CN107143403A - 氢燃气轮机尾气余热利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢燃气轮机尾气余热利用系统，包括：压气机、燃烧室、第一涡轮、第二涡轮、有机工质蒸发器、有机工质膨胀机、三相发电机、有机工质冷凝器、工质循环泵和阀。本发明将氢燃气轮机尾气中的余热转化为高品位电能，提高氢燃气轮机的输出功率，显著提高氢燃气轮机系统的效率、降低系统成本，同时可降低烟气的排放温度，减少热污染，达到节能环保生产的目的，进而可以提高企业的经济效益和社会效益。

Description

氢燃气轮机尾气余热利用系统
技术领域
本发明主要涉及氢燃气轮机领域，特别是涉及一种基于有机朗肯循环的氢燃气轮机尾气余热利用系统。
背景技术
开发、推广和应用整体化煤气联合循环发电机(Integrated GasificationCombined Cycle，简称IGCC)技术，可以实现近零排放的可持续发展燃煤发电。目前，美国、德国、英国和日本等发达国家均投入巨资进行研究，IGCC技术涉及的工艺和关键技术均已成为国家能源领域研究开发的热点。同时由于燃气轮机具有运动部件少，结构简单紧凑，可以燃烧多种燃料，燃料消耗率低，效率高的特点，且大多采用燃气作为燃料。氢气因其高热值、零污染及来源广泛等特性，成为燃气轮机理想的替代燃料。氢燃气轮机中，氢气与压缩空气反应，产生高温混合气体，通过涡轮对外输出机械功。
氢燃气轮机中，氢气的化学能通过热能的形式释放，并通过涡轮转化成输出机械功，但仍然有部分化学能以余热的形式被排入环境中。氢燃气轮机尾气的温度约为300℃-500℃，余热能量约占氢燃气轮机输出功率的30％以上，对氢燃气轮机的效率影响很大。现有的氢燃气轮机的尾气余热回收技术主要是采用回热循环，利用尾气预热压缩空气，可提高燃气轮机的部分效率。但是采用回热循环的方式来利用余热能量，利用效率较低，不能充分回收氢燃气轮机尾气余热。
因此现有技术亟需一种能提高燃气轮机尾气余热利用的系统，以进一步提高氢燃气轮机的效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种氢燃气轮机尾气余热利用系统，其能通过基于有机朗肯循环克服上述设备的缺点，并可以对氢燃气轮机尾气余热进行回收利用，以进一步提高氢燃气轮机的效率。
本发明是通过如下设备实现的，一种氢燃气轮机尾气余热利用系统，包括：压气机、燃烧室、第一涡轮、第二涡轮、有机工质蒸发器、有机工质膨胀机、三相发电机、有机工质冷凝器、工质循环泵和阀，所述压气机的进口端引入氢气燃料，所述压气机的出口端通过管道与所述燃烧室的进口端连接，所述燃烧室的出口端通过管道与所述第一涡轮进口端连接，所述第一涡轮的出口端通过管道与所述第二涡轮的进口端连接，所述第二涡轮的出口端通过管道与有机朗肯循环系统连接，对氢燃气轮机尾气的余热进行利用后将尾气排放到大气中；所述有机朗肯循环系统包括：所述有机工质蒸发器的出口端通过管道与所述阀的进口端连接，所述阀的出口端通过管道与所述有机工质膨胀机的进口端连接，所述有机工质膨胀机直接连接所述三相发电机，所述有机工质膨胀机的出口端通过管道与所述有机工质冷凝器的进口端连接，所述有机工质冷凝器的出口端通过管道与所述工质循环泵的进口端连接，所述工质循环泵的出口端通过管道连接所述有机工质蒸发器的进口端，构成一个循环回路。
优选地，所述有机朗肯循环系统中包含一个有机工质储液罐，以便对有机工质进行储存。
优选地，所述第二燃气轮机的尾气通过热交换装置在所述有机工质蒸发器中与有机工质进行热交换，对有机工质进行加热。
