CN115199405A - 一种基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热电联产技术领域，具体涉及一种基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统、及工作方法；包括：低压压气机，低压压气机的进气口与外界空气连通，低压压气机的出气口与中冷器的热端连通，液氨储罐中的液氨与中冷器的冷端连通，中冷器的冷却气体出气口与高压压气机的冷却气体进口连通，高压压气机的高压气体出口与燃烧室的气体入口连通；蒸发室，液体入口与中冷器的出液口连通，蒸发室的气体出口与分流装置连通，分流装置的第一气体出口与燃烧室的燃料入口连通，分流装置的第二气体出口与化学回热器的入料端连通。整个基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统没有碳元素的参与，可以实现零碳排放。

Description

一种基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统及 工作方法

技术领域

本发明涉及热电联产技术领域，具体涉及一种基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统、及工作方法。

背景技术

在热电联产领域，天然气和柴油等作为主要燃料燃烧会排放大量的二氧化碳，严重的造成了环境污染。在提出的替代燃料中，氨作为一种潜在的氢能载体受到了极大的关注，这种无碳燃料可以在燃气轮机或内燃机中燃烧，且完全燃烧只产生氮气和水蒸气。同时，由于氨提供的能量密度高于压缩氢，可以从化石燃料、生物质或其他可再生资源中获得，又没有与氢利用相关的储存和运输障碍。

但是，现有的氨燃料燃气轮机发电系统在使用时，热效率较低，严重的造成了资源的浪费。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的氨燃料燃气轮机发电系统在使用时，热效率较低，严重的造成了资源的浪费的问题，从而提供一种利用液氨冷却两级压气机间的空气，利用化学回热器回收尾气中的余热用来实现氨分解，从而减轻碳排放压力并提高系统的热效率的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，包括：低压压气机，所述低压压气机的进气口与外界空气连通，所述低压压气机的出气口与中冷器的热端连通，液氨储罐中的液氨与所述中冷器的冷端连通，所述中冷器的冷却气体出气口与高压压气机的冷却气体进口连通，所述高压压气机的高压气体出口与燃烧室的气体入口连通；蒸发室，液体入口与所述中冷器的出液口连通，所述蒸发室的气体出口与分流装置连通，所述分流装置的第一气体出口与所述燃烧室的燃料入口连通，所述分流装置的第二气体出口与化学回热器的入料端连通，所述化学回热器的出料端与所述燃烧室燃料入口连通，所述燃烧室的气体出口与所述蒸发室的气体入口连通，所述燃烧室的出气口与动力蜗轮的进气口连通，所述动力蜗轮与发电机电连接。

