。如何妥善处理污泥，使其稳定化、无害化、减量化、资源化，成为环境污染治理中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一核三供三消系统，该技术方案能够提高污泥的处理效果，并且节省能源，具有节能环保的优点。

本发明所采取的技术方案是：

本申请提供一核三供三消分布式系统，所述系统包括：燃料储罐、燃料混合器、燃气轮机、发电机、垃圾熔融气化炉、分离池、蒸汽轮机、吸收式溴化锂机组和污泥干化炉；

燃料储罐的输出口与燃料混合器的一个输入端连通，该燃料混合器的另一个输入端与垃圾熔融气化炉的烟气输出端连通；垃圾熔融气化炉的输入端与该分离池有机可燃气体输出端连通；

该混合器将该分离池的烟气与该天然气有机的混合后的混合气体，第一输入燃气轮机的输入端，输入第一燃气轮机将混合气体与空气燃烧后成为高温气流，该第一燃气轮机带动第一发电机进行第一级发电，将该高温气流输入直联热风发电机带动第二发电机进行第二级发电，然后将高温气流传导至污泥干化炉的输入端对污泥进行干燥，污泥干化炉的输出端输出高温蒸汽至蒸汽轮机的输入端，蒸汽轮机通过该高温蒸汽带动第三发电机发电进行三级发电后将高温蒸汽输入到吸收式溴化锂机组；

吸收式溴化锂机组，用于对建筑进行供冷或供热。

可选的，吸收式溴化锂机组，用于将供冷或供热的冷凝回水输入污泥干化炉的储水部，该高温气流通过该储水部后形成高温蒸汽。

可选的，所述污泥干化炉的干燥污泥回收至垃圾熔融气化炉。

可选的，所述污泥干化炉设置所述蒸汽轮机的底部

本申请的方案通过二级燃气轮机的技术方案实现了三级发电，并且燃气轮机的体积比较小，这样整个分布式系统可以成为一体化方案，这样使得该系统能够实现小区化，避免了垃圾车需要将垃圾拉入固定的垃圾处理站，降低了能源的消耗，另外，三级发电的设置能够较好的提高能源利用率，相对于蒸汽轮机一轮的发电效率，三级发电效率能够提高到85％，因此其具有节能的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本发明一种一核三供三消系统的结构示意图。

图2为本发明蒸汽轮机的热循环示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

随着我国经济的发展，城市废水排放量日益增多。根据住建部统计数据：2014年年末，全国城市共有污水处理厂1808座，比上年增加72座，污水厂日处理能力13088万立方米，比上年增长5.1％，排水管道长度51.1万公里，比上年增长10.0％。城市年污水处理总量401.7亿立方米，城市污水处理率90.18％，比上年增加0.84个百分点，其中污水处理厂集中处理率85.94％，比上年增加1.41个百分点。城市再生水日生产能力2065万立方米，再生水利用量36.3亿立方米。

随着污水处理设施的普及、污水处理效率的提高和污水处理程度的深化，城镇污水处理厂污泥产量急剧增加。由于我国城镇污水处理厂污泥处理处置能力不足、手段落后，大量污泥没有得到规范化的处理处置，直接给水体、土壤和大气带来“二次污染”，不仅降低了污水处理设施的有效处理能力，而且对生态环境构成严重威胁，同时也造成资源的极大浪费。

现有的污泥、垃圾处置方法主要有填埋、焚烧、堆肥三种。填埋法占地面积大，没有进行有效的无害化、减量化、资源化处理，造成严重的地下水污染和二次污染；焚烧法投资大，焚烧产生的烟气含有大量的硫化物、二需英等有毒气体，对空气造成二次污染；堆肥法容易造成很大的土地污染风险。堆肥产品由于重金属污染的风险，以及N、P含量少而使其资源化应用受限。并且处置的时间周期长、占地面积大、容易产生恶臭，并造成二次污染。

本申请中三供具体可以包括：供电、供暖、供冷。

供电：本系统供电主要分为两个阶段，第一个阶段是燃气轮机配合发电机进行发电。燃气轮机是本系统的主要设备，其高速运转产生的动能结合发电机可有效的转化为电能；第二阶段是在污泥干化过程产生大量的高温蒸汽，推动蒸汽轮机做功进行发电。

供暖：在冬季，利用蒸汽轮机发电后的蒸汽，进入溴化锂机组或换热设备进行热交换，产生采暖用热水进行供暖。

供冷：在夏季，利用蒸汽轮机发电后的蒸汽，进入溴化锂机组产生空调冷水进行供冷，即构成了热一电一冷多联产系统。

三消具体可以包括：消污泥、消垃圾、消烟气消污泥：利用燃气轮机产生的500摄氏度以上的高温无氧气体，对污泥进行干化的过程。将含水率80％以上的浓缩池污泥直接通过泵送入到污泥碳化炉，通过间接式接触，将污泥进行干化、碳化，形成的碳化进入后续资源化工序。产生的烟气与可燃气体回流到垃圾热解炉作为燃效循环利用。

消垃圾：将城市收集的生活垃圾首先进行筛选粉碎，从而进入到垃圾熔融炉进行封闭式低温碳化发酵分解，产生的有机可燃气体与天然气进行混合继而作为燃气轮机的燃料。产生的碳渣与污泥干化产物进入后续资源化工序。

消烟气：因污泥干化过程产生的烟气和生活垃圾产生的烟气含有大量的有机可燃气体，可通过燃料混合器，回流到燃气轮机作为燃料进行有效利用。

参阅图1，图1为本申请提供的一种一核三供三消系统示意图，如图1所示，该系统可以包括：污泥干化炉、垃圾熔融气化炉、燃气轮机、蒸汽轮机、溴化锂机组、燃料混合器。

如图1所示，该系统包括：燃料储罐101、燃料混合器102、燃气轮机103、发电机104、垃圾熔融气化炉105、分离池106、蒸汽轮机107、吸收式溴化锂机组108和污泥干化炉109；

其中，该燃料储罐101的输出口与燃料混合器102的一个输入端连通，该燃料混合器102的另一个输入端与垃圾熔融气化炉105的烟气输出端连通；垃圾熔融气化炉105的输入端与该分离池106有机可燃气体输出端连通；

该混合器102将该分离池106的烟气与该天然气有机的混合后的混合气体，第一输入燃气轮机103的输入端，第一输入燃气轮机103将混合气体与空气燃烧后成为高温气流，该第一输入燃气轮机103带动第一发电机104进行第一级发电，将该高温气流输入直联热风发电机110带动第二发电机104进行第二级发电，然后将高温气流传导至污泥干化炉109的输入端对污泥进行干燥，该高温气流同时传输至蒸汽轮机107的输入端，污泥干化炉109的输出端输出高温蒸汽至蒸汽轮机107的输入端，蒸汽轮机107通过该高温蒸汽以及高温气流带动第三发电机发电进行三级发电后将高温蒸汽输入到吸收式溴化锂机组108；

第一燃气轮机103和第一发电机104的转子端联动，直联热风发电机和第二发电机104的转子端联动，蒸汽轮机107与第三发电机的转子端联动。

吸收式溴化锂机组108，用于对建筑进行供冷或供热。

本申请的方案通过二级燃气轮机的技术方案实现了三级发电，并且燃气轮机的体积比较小，这样整个分布式系统可以成为一体化方案，这样使得该系统能够实现小区化，避免了垃圾车需要将垃圾拉入固定的垃圾处理站，降低了能源的消耗，另外，三级发电的设置能够较好的提高能源利用率，相对于蒸汽轮机一轮的发电效率，三级发电效率能够提高到85％，因此其具有节能的效果。

在一种可选的方案中，上述污泥干化炉109设置在蒸汽轮机107的底部。

可选的，上述吸收式溴化锂机组108供冷或供热的冷凝回水输入污泥干化炉109的储水部，该高温气流通过该储水部后形成高温蒸汽。此方案能够对冷凝回水进行充分的利用。

可选的，上述污泥干化炉109的干燥污泥回收至垃圾熔融气化炉105。此方案主要是提高污泥的效率，对于干燥污泥，其大部分物质还是可以燃烧的，进入垃圾熔融气化炉105与有机可燃气燃烧能够提高污泥的利用效率，进一步提高效率。

污泥干化炉是污泥干化的主要场所，原始污泥为浓缩池含水80％的污泥，通过污泥泵打入到干化炉；燃气轮机产生的500℃高温烟气进入到污泥干化炉，在炉内烟气与污泥间接式传热，产生的水蒸汽可与有机烟气进行分离，形成的高温水蒸汽进入蒸汽轮机做功发电，有机烟气则回流到垃圾热解炉作为燃料使用；干化后的干污泥(含水率30％以下)则进入资源化工序。

