CN104131849B - 天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电系统及方法 - Google Patents

天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于燃气与煤的联合循环发电技术领域的一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电系统及方法。该系统主要由压气机、天然气燃烧室、燃煤锅炉、蒸汽透平以及燃气透平、回热加热器、凝结水泵、给水泵、凝汽器、除氧器、发电机、分离器组成。本发明以天然气燃烧室代替传统燃煤电厂的再热过程，有效地减少了传统联合循环的排烟损失和换热损失；以燃气透平的高温排汽先后预热蒸汽透平排汽和锅炉给水，实现了能量的阶梯利用；使用煤和天然气的双燃料系统以及纯氧燃烧技术，使能量的转化更为高效。

Description

天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电系统及方法
技术领域
本发明属于燃气与煤的联合循环发电技术领域，特别涉及一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电系统及方法。
背景技术
我国能源结构决定了以煤电为主的发电格局，而且在我国的煤炭消耗中，电煤的消耗量占到了煤炭总产量的一半以上。是针对我国面临的能源需求增长、环境污染严重等一系列问题，人们迫切需要新的洁净能源以及更高效的系统,达到缓解能源需求压力，减少污染物与温室气体排放的目的。
在众多新能源中,天然气是优质高效的清洁能源，二氧化碳和氮氧化物的排放仅为煤炭的一半和五分之一左右，二氧化硫的排放几乎为零。近年来我国倡导的自主、创新科学研究在天然气的净化与储存方面取得了突破性进展，为大力发展天然气燃料提供了技术可能性。目前，以燃气透平为核心的燃气-蒸汽联合循环系统在技术上和商业应用上都取得了重大成果,但循环所带来的烟气散热损失仍旧没有办法解决。天然气燃料与燃煤锅炉联合循环以燃气-蒸汽联合循环为基础,在动力设备方面,可以通过对现有的燃气透平设备稍加改装,来适应天然气燃料，在循环效率和排放物污染问题上取得了重大突破。
本发明采用以天然气为燃料的燃气透平发电系统和传统再热燃煤发电系统相耦合,通过选择合适的参数和相关设备，进而组合成完整的混合式天然气-蒸汽联合循环发电系统。
发明内容
本发明的目的是提出一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电系统及方法，其特征在于，所述联合循环发电系统是天然气-氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电系统，由燃煤锅炉1、高压蒸汽透平2、再热预热器3、天然气压气机4、氧气压气机5、天然气燃烧室6、高压燃气透平7、给水预热器8、低压蒸汽透平9、凝汽器10、除氧器11、分离器12、凝结水泵13、给水泵14和发电机15组成；其中，天然气压气机4、氧气压气机5分别与天然气燃烧室6连接，天然气燃烧室6与高压燃气透平7连接；燃煤锅炉1与高压蒸汽透平2、高压燃气透平7、低压蒸汽透平9、凝汽器10、除氧器11、分离器12、凝结水泵13、给水预热器8和给水泵14串联成回路；再热预热器3分别连接高压蒸汽透平2、给水预热器8、高压燃气透平7、天然气燃烧室6及氧气压气机5；给水预热器8再与低压蒸汽透平9连接，低压蒸汽透平9连接发电机15。
一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，其特征在于，给水经燃煤锅炉1加热后产生蒸汽进入高压蒸汽透平2做功，高压蒸汽透平2排汽经再热预热器3吸热后，分成两股进入天然气燃烧室6，一股蒸汽与从氧气压气机5出口的氧气混合，以控制反应速率，另一股直接进入天然气燃烧器(6)内与燃烧产物混合，天然气燃烧室6出口的高温燃气进入高压燃气透平7，排汽经再热预热器3、给水预热器8放热后进入低压蒸汽透平9；；低压蒸汽透平9带动发电机15发电；在回热系统侧，低压蒸汽透平9排汽经凝汽器10冷凝后进入除氧器11，之后依次经由分离器12、凝结水泵13、回热加热器8、给水泵14返回燃煤锅炉1，从而实现天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环系统的发电过程。
本发明的有益效果有
1.本发明通对天然气燃烧室对蒸汽透平排汽进行混合式再热,取消了常规联合循环中燃气透平排气放热与蒸汽吸热过程，提高了排气的利用率；同时在主汽压力为30MPa，燃烧室出口温度为1300℃的条件下采用再热系统使系统的效率达到了56％以上。
2.本发明充分利用燃气透平的高温排汽，使其先后对高压蒸汽透平排气和锅炉给水进行加热，符合能量的“温度对口，梯级利用”原则，提高了循环的效率。
3.本发明基于现有的传统燃气—蒸汽联合循环，充分利用传统燃气—蒸汽联合循环现有的设备，在传统再热发电系统的基础上，采用天然气和煤双燃料系统以及纯氧燃烧技术，使能量的转换更加高效。
附图说明
图1为一种混合式天然气-蒸汽联合循环发电系统结构的示意图。
图示1-燃煤锅炉2-高压蒸汽透平3-再热预热器4-天然气压气机5-氧气压气机6-天然气燃烧室7-高压燃气透平8-给水预热器9-低压蒸汽透平10-凝汽器11-除氧器12-分离器13-凝结水泵14-给水泵15-发电机
具体实施方式
本发明提出一种天然气-纯氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电系统，下面结合附图和具体实施方式予以进一步说明。
图1所示为天然气-纯氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电系统。该系统由燃煤锅炉1、高压蒸汽透平2、再热预热器3、天然气压气机4、氧气压气机5、天然气燃烧室6、高压燃气透平7、给水预热器8、低压蒸汽透平9、凝汽器10、除氧器11、分离器12、凝结水泵13、给水泵14和发电机15组成；其中，天然气压气机4、氧气压气机5分别与天然气燃烧室6连接，天然气燃烧室6与高压燃气透平7连接；燃煤锅炉1与高压蒸汽透平2、高压燃气透平7、低压蒸汽透平9、凝汽器10、除氧器11、分离器12、凝结水泵13、给水预热器8和给水泵14串联成回路；再热预热器3分别连接高压蒸汽透平2、给水预热器8、高压燃气透平7、天然气燃烧室6及氧气压气机5；给水预热器8再与低压蒸汽透平9连接，低压蒸汽透平9连接发电机15。
本发明的天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，给水经燃煤锅炉1加热后产生566-600℃，24.6-30MPa的蒸汽进入高压蒸汽透平2做功，蒸汽参数变为300-370℃，6.5-8.0MPa高压蒸汽透平2排出300-370℃，6.5-8.0MPa蒸汽，经再热预热器3吸热后，分成两股进入天然气燃烧室6，一股蒸汽与从氧气压气机5出口的氧气混合，以控制反应速率，另一股直接进入天然气燃烧器6内与燃烧产物混合，，天然气燃烧室6出口的高温燃气进入高压燃气透平7，排汽经再热预热器3，给水预热器8放热后再进入低压蒸汽透平9；蒸汽温度提高到750℃，低压蒸汽透平9带动发电机15发电；在回热系统侧，低压蒸汽透平9排汽经凝汽器10冷凝后进入除氧器11，之后依次经由分离器12、凝结水泵13、回热加热器8、给水泵14返回燃煤锅炉1，从而实现天然气-氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电及给水预热的过程。
所述天然气燃烧室6产生的高温燃气，其参数为1200-1300℃,6.4-7.9MPa；此高温蒸汽先进入高压燃气透平7做功，高压燃气透平7的排汽为800-900℃，0.40-0.50MPa，高压蒸汽透平7的排汽与再热预热器3换热后，温度变为400-500℃，经给水预热器8加热给水后温度变为130-170℃，之后进入低压蒸汽透平9。。给水预热过程在给水预热器8中实现。
所述低压蒸汽透平9的排气压力为5kPa，进入凝汽器10冷凝。凝汽器10冷凝后的凝结水先进入除氧器11脱除水中溶解的气体，后经分离器12分离出天然气燃烧产生的水后进入凝结水泵13，之后经给水回热加热器8，温度提高到170-200℃，而后经给水泵14后进入燃煤锅炉1中，从而完成一个做功循环。
本发明中温度、压力等参数对系统效率的影响比较大，在主汽压力为30MPa、最高温度为1300℃时，整个循环的效率可达到56％以上。