进一步的，所述低压压气机和高压压气机、以及动力涡轮同轴设置。

进一步的，所述化学回热器的出料端产出的气体为含有氨氢氮的混合气体。

进一步的，所述化学回热器内设有氨分解重整反应的重整室，所述动力涡轮的尾气出口与所述化学回热器的进气口连通。

进一步的，所述液氨储罐与所述中冷器之间设有截止阀。

进一步的，所述截止阀与所述中冷器之间设有泵。

进一步的，所述分流装置为分流阀。

进一步的，还包括催化还原装置，所述化学回热器的尾气出口与所述催化还原装置连通。

进一步的，所述化学回热器与所述催化还原装置之间设有调量阀。

本发明还提供了一种基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统的工作方法，包括：来自大气的空气经低压压缩机进行初步压缩后通入中冷器的热端，液氨储罐中的液氨通入中冷器的冷端，经过换热将初步压缩的空气冷却，冷却的空气经过高压压气机进一步压缩，高压空气通入燃烧室空气入口，而液氨在冷端被加热后继续通入蒸发室进行蒸发得到氨气，氨气在分流阀中分出一部分通入燃烧室燃料入口与空气预混后点火燃烧，分出的另一部分氨气进入到化学回热器的入料端，利用化学回热器从尾气回收的余热进行热分解，从化学回热器的出料端产出的含有氨氢氮的混合气体作为补充燃料通入燃烧室的燃料入口与空气混合燃烧，燃烧室产生的热量为蒸发室供热，燃烧后产生的燃气进入动力涡轮进行做功带动发电机发电。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，包括：低压压气机，所述低压压气机的进气口与外界空气连通，所述低压压气机的出气口与中冷器的热端连通，液氨储罐中的液氨与所述中冷器的冷端连通，所述中冷器的冷却气体出气口与高压压气机的冷却气体进口连通，所述高压压气机的高压气体出口与燃烧室的气体入口连通；蒸发室，液体入口与所述中冷器的出液口连通，所述蒸发室的气体出口与分流装置连通，所述分流装置的第一气体出口与所述燃烧室的燃料入口连通，所述分流装置的第二气体出口与化学回热器的入料端连通，所述化学回热器的出料端与所述燃烧室燃料入口连通，所述燃烧室的气体出口与所述蒸发室的气体入口连通，所述燃烧室的出气口与动力蜗轮的进气口连通，所述动力蜗轮与发电机电连接。

整个基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统没有碳元素的参与，可以实现零碳排放；利用液氨相比与氢气降低了燃料储存和运输成本；由于液氨是通过中冷器换热后进入蒸发室，蒸发所需的热量会减少，间接提高了系统效率；同时通过化学回热器对尾气余热的收集对部分氨燃料进行热裂解，产生的氨氢氮的混合气通入燃烧室燃烧，降低了反应的热量；采用间冷循环与化学回热等方式大大提升了系统的热效率。

2.本发明提供的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，所述低压压气机和高压压气机、以及动力涡轮同轴设置；通过同轴设置的低压压气机和高压压气机、以及动力涡轮，保证了低压压气机和高压压气机、以及动力涡轮的工作性能，并达到最佳的工作效率。

3.本发明提供的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，所述液氨储罐与所述中冷器之间设有截止阀，该截止阀可以有效的控制液氨储罐与中冷器之间的连接管路的通断或节流，即控制液氨储罐内的液氨的流动。

4.本发明提供的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，所述截止阀与所述中冷器之间设有泵，泵的设置可以有效的将液氨抽取出来，并将液氨顺利的输送至中冷器中。

5.本发明提供的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，还包括催化还原装置，所述化学回热器的尾气出口与所述催化还原装置连通；即从化学回热器的出气端流出的尾气通入催化还原装置，从而消消氮氧化物，进而实现对环境的零污染，极大降低了对环境的污染。

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术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发明的一些实施方式，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为本发明提供的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统的原理图。

附图标记说明：

1-低压压气机；2-中冷器；3-高压压气机；4-燃烧室；5-动力涡轮；6-发电机；7-液氨储罐；8-截止阀；9-泵；10-蒸发室；11-分流装置；12-化学回热器；13-调量阀；14-催化还原装置；

代表空气通路；

代表液氨通路；

代表氨气通路；

代表混合气通路；

代表尾气通路；

代表热能流路。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，消非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要说明的是，消非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，消非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。

请参阅图1所示，本发明提供了一种基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，包括：低压压气机1，所述低压压气机1的进气口与外界空气连通，所述低压压气机1的出气口与中冷器2的热端连通，液氨储罐7中的液氨与所述中冷器2的冷端连通，所述中冷器2的冷却气体出气口与高压压气机3的冷却气体进口连通，所述高压压气机3的高压气体出口与燃烧室4的气体入口连通；蒸发室10，液体入口与所述中冷器2的出液口连通，所述蒸发室10的气体出口与分流装置11连通，所述分流装置11的第一气体出口与所述燃烧室4的燃料入口连通，所述分流装置11的第二气体出口与化学回热器12的入料端连通，所述化学回热器12的出料端与所述燃烧室4燃料入口连通，所述燃烧室4的气体出口与所述蒸发室10的气体入口连通，所述燃烧室4的出气口与动力蜗轮5的进气口连通，所述动力蜗轮5与发电机6电连接。