垃圾熔融气化炉，城市生活垃圾经破碎后，进入到垃圾熔融气化炉，在炉内进行低温无氧碳化，熔融气化产生的有机可燃气体则作为燃气轮机的燃料使用。

燃气轮机是三供三消系统的核心设备，是带动整套系统运行的枢纽。通过利用污泥、垃圾产生的可燃气气体结合天然气燃料，带燃气轮机运行，进行发电，功率2MW，高温烟气同时有较高动能再次推动尾部燃气轮机做功，功率1MW，做功后的烟气提供污泥干化所需的热量。

蒸汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，主要用作发电用的原动机。

溴化锂直燃式机组，其工作原理基本相同，都是通过燃油或燃气\蒸汽直接提供热能，制取5℃以上冷水和70℃以下热水的冷热水机组。

它是由高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器等主要设备组成的管壳式换热器的组合体，该设备属真空设备，它始终处于负压状态下运行，它的工作原理如下所述：

制冷工况：溶液泵将吸收器中稀熔液送往高压发生器中，由热源加热后浓缩，经初步浓缩的溶液随即进入低压发生器，分离出冷剂蒸汽进入低压发生器内，再释放热量(自身冷凝变成水)，使溶液进一步浓缩，同时再产生冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中冷凝成水，经节流装置进入蒸发器，在负压条件下低温蒸发，吸收管内的热量，从而使管内空调水降温，达到制冷效果，而浓溶液经布液装置直接分布到吸收器，将蒸发吸收器中产生的大量水蒸汽吸收，浓溶液变成稀溶液，由此可见：水是制冷剂，而溴化锂溶液则是吸收剂。

制冷循环过程是溴化锂溶液在机内由稀变浓，再由浓变稀和冷剂水由液态转为汽态，再由汽态转为液态的循环，两个过程同时进行，周而复始，达到制冷目的。

供热工况：高压发生器加热溶液所产生的水蒸汽，在热水器铜管表面凝结时放出热量，加热管中的热水，浓溶液和冷剂水混合后的稀溶液由溶液泵送往高压发生器进行再次循环和加热，在制冷工况转入供热工况时，必须同时打开有关的两个切换阀，冷却水泵和冷剂泵停止运行。

燃气轮机整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口(燃气出口)。

燃气轮机主要由压气机、燃烧室、燃气透平涡轮三大部分组成，此外还包括进气过滤系统、控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统及附件齿轮箱等辅助设备。

燃气轮机的工作过程是：压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。

燃气轮机的简单循环工作过程：

空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见箭头线。

燃气轮机的回热循环工作过程(如图2所示)：

通过回热器利用涡轮出口的排气余热加热压气机出口的空气。由于对进入燃烧室的空气进行了预热，所需燃料量减少，而比功不变，从而使循环的热效率得到提高。

压气机(压缩机)压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃烧室，从工作原理上讲，主要有轴流式压气机与离心式压气机。离心式压气机工作原理与离心式鼓风机(或离心式风筒)相同，用得较少，这里介绍轴流式压气机。

燃气轮机的压气机由本身的涡轮机带动，燃气轮机启动时，先使用外动力带动压气机旋转，把空气压入燃烧室。燃气轮机点火后进入运转状态，则转变至由涡轮带动压气机旋转压气。

燃烧室

燃气轮机的燃烧室将燃料的化学能转变为热能，将压气机压入的高压空气加热到高温以便到涡轮膨胀做功，燃料为液体燃料(例如汽油)或气体燃料(例如天然气)。燃烧室外壳前面是通往压气机的空气入口，后面是通往涡轮的高温气体出口。

在燃烧室中，压缩后的空气变为高温燃气，作功能力显著提高，因此，燃气在透平中所做的功大于压气机所耗的功，使燃气轮机能输出功率来带动负载。

燃气轮机的燃烧室主要有四种类型：圆筒形燃烧室、分管形燃烧室、环管形燃烧室、环形燃烧室，后两种用得较多，下面介绍环管形燃烧室。

燃烧室内有燃烧器，对于液体燃料，燃烧器把进入的燃料雾化从喷嘴喷出；对于气体燃料，燃烧器把进入的气体燃料扩散预混从喷嘴喷出，与压气机来的空气充分混合后燃烧，产生高温高压气体从过渡段出口喷出。在燃烧室内有火焰简，燃烧器喷出的火焰在火焰筒内燃烧，火焰筒前段是主燃区，保证火焰正常燃烧；中段是补燃区，在火焰简壁上有许多进气孔，让空气进入补燃，保证完全燃烧；后段是通向涡轮叶片的燃气导管，也称为过渡段。

