CN112576374A - 一种间接换热式燃气轮机系统及其发电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种间接换热式燃气轮机系统和发电方法，该系统包括至少2个储热装置A和B、压气机、透平；从压气机出来的压缩空气经过储热装置A，被储热装置A释放热量加热，加热后的高温空气进入透平做功，带动发电机发电；从透平出来的尾气进入储热装置B，同时喷入燃料，与尾气燃烧产生高温烟气，高温烟气流经并加热储热装置B，烟气最终排出；当储热装置A放热结束后，调整阀门使得从压气机出来的压缩空气进入储热装置B，并被储热装置B放出的热量所加热，高温空气进入透平做功；从透平出来的尾气进入储热装置A，同时喷入燃料，与尾气燃烧产生高温烟气，加热储热装置A，烟气最终排出；储热装置A和B不断的储热和放热使得系统连续稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机系统，尤其涉及一种间接换热式燃气轮机系统及其发电方法。
背景技术
目前的世界能源供应体系主要以集中式供能为主。该体系的特点是大容量、高参数、高效率等。尽管其集中发电效率高，但是输电、输热距离远，管线长，投资大，在灵活性和安全性方面存在较大缺陷。相对于集中式能源系统，分布式能源系统小而灵活，并且可以和制冷、供热等结合，总体效率高，其主要特征有：设备小投资少、热电联供效率高、能源多样化、多能互补、环境优化、适应性好。例如我国南方城市多为冬冷夏热，冬天和夏天需要空调制热和制冷，能耗很大。此外，南方供暖考虑其经济性并不适于采用北方“集中供暖”的方式。采用分布式冷热电联供系统，是解决该问题的有效途径。
气轮机发电运行可靠，适用于多种能源供应系统，其功率范围大，其中微型燃气轮机（功率小于500kW）适合分布式能源系统中的关键发电设备。此外，我国农村生物质资源丰富，常用秸秆、木材等作为燃料烧火做饭、焚烧制肥料等，造成比较严重的环境污染，并且效率低下。本发明结合燃气轮机和生物质，提出一种间接换热式燃气轮机系统和发电方法，提高生物质利用效率，降低成本，具有较大经济效益。
生物质气化发电技术是一种生物质能源化利用的重要方法。生物质气化气可作为燃气轮机等的燃料，但其焦油和灰分含量高，需要经过净化处理。由于生物质气化气热值较低，而净化过程需要冷却处理，整体效率低下。此外生物质气中含有一定的碱金属和硫化物，对燃气轮机有较大危害。同时，冷却处理时焦油对易凝结对管道设备有较大影响，无法长期稳定工作。此外，生物质气净化后的废水也会造成二次污染。
发明内容
本发明针对以上生物质气化在分布式能源系统应用的缺点，提出了一种间接换热式燃气轮机系统，避免了生物质气化气的冷却以及净化处理，提高系统稳定性、可靠性和效率。
本发明的具体方案如下：
一种间接换热式燃气轮机发电方法，其特征在于包括压气机、至少2个储热装置A和储热装置B、透平，从所述压气机出来的压缩空气流经所述储热装置A，被储热装置A加热，加热后的高温空气进入所述透平做功，从透平排出的尾气进入储热装置B，同时喷入燃料，与尾气发生燃烧反应，产生高温烟气，高温烟气流过所述储热装置B时，加热储热装置B，最后烟气通过烟气出口排出；当储热装置A放热结束时，通过阀门调节使得从所述压气机出来的压缩空气进入储热装置B，被储热装置B加热，加热后的高温空气进入所述透平做功，从透平排出的尾气进入储热装置A，同时喷入燃料，与尾气发生燃烧反应，产生高温烟气，高温烟气流经所述储热装置A时，加热储热装置A，最后烟气通过烟气出口排出；当储热装置B放热结束时，重新切换阀门，储热装置A开始放热，储热装置B开始储热，储热装置A和B不断重复地储热和放热使得燃气轮机系统连续稳定运行。
所述的储热装置A和B具有内部流动通道，并且具有高温侧和低温侧，储热和放热过程中内部流动气体的流动方向相反。放热时，压缩空气从储热装置低温侧流到高温侧；储热时，高温烟气从储热装置的高温侧流到低温侧。
作为优选，所述的压气机、储热装置A、储热装置B以及烟气排出口通过四通阀门A连接，当储热装置A处于放热状态时，调节四通阀门A使得压气机出口与储热装置A的低温侧相连通，储热装置B的低温侧与烟气出口相连通；当储热装置A处于储热状态时，调节四通阀门A使得压气机出口与储热装置B的低温侧相连通，储热装置A的低温侧与烟气出口相通。