优选地，利用所述有机工质在所述有机工质膨胀机中膨胀做功带动所述三相发电机转动并发电，提高氢燃气轮机的输出功率。
优选地，所述氢燃气轮机通过燃烧氢气，放出大量的热驱动所述第一涡轮和第二涡轮做功。
优选地，有机工质的主要循环顺序如下：所述有机工质储液罐中的有机工质在所述工质循环泵的作用下，先后通过所述有机工质蒸发器、所述有机工质膨胀机和所述有机工质冷凝器，有机工质在所述有机工质蒸发器中吸收氢燃气轮机尾气的余热，在所述有机工质膨胀机中蒸发后驱动膨胀机做功并带动所述三相发电机输出电能，做功后的有机工质经所述有机工质冷凝器冷却后进入所述储液罐参与下次循环。
本发明的技术效果在于：本发明将氢燃气轮机尾气中的余热转化为高品位电能，提高氢燃气轮机的输出功率，显著提高氢燃气轮机系统的效率、降低系统成本，同时可降低烟气的排放温度，减少热污染，达到节能环保生产的目的，进而可以提高企业的经济效益和社会效益。
附图说明
附图1本发明基于有机朗肯循环的氢燃气轮机尾气余热利用系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明一宽泛实施例中：一种氢燃气轮机尾气余热利用系统，包括：压气机、燃烧室、第一涡轮、第二涡轮、有机工质膨胀机、三相发电机、有机工质蒸发器、有机工质冷凝器、工质循环泵和阀，所述压气机的进口端引入氢气燃料，所述压气机的出口端通过管道与所述燃烧室的进口端连接，所述燃烧室的出口端通过管道与所述第一涡轮进口端连接，所述第一涡轮的出口端通过管道与所述第二涡轮的进口端连接，所述第二涡轮的出口端通过管道与有机朗肯循环系统连接，对氢燃气轮机尾气的余热进行利用后将尾气排放到大气中；所述有机朗肯循环系统包括：所述有机工质蒸发器的出口端通过管道与所述阀的进口端连接，所述阀的出口端通过管道与所述有机工质膨胀机的进口端连接，所述有机工质膨胀机直接连接所述三相发电机，所述有机工质膨胀机的出口端通过管道与所述有机工质蒸发器的进口端连接，所述有机工质蒸发器的出口端通过管道与所述工质循环泵的进口端连接，所述工质循环泵的出口端通过管道连接所述有机工质蒸发器的进口端，构成一个循环回路。
本发明的技术效果在于：本发明将氢燃气轮机尾气中的余热转化为高品位电能，提高氢燃气轮机的输出功率，显著提高氢燃气轮机系统的效率、降低系统成本，同时可降低烟气的排放温度，减少热污染，达到节能环保生产的目的，进而可以提高企业的经济效益和社会效益。
下面结合图1所示，对本发明进行详细的描述。
一种氢燃气轮机尾气余热利用系统，包括：压气机1、燃烧室2、第一涡轮3、第二涡轮4、有机工质蒸发器5、有机工质膨胀机6、三相发电机7、有机工质冷凝器8、工质循环泵9和阀10，所述压气机1的进口端引入氢气燃料，所述压气机1的出口端通过管道与所述燃烧室2的进口端连接，所述燃烧室2的出口端通过管道与所述第一涡轮3进口端连接，所述第一涡轮3的出口端通过管道与所述第二涡轮4的进口端连接，所述第二涡轮4的出口端通过管道与有机朗肯循环系统连接，对氢燃气轮机尾气的余热进行利用后将尾气排放到大气中；所述有机朗肯循环系统包括：所述有机工质蒸发器5的出口端通过管道与所述阀10的进口端连接，所述阀10的出口端通过管道与所述有机工质膨胀机6的进口端连接，所述有机工质膨胀机6直接连接所述三相发电机7，所述有机工质膨胀机6的出口端通过管道与所述有机工质冷凝器8的进口端连接，所述有机工质冷凝器8的出口端通过管道与所述工质循环泵9的进口端连接，所述工质循环泵9的出口端通过管道连接所述有机工质蒸发器5的进口端，构成一个循环回路。
所述有机朗肯循环系统中包含一个有机工质储液罐，以便对有机工质进行储存。