轴流式涡轮(透平)涡轮的功能是将高温高压燃气中的能量转变为机械能，其中约3/5-2/3的能量用以带动空气压气机压缩空气，其余的能量则作为燃气轮机的输出功率以带动负载。目前，大多使用的是轴流式透平，其特点是功率大、流量大、效率高。向心式透平是一种径流透平，主要在一些小功率燃气轮机中应用。

轴流式涡轮的工作原理：靠燃气流对涡轮上的叶片做功使其旋转的，由于气流主方向与涡轮轴平行，故称之为轴流式涡轮。涡轮主要由涡轮叶片、涡轮盘(叶盘)、涡轮轴构成，涡轮上的叶片称为动叶，也就是带动涡轮轴旋转的叶片。涡轮机一般有一至四个涡轮，大多数燃气轮机的几个涡轮共一个转轴，一同组成涡轮转子。在涡轮每级动叶的前方还安装一组静止的叶片(静叶)，静叶是燃气的导向器，起着喷嘴的作用，使气流以最佳方向喷向动叶。一组静叶加一组动叶为一级涡轮。

本申请提供的系统能够节省能耗，下面以一个具体的项目来说明。

5MW一核三供三消系统运行一年(8000hr)，消耗天然气量为560万Nm2，发电量约4000万度，供热量72576GJ，供冷量58060GJ，处置污泥量49950吨，处置垃圾量33300吨。本申请的能源利用率达到85％。

本申请的系统建设在污水处理厂内，产生的废水可由污水处理厂自行处理；污泥与垃圾处置产生的碳化物制作高级燃料、有机肥或者透水砖，实现资源化。

运行期尘、废气环境影响

根据《环境影响评价技术导则-一大气环境》(HJ2.2-2008)，本申请的系统环境空气影响评价工作等级划分是根据项目主要污染物排放量、周围地形复杂程度以及当地执行的环境空气质量标准等因素来确定的。

本申请的系统建成投入使用后，主要污染物为燃气-蒸汽热电冷联合循环机组排放的SO2、NOx及烟尘等，参照国内其他同类项目的环境影响评价报告，根据《环境影响评价技术导则-一大气环境》(HJ2.2-2008)的要求，本申请的系统环境空气影响评价工作等级可定为三级。

废、污水影响

根据《环境影响评价技术导则一地面水环境》(HJ/J2.3-93)，

本系统的地表水水环境影响评价工作等级依据项目污水排放量、污水水质复杂程度和受纳水域的规模及其水质要求划分。

本申请的系统产生的废污水主要为循环冷却水系统排污水、化学补给水处理系统排污水、垃圾及污泥系统排污水以及职工生活污水。水质复杂程度为简单。由于项目处于污水处理厂内，所产生的污水由管道进入污水处理流程，排放为零。

固体废物影响

综合低温热解和高温熔融的气化熔融焚烧技术能够有效控制重金属挥发和渗滤，使其固化于玻璃质熔渣中，不仅减少了重金属造成的二次污染，而且为熔渣安全利用提供了条件。

本申请系统的垃圾经过熔融处理后形成玻璃状的炉渣，稳定性极好，使重金属封存不易溶出，气化技术同时有效的抑制硫氧化物及氮氧化物的产生，燃烧产物大大低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)的标准要求，且炉渣排放满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB16889-2008，本申请的系统针对废渣进行资源化综合利用(制作高级燃料、有机肥或者透水砖)，能够实现良好的环保效益，排放为零。

运行期噪声影响

本申请的系统能源站位于污水处理厂内，本申请的系统能源站所在区域声环境属于3类区，周边区域受影响的人口基本无增加，参照国内其他同类项目的环境影响评价报告，按《环境影响评价技术导则声环境》

(HJ/T2.4-2009)中的有关规定，本申请的系统声环境影响评价工作等级可定为三级。

生态环境影响

本申请的系统总用地面积700m2，本申请的系统位于污水处理厂，影响区域的生态敏感性为一般区域，参照国内其他同类项目的环境影响评价报告，根据《环境影响评价技术导则-一生态影响》(HJ/19-2011)的规定，本申请的系统生态环境评价工作等级定为三级。

对电网的影响

燃气分布式能源系统并网运行(仅对三相输出)时，电网公共连接点的三相电压不平衡度不超过GB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡度》规定的数值，接于公共连接点的每个用户，电压不平衡度允许值一般为1.3％。

因此可认为本工程对电网的影响控制在国家标准允许的范围内。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。