该基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统的物质六五主要分为空气通路、液氨通路、氨气通路、混合气体通路、尾气通路、热能流路；

对于空气通路：来自大气的空气经低压压缩机1进行初步压缩后通入中冷器2的热端；对于液氨通路：液氨储罐7中的液氨通入中冷器2的冷端，经过换热将初步压缩的空气冷却，冷却的空气经过高压压气机3进一步压缩，高压空气通入燃烧室4空气入口，而液氨在冷端被加热后继续通入蒸发室10进行蒸发得到氨气；氨气通路：氨气在分流阀11中分成两部分，其中，一部分氨气通入燃烧室4燃料入口与空气预混后点火燃烧，分出的另一部分氨气进入到化学回热器12的入料端；对于尾气通路和混合气体通过：利用化学回热器12从尾气回收的余热进行热分解，从化学回热器12的出料端产出的含有氨氢氮的混合气体作为补充燃料通入燃烧室4的燃料入口与空气混合燃烧；对于热能流路：燃烧室4产生的热量为蒸发室10供热，燃烧后产生的燃气进入动力涡轮5进行做功带动发电机6发电。

整个基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统没有碳元素的参与，可以实现零碳排放；利用液氨相比与氢气降低了燃料储存和运输成本；由于液氨是通过中冷器换热后进入蒸发室，蒸发所需的热量会减少，间接提高了系统效率；同时通过化学回热器对尾气余热的收集对部分氨燃料进行热裂解，产生的氨氢氮的混合气通入燃烧室燃烧，降低了反应的热量；采用间冷循环与化学回热等方式大大提升了系统的热效率。

在一些可选的实施例中，所述低压压气机1和高压压气机3、以及动力涡轮5同轴设置；通过同轴设置的低压压气机1和高压压气机3、以及动力涡轮5，保证了低压压气机1和高压压气机3、以及动力涡轮5的工作性能，并达到最佳的工作效率。

所述化学回热器12的出料端产出的气体为含有氨氢氮的混合气体。该含有氨氢氮的混合气体作为补充燃料通过燃烧室4的燃料入口与空气进行混合燃烧。

在一些可选的实施例中，所述化学回热器12内设有氨分解重整反应的重整室，氨分解重整反应的重整室的内壁上涂覆有重整反应催化剂，所述动力涡轮5的尾气出口与所述化学回热器12的进气口连通，即从动力涡轮5出来的尾气通入化学回热器12的进气端，为化学回热器12入料端的氨气分解提供热量。

在一些可选的实施例中，所述液氨储罐7与所述中冷器2之间设有截止阀8，该截止阀8可以有效的控制液氨储罐7与中冷器2之间的连接管路的通断或节流，即控制液氨储罐7内的液氨的流动。

同时，在所述截止阀8与所述中冷器2之间设有泵9，泵9的设置可以有效的将液氨抽取出来，并将液氨顺利的输送至中冷器2中。

在本实施例中，所述分流装置11为分流阀。

在一些可选的实施例中，该基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统还包括催化还原装置14，所述化学回热器12的尾气出口与所述催化还原装置14连通；即从化学回热器12的出气端流出的尾气通入催化还原装置14，从而消消氮氧化物，进而实现对环境的零污染。

在一些可选的实施例中，所述化学回热器12与所述催化还原装置14之间设有调量阀13，调量阀13的设置，可以有效的控制该化学回热器12的出气端流出的尾气进入催化还原装置14内的量，进而保证催化还原装置可以充分的消消氧化物，极大降低了对环境的污染。