Claims (4)

1.一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电系统，其特征在于，所述联合循环发电系统是天然气-氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电系统，由燃煤锅炉(1)、高压蒸汽透平(2)、再热预热器(3)、天然气压气机(4)、氧气压气机(5)、天然气燃烧室(6)、高压燃气透平(7)、给水预热器(8)、低压蒸汽透平(9)、凝汽器(10)、除氧器(11)、分离器(12)、凝结水泵(13)、给水泵(14)和发电机(15)组成；其中，天然气压气机(4)、氧气压气机(5)分别与天然气燃烧室(6)连接，天然气燃烧室(6)与高压燃气透平(7)连接；燃煤锅炉(1)与高压蒸汽透平(2)、高压燃气透平(7)、低压蒸汽透平(9)、凝汽器(10)、除氧器(11)、分离器(12)、凝结水泵(13)、给水预热器(8)和给水泵(14)串联成回路；再热预热器(3)分别连接高压蒸汽透平(2)、给水预热器(8)、高压燃气透平(7)、天然气燃烧室(6)及氧气压气机(5)；给水预热器(8再与低压蒸汽透平(9)连接，低压蒸汽透平(9)连接发电机(15)。
2.一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，其特征在于，给水经燃煤锅炉(1)加热后产生蒸汽进入高压蒸汽透平(2)做功，高压蒸汽透平(2)排汽经再热预热器(3)吸热后，分成两股进入天然气燃烧室(6)，一股蒸汽与从氧气压气机(5)出口的氧气混合，以控制反应速率，另一股直接进入天然气燃烧室(6)内与燃烧产物混合，天然气燃烧室(6)出口的高温燃气进入高压燃气透平(7)，排汽经再热预热器(3)给水预热器(8)放热后再进入低压蒸汽透平(9)；低压蒸汽透平(9)带动发电机(15)发电；在回热系统侧，低压蒸汽透平(9)排汽经凝汽器(10)冷凝后进入除氧器(11)，之后依次经由分离器(12)、凝结水泵(13)、回热加热器(8)、给水泵(14)返回燃煤锅炉(1)，从而实现天然气-氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电及给水预热的过程。
3.根据权利要求2所述天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，其特征在于，所述天然气燃烧室(6)产生的高温燃气，其参数为1200-1300℃,6.4-7.9MPa；此高温蒸汽先进入高压燃气透平(7)做功，高压燃气透平(7)的排汽为800-900℃，0.40-0.50MPa，高压蒸汽透平(7)的排汽与再热预热器(3)换热后，温度变为400-500℃，经给水预热器(8)加热给水后温度变为130-170℃，之后进入低压蒸汽透平(9)，给水预热过程在给水预热器(8)中实现。
4.根据权利要求2所述天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，其特征在于，所述低压蒸汽透平(9)的排气压力为5kPa，进入凝汽器(10)冷凝，凝汽器(10)冷凝后的凝结水先进入除氧器(11)脱除水中溶解的气体，后经分离器(12)分离出天然气燃烧产生的水后进入凝结水泵(13)，之后经给水回热加热器(8)，温度提高到170-200℃，而后经给水泵(14)后进入燃煤锅炉(1)中，从而完成一个做功循环。
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