进一步的，作为优选，所述的透平进口、透平出口、储热装置A以及储热装置B通过四通阀门B连接，当储热装置A处于放热状态时，调节四通阀门B使得储热装置A的高温侧与透平进口相连通，透平出口与储热装置B的高温侧相连通；当储热装置A处于储热状态时，调节四通阀门B使得透平进口与储热装置B的高温侧相连通，透平出口与储热装置A的高温侧相连通。
此外，作为优选，所述的燃料为天然气、合成气、生物质气化气、煤炭、石油、生物质、可燃废弃物中的一种或者多种。
透平通过轴连接所述压气机和发电机，为压气机和发电机提供动力，所述发电机最终对外输出电能。
作为优选，所述的储热装置A和B中布置具有内部气体流道的储热介质，所述储热介质为蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、泡沫金属、金属丝网、堆积砂砾、相变材料、热化学储热材料中的一种或者多种。
此外，本发明提出一种间接换热式燃气轮机发电系统，包括压气机、储热装置A和B、透平，压气机出口分别与储热装置A与储热装置B的低温内侧相连，透平出口分别与储热装置A和储热装置B的高温侧相连，透平进口分别与储热装置A和储热装置B的高温侧相连，在储热装置A和储热装置B的高温侧分别布置燃料入口。作为优选，所述的压气机出口通过四通阀A与储热装置A的低温侧、储热装置B的低温侧以及烟气出口相连；所述透平的进口与透平出口通过四通阀门B与储热装置A的高温侧、储热装置B的高温侧相连。
所述压气机是指能够提供压缩气体的装置；所述透平是指利用高温压力气体做功的装置；储热装置是指利用显热、潜热或者化学能将热量暂时存储的装置。
附图说明
图1是一种间接换热式燃气轮机方法示意图；
图中：1-压气机；2-储热装置A；3-四通阀A；4-储热装置B；5-四通阀B；6-透平；7-发电机。
具体实施方式
如图1所示，一种间接换热式燃气轮机系统，包括压气机1、储热装置A2、储热装置B4、透平6、四通阀A3和四通阀B5。调整四通阀A3使得压气机1出口与储热装置A2的低温侧相连通，储热装置B4的低温侧与烟气出口相连通。调整四通阀B5使得储热装置A2的高温侧与透平6的进口相连通，储热装置B4的高温侧与透平6的出口相连。大气中的空气经过压气机1压缩，从压气机1排出的压缩空气流经四通阀A3，进入储热装置A2的低温侧，流经储热装置A2，压缩空气被储热装置A2加热，并从储热装置A2的高温侧流出，流经四通阀B5，进入透平6做功。从透平6排出的尾气流经四通阀B5，进入储热装置B4的高温侧，同时喷入燃料，与尾气燃烧，生产高温烟气，高温烟气流经储热装置B4，加热储热装置B4。烟气从储热装置B4的低温侧流出，经过四通阀A3，从烟气出口排出。
当储热装置A2放热结束时，调整四通阀A3使得压气机1出口与储热装置B4的低温侧相连通，储热装置A的低温侧与烟气出口相连通。调整四通阀B5使得储热装置B4的高温侧与透平6的进口相连通，储热装置A2的高温侧与透平6的出口相连通。大气中的空气经过压气机1压缩，从压气机1排出的压缩空气流经四通阀A3，进入储热装置B4的低温侧，流经储热装置B4，压缩空气被加热，并从储热装置B4的高温侧流出，流经四通阀B5，进入透平6做功。从透平6排出的尾气流经四通阀B5，进入储热装置A2的高温侧，同时喷入燃料，与尾气燃烧，生产高温烟气，高温烟气流经储热装置A2，加热储热装置A2。烟气从储热装置A2的低温侧流出，经过四通阀A3，从烟气出口排出。
上述储热装置A2和储热装置B4的储热和放热过程依次重复进行，使得压气机1和透平6连续工作。同时，压气机1和透平6通过轴相连，透平6与发电机7相连，使得透平6同时带动压气机1和发电机7工作。
以生物质气化气作为燃料为例。由于生物质气化气中含有较多焦油、固体杂质、碱金属以及硫化物等。若在常规燃气轮机系统，生物质气化气在燃烧室中燃烧，高温烟气进入燃气轮机系统中的透平做功。含有的有害物质对燃气轮机系统中的透平和管道等造成一定危害，降低使用稳定性以及寿命。在本实施例中使用的生物质气化气时，燃烧后的高温烟气没有直接通入透平进行做功，而是加热储热装置中的储热介质，降低温度后的烟气再排出系统。当储热介质放热时，从压气机出来的干净压缩空气经过储热装置，被储热装置加热，再进入透平做功。通过本发明的方法避免了含有害杂质的烟气直接进入透平，提高了系统的燃料适应性。