本发明还提供了一种基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统的工作方法，包括：来自大气的空气经低压压缩机1进行初步压缩后通入中冷器2的热端，液氨储罐7中的液氨通入中冷器2的冷端，经过换热将初步压缩的空气冷却，冷却的空气经过高压压气机3进一步压缩，高压空气通入燃烧室4空气入口，而液氨在冷端被加热后继续通入蒸发室10进行蒸发得到氨气，氨气在分流阀11中分出一部分通入燃烧室4燃料入口与空气预混后点火燃烧，分出的另一部分氨气进入到化学回热器12的入料端，利用化学回热器12从尾气回收的余热进行热分解，从化学回热器12的出料端产出的含有氨氢氮的混合气体作为补充燃料通入燃烧室4的燃料入口与空气混合燃烧，燃烧室4产生的热量为蒸发室10供热，燃烧后产生的燃气进入动力涡轮5进行做功带动发电机6发电。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，其特征在于，包括：

低压压气机(1)，低压压气机(1)的进气口与外界空气连通，低压压气机(1)的出气口与中冷器(2)的热端连通，液氨储罐(7)中的液氨与中冷器(2)的冷端连通，中冷器(2)的冷却气体出气口与高压压气机(3)的冷却气体进口连通，高压压气机(3)的高压气体出口与燃烧室(4)的气体入口连通；

蒸发室(10)，液体入口与中冷器(2)的出液口连通，蒸发室(10)的气体出口与分流装置(11)连通，分流装置(11)的第一气体出口与燃烧室(4)的燃料入口连通，分流装置(11)的第二气体出口与化学回热器(12)的入料端连通，化学回热器(12)的出料端与燃烧室(4)燃料入口连通，燃烧室(4)的气体出口与蒸发室(10)的气体入口连通，燃烧室(4)的出气口与动力蜗轮(5)的进气口连通，动力蜗轮(5)与发电机(6)电连接。

2.根据权利要求1的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，其特征在于，低压压气机(1)和高压压气机(3)、以及动力涡轮(5)同轴设置。

3.根据权利要求2的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，其特征在于，化学回热器(12)的出料端产出的气体为含有氨氢氮的混合气体。

4.根据权利要求1-3中任一项的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，其特征在于，化学回热器(12)内设有氨分解重整反应的重整室，动力涡轮(5)的尾气出口与化学回热器(12)的进气口连通。

5.根据权利要求4的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，其特征在于，液氨储罐(7)与中冷器(2)之间设有截止阀(8)。

6.根据权利要求5的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，其特征在于，截止阀(8)与中冷器(2)之间设有泵(9)。

7.根据权利要求1的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，其特征在于，分流装置(11)为分流阀。

8.根据权利要求1的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，其特征在于，还包括催化还原装置(14)，化学回热器(12)的尾气出口与催化还原装置(14)连通。

9.根据权利要求8的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统，其特征在于，化学回热器(12)与催化还原装置(14)之间设有调量阀(13)。

10.根据上述权利要求1-9中任一项所述的基于间冷循环及化学回热的氨燃料燃气轮机发电系统的工作方法，其特征在于，包括：

来自大气的空气经低压压缩机(1)进行初步压缩后通入中冷器(2)的热端，液氨储罐(7)中的液氨通入中冷器(2)的冷端，经过换热将初步压缩的空气冷却，冷却的空气经过高压压气机(3)进一步压缩，高压空气通入燃烧室(4)空气入口，而液氨在冷端被加热后继续通入蒸发室(10)进行蒸发得到氨气，氨气在分流阀(11)中分出一部分通入燃烧室(4)燃料入口与空气预混后点火燃烧，分出的另一部分氨气进入到化学回热器(12)的入料端，利用化学回热器(12)从尾气回收的余热进行热分解，从化学回热器(12)的出料端产出的含有氨氢氮的混合气体作为补充燃料通入燃烧室(4)的燃料入口与空气混合燃烧，燃烧室(4)产生的热量为蒸发室(10)供热，燃烧后产生的燃气进入动力涡轮(5)进行做功带动发电机(6)发电。

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