所述第二燃气轮机4的尾气通过热交换装置在所述有机工质蒸发器5中与有机工质进行热交换，对有机工质进行加热。
利用有机工质在所述有机工质膨胀机6中膨胀做功带动所述三相发电机7转动并发电，提高氢燃气轮机的输出功率。
所述氢燃气轮机通过燃烧氢气，放出大量的热驱动所述第一涡轮3和第二涡轮4做功。
有机工质的主要循环顺序如下：所述有机工质储液罐中的有机工质在所述工质循环泵9的作用下，先后通过所述有机工质蒸发器5、所述有机工质膨胀机6和所述有机工质冷凝器8，有机工质在所述有机工质蒸发器5中吸收氢燃气轮机尾气的余热，在所述有机工质膨胀机6中膨胀后驱动膨胀机做功并带动所述三相发电机7输出电能，做功后的有机工质经所述有机工质冷凝器8冷却后进入所述储液罐参与下次循环。
氢燃气轮机系统工作过程中，燃烧室2内的氢气与空气燃烧产生高温混合气体，经两级(第一涡轮3、第二涡轮4)膨胀做功，高温尾气通过有机朗肯循环的有机工质蒸发器5将余热传递给有机朗肯循环系统的有机工质，随后排入大气；液态有机工质在工质循环泵9的驱动下，流经有机工质膨胀机6用氢燃气轮机尾气余热将有机工质蒸发变为气态后驱动膨胀机三相发电机7做功，最后有机工质经冷凝器8变为液态回到储液罐，参与下次循环。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种氢燃气轮机尾气余热利用系统，其特征在于，所述系统包括：压气机、燃烧室、第一涡轮、第二涡轮、有机工质蒸发器、有机工质膨胀机、三相发电机、有机工质冷凝器、工质循环泵和阀，所述压气机的进口端引入氢气燃料，所述压气机的出口端通过管道与所述燃烧室的进口端连接，所述燃烧室的出口端通过管道与所述第一涡轮进口端连接，所述第一涡轮的出口端通过管道与所述第二涡轮的进口端连接，所述第二涡轮的出口端通过管道与有机朗肯循环系统连接，对氢燃气轮机尾气的余热进行利用后将尾气排放到大气中；
所述有机朗肯循环系统包括：所述有机工质蒸发器的出口端通过管道与所述阀的进口端连接，所述阀的出口端通过管道与所述有机工质膨胀机的进口端连接，所述有机工质膨胀机直接连接所述三相发电机，所述有机工质膨胀机的出口端通过管道与所述有机工质冷凝器的进口端连接，所述有机工质冷凝器的出口端通过管道与所述工质循环泵的进口端连接，所述工质循环泵的出口端通过管道连接所述有机工质蒸发器的进口端，构成一个循环回路。
2.根据权利要求1所述的氢燃气轮机尾气余热利用系统，其特征在于：所述有机朗肯循环系统中包含一个有机工质储液罐，以便对有机工质进行储存。
3.根据权利要求2所述的氢燃气轮机尾气余热利用系统，其特征在于：所述第二燃气轮机的尾气通过热交换装置在所述有机工质蒸发器中与有机工质进行热交换，对有机工质进行加热。
4.根据权利要求3所述的氢燃气轮机尾气余热利用系统，其特征在于：利用所述有机工质在所述有机工质膨胀机中膨胀做功带动所述三相发电机转动并发电，提高氢燃气轮机的输出功率。
5.根据权利要求4所述的氢燃气轮机尾气余热利用系统，其特征在于：所述氢燃气轮机通过燃烧氢气，放出大量的热驱动所述第一涡轮和第二涡轮做功。
6.根据权利要求5所述的氢燃气轮机尾气余热利用系统，其特征在于：有机工质的主要循环顺序如下：所述有机工质储液罐中的有机工质在所述工质循环泵的作用下，先后通过所述有机工质蒸发器、所述有机工质膨胀机和所述有机工质冷凝器，有机工质在所述有机工质蒸发器中吸收氢燃气轮机尾气的余热，在所述有机工质膨胀机中膨胀后驱动膨胀机做功并带动所述三相发电机输出电能，做功后的有机工质经所述有机工质冷凝器冷却后进入所述储液罐参与下次循环。
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