Claims (9)
1.一种间接换热式燃气轮机发电方法，其特征在于：包括至少2个储热装置A和B、压气机、透平，从所述的压气机出来的压缩空气流经所述储热装置A，被储热装置A加热，加热后的高温空气进入所述透平做功，从透平排出的尾气进入储热装置B，同时喷入燃料，与所述尾气发生燃烧反应，产生高温烟气，高温烟气流过所述储热装置B时，加热储热装置B，最后烟气从烟气出口排出；当储热装置A放热结束时，通过阀门调节改变从所述压气机出来的压缩空气流向，使得压缩空气进入储热装置B，储热装置B释放热量，加热压缩空气，加热后的高温压缩空气进入所述透平做功，从透平排出的尾气进入储热装置A，同时喷入燃料，与尾气发生燃烧反应，产生高温烟气，高温烟气再流经所述储热装置A，加热储热装置A，最后烟气从烟气出口排出；当储热装置B放热结束，切换阀门使得储热装置A重新放热加热压缩空气，储热装置B重新被高温烟气加热进行储热，储热装置A和B不断重复地储热和放热使得燃气轮机系统连续运行。
2.根据权利要求1所述的一种间接换热式燃气轮机发电方法，其特征在于所述的储热装置A和B具有内部流动通道，并且具有低温侧和高温侧，储热和放热过程中内部流动气体的流动方向相反，放热时压缩空气从储热装置低温侧流到高温侧，储热时高温烟气从储热装置的高温侧流到低温侧。
3.根据权利要求2所述的一种间接换热式燃气轮机发电方法，其特征在于所述的压气机、储热装置A、储热装置B以及烟气出口通过四通阀门A连接，当储热装置A处于放热状态时，调节四通阀门A使得压气机出口与储热装置A的低温侧相连通，储热装置B的低温侧与烟气出口相连通；当储热装置A处于储热状态时，调节四通阀门A使得压气机出口与储热装置B的低温侧相连通，储热装置A的低温侧与烟气出口相通。
4.根据权利要求2所述的一种间接换热式燃气轮机发电方法，其特征在于所述的透平进口、透平出口、储热装置A以及储热装置B通过四通阀门B连接，当储热装置A处于放热状态时，调节四通阀门B使得储热装置A的高温侧与透平进口相连通，透平出口与储热装置B的高温侧相连通；当储热装置A处于储热状态时，调节四通阀门B使得透平进口与储热装置B的高温侧相连通，透平出口与储热装置A的高温侧相连通。
5.根据权利要求1所述的一种间接换热式燃气轮机发电方法，其特征在于所述的燃料为天然气、合成气、生物质气化气、煤炭、石油、生物质、可燃废弃物中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的一种间接换热式燃气轮机发电方法，其特征在于所述的透平通过轴连接所述压气机和发电机，所述发电机最终对外输出电能。
7.根据权利要求1所述的一种间接换热式燃气轮机发电方法，其特征在于所述的储热装置A和B中布置具有内部气体流道的储热介质，所述储热介质为蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、泡沫金属、金属丝网、堆积砂砾、相变材料、热化学储热材料中的一种或者多种。
8.一种间接换热式燃气轮机发电系统，其特征在于包括压气机、储热装置A和B、透平，压气机出口分别与储热装置A与储热装置B的低温侧相连，透平出口分别与储热装置A和储热装置B的高温侧相连，透平进口分别与储热装置A和储热装置B的高温侧相连，在储热装置A和储热装置B的高温侧分别布置燃料入口。
9.根据权利要求8所述的一种间接换热式燃气轮机发电系统，其特征在于所述的压气机出口通过四通阀A与储热装置A的低温侧、储热装置B的低温侧以及烟气排出口相连；所述透平的进口与出口通过四通阀门B与储热装置A的高温侧、储热装置B的高温侧相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210330 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |