CN102094686A - 发电用燃气蒸汽热气流联合循环装置 - Google Patents

发电用燃气蒸汽热气流联合循环装置 Download PDF

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王志涛
陈超
孟晟
欧阳斌
贺雷
胡东帅
唐昱嘉
朱川
刘朝福
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Abstract

本发明提供的是一种发电用燃气蒸汽热气流联合循环装置。包括由燃气轮机压气机、燃气轮机燃烧室、燃气轮机涡轮和发电机组成的燃气轮发电机组；由余热锅炉、汽轮机、发电机组成的汽轮发电机组；还包括由气冷式冷凝器、混合管和涡轮发电机组成的热气流发电装置；燃气轮发电机组中的燃气轮机涡轮的排气引入余热锅炉，余热锅炉产生的蒸汽带动汽轮机，汽轮机的乏汽引入到热气流发电装置的气冷式冷凝器中加热进入热气流发电装置的气流，余热锅炉的烟气与被气冷式冷凝器加热的气流带动涡轮发电机组，气冷式冷凝器的冷凝水返回余热锅炉。本发明不但能够实现燃气-蒸汽联合循环发电装置高效、低污染等优点，还可以进一步降低排烟温度，利用冷凝器的热量。

Description

发电用燃气蒸汽热气流联合循环装置
技术领域
本发明涉及的是一种发电装置，具体地说是一种发电用燃气轮机联合循环装置。
背景技术
燃气轮机发电技术由于其具有高效低耗、启动快、可用率高、投资省、建设周期短及环境污染少等优点，越来越得到世界各国的重视而迅速发展。据统计，从一九六八年至一九九五年期间，在世界范围内销售的发电用燃气轮机有13373台，总销售容量3.77517亿千瓦。其中，一九九0年至一九九五年的六年间，销售4311台，1.64517亿千瓦，一九九五年创历史最高记录，达3051.7万千瓦。在1990-2000年间美国新增的1.13亿千瓦发电容量中，燃气轮机电站容量占44％，与燃煤蒸汽轮机电站容量相当，这也是世界发电设备生产过程中出现重大转折的标志。从2000年以后，在新增的发电设备总装机容量中，燃气-蒸汽联合循环发电装置超过常规火电站，占电力发展的主导地位。燃气轮机发电技术中最高效、最成熟的技术就是燃气一蒸汽联合循环发电，燃蒸联合发电技术是当今世界上发展极为迅速的一种高效、低污染发电技术，它已成为发达国家新建热力发电厂的首选系统。经过近三十年的研究和不断改进，联合循环发电不仅在效率上(大约60％)超过蒸汽发电效率(后者＜＝42％)，而且在众多方面均体现出明显的优势。它已成为全世界公认的具有发电效率高，调峰能力强，单位功率投资少，建设周期短。占地面积小，污染程度低的新一代发电设备。但是燃气-蒸汽联合循环发电的排气温度是大约150摄氏度～200摄氏度，冷凝器的废热最终也会被排向大气，二者都将会对大气形成废热污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不但能够实现燃气-蒸汽联合循环发电装置高效、低污染等优点，还可以进一步降低排烟温度，利用冷凝器的热量的发电用燃气蒸汽热气流联合循环装置。
本发明的目的是这样实现的：包括由燃气轮机压气机、燃气轮机燃烧室、燃气轮机涡轮和第一发电机组成的燃气轮发电机组；由余热锅炉、汽轮机、第二发电机组成的汽轮发电机组；还包括由气冷式冷凝器、混合管和涡轮发电机组组成的热气流发电装置；燃气轮发电机组中的燃气轮机涡轮的排气引入余热锅炉，余热锅炉产生的蒸汽带动汽轮机，汽轮机的乏汽引入到热气流发电装置的气冷式冷凝器中加热进入热气流发电装置的气流，余热锅炉的烟气排向混合管与被气冷式冷凝器加热的气流混合带动涡轮发电机组，气冷式冷凝器的冷凝水返回余热锅炉。
本发明提供的是一种发电用燃气-蒸汽-热气流联合循环装置，主要包括以下两个部分：
一、燃气-蒸汽联合循环发电装置。
燃气-蒸汽联合循环发电装置的主设备由四大块组成：
1、燃气轮发电机组。它用可燃气体(如天然气、焦炉煤气、高炉煤气或煤层气)或油为(如轻柴油或重油)燃料，通过高温、高压空气做功发电。
2、余热锅炉。其热源为燃气轮机的排气，因此称为余热锅炉，其产生的蒸汽按汽轮机来匹配。
3、汽轮发电机组。利用余热锅炉供给的蒸汽驱动蒸汽轮机，蒸汽轮机带动发电机组发电。
4、气冷式冷凝器。将驱动汽轮机后的乏汽通到热气流发电装置的进气口，利用大量的、流速高的的冷空气来冷却乏汽(乏汽在蛇型管中流动)。同时加热进入热气流发电装置的气流，使得热气流发电装置的做功能力得到增加。
二、热气流发电装置。
本发明设计了一种占地面积小、做功能力更强的热气流发电装置。传统的太阳能热气流发电装置要使用面积巨大的集热棚，所以占地面积很大，而在本发明中，利用燃气-蒸汽联合循环发电装置的排烟和气冷式冷凝器的热量来加热进入热气流发电装置的空气，从而减少了集热棚的面积。与此同时利用热气流发电装置进口大量的、流速高的冷空气来冷却乏汽，从而设计了一种气冷式冷凝器。本发明设计的气冷式冷凝器的工作原理是将驱动汽轮机后的乏汽通到热气流发电装置的进气口，利用大量的、流速高的的冷空气来冷却乏汽(乏汽在蛇型管中流动)。同时加热进入热气流发电装置的气流，使得热气流发电装置的做功能力得到增加。
和同类型的联合循环(像燃蒸联合循环)相比：本发明的效率将会比燃蒸循环的效率高2％～3％；本发明的装置排出的烟气温度大约是外界大气温度，即不会排出高于大气温度的气体，所以不会带来废热污染；通过热气流发电装置的设置，将排烟和发电厂外的世界隔开，从而降低整个发电装置的噪音；而排烟在热气流发电装置中做完功后，由于密度的原因会上升，在上升的过程中烟尘的温度下降，就不再随排烟上升而保留在热气流发电那装置中，从而减少NOx、SOx、CO、灰尘的排放。
三、关键装置之间的连接关系。
本发明的关键装置包括发电用燃气轮机、余热锅5、汽轮机6、气冷式冷凝器9、热气流发电装置11和混合管10，各个关键装置的连接关系如下：发电用燃气轮机的排烟管接到余热锅炉的进气管，余热锅炉的排烟管接到热气流发电装置的混合管，混合管放在热气流发电装置的进气口(如附图2)；余热锅炉的蒸汽出口接到汽轮机的进口，汽轮机的发乏汽出口接到设置在热气流发电装置进气口的气冷式冷凝器的进口，气冷式冷凝器的出口接到锅炉的给水管口上。除了混合器10放置热气流发电装置11的进口处之外，其他装置的连接方式都是通过管道连接的，管道包括排烟管道和水管道。管道的连接方式是焊接和螺丝套接，管道上接有各种检测仪器，包括测压和测温仪器。
本发明不但能够实现燃气一蒸汽联合循环发电装置高效、低污染等优点，还可以进一步降低排烟温度，利用冷凝器的热量，对效率的提高及节能减排做出极大的贡献。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是热气流发电装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：
结合图1和图2，本发明的发电用燃气蒸汽热气流联合循环装置包括由燃气轮机压气机1、燃气轮机燃烧室2、燃气轮机涡轮4和发电机4组成的燃气轮发电机组；由余热锅炉5、汽轮机6、发电机4组成的汽轮发电机组；还包括由气冷式冷凝器9、混合管10和涡轮发电机4组成的热气流发电装置11；燃气轮发电机组中的燃气轮机涡轮的排气引入余热锅炉，余热锅炉产生的蒸汽带动汽轮机，汽轮机的乏汽7引入到热气流发电装置的气冷式冷凝器9中加热进入热气流发电装置的气流，余热锅炉的烟气12排向混合管与被气冷式冷凝器加热的气流混合带动涡轮发电机14后由烟囱13排出，气冷式冷凝器的冷凝水8返回余热锅炉。
工作时，空气进入燃气轮机的压气机1被加压，在燃烧室2中和燃料掺混燃烧，并在涡轮3中膨胀做功，带动发电机组发电。将高温高速的废气排向余热锅炉5，在余热锅炉5中高温的废气加热水，生成饱和蒸汽，饱和蒸汽驱动蒸汽轮机6旋转，从而带动发电机组4发电。同时将150度～200度的烟气12排向混合管10中，在混合管中150度～200度的烟气和冷空气混合产生大约50度的混合气体。而在蒸汽轮机中做完功的蒸汽轮机乏汽7将会通过管道到达气冷式冷凝器9，在气冷式冷凝器9中被冷却，并产生凝水，成为余热锅炉的给水8，供给余热锅炉循环使用。
在热气流发电装置11的底部进口，由于进口气体被气体式冷凝器9，随后又和燃气-蒸汽联合循环发电装置的150摄氏度～200摄氏度的排烟混合，温度进一步提升。由于气体的温度上升，气体会膨胀，气体的密度将会发生变化，热气流发电装置的进口密度和一千米烟囱13的出口密度有差值，密度差的出现会产生压力差，从而使气体运动起来。运动的气体驱动涡轮发电机组14工作发电。从而实现燃气-蒸汽-热气流联合循环，进一步通过能量的梯级利用回收热量。进一步提高燃气-蒸汽联合循环发电站的效率，降低噪音、减少污染，特别是废热污染。

Claims (1)

1.一种发电用燃气蒸汽热气流联合循环装置，包括由燃气轮机压气机、燃气轮机燃烧室、燃气轮机涡轮和第一发电机组成的燃气轮发电机组；由余热锅炉、汽轮机、第二发电机组成的汽轮发电机组；其特征是：还包括由气冷式冷凝器、混合管和涡轮发电机组组成的热气流发电装置；燃气轮发电机组中的燃气轮机涡轮的排气引入余热锅炉，余热锅炉产生的蒸汽带动汽轮机，汽轮机的乏汽引入到热气流发电装置的气冷式冷凝器中加热进入热气流发电装置的气流，余热锅炉的烟气排向混合管与被气冷式冷凝器加热的气流混合带动涡轮发电机组，气冷式冷凝器的冷凝水返回余热锅炉。
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