CN209976638U - 一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统，是并汽装置在燃气轮机余热锅炉末级过热器前的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统，包括：1)垃圾焚烧系统：由炉排式焚烧炉和焚烧余热锅炉组成；2)燃气轮机及燃气轮机余热锅炉；3)焚烧余热锅炉过热蒸汽与燃气轮机余热锅炉过热蒸汽并汽系统：由焚烧余热锅炉过热器出口外的蒸汽管路、并汽装置、以及并汽装置与燃气轮机余热锅炉过热器间的管路；4)汽轮发电系统：包括汽轮机、发电机；5)燃气轮机余热锅炉排烟循环至焚烧炉系统：由烟气再循环风机及相关管道组成；6)辅助设备：系统中需要的凝汽器、除氧器等辅助设备及必要的给水泵、凝结水泵、阀门等。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于垃圾焚烧发电和燃气轮机发电相联合的系统，是一种将燃气轮机和垃圾焚烧的能量系统耦合、燃气轮机余热锅炉与垃圾焚烧余热锅炉共用一套汽轮发电机组的系统，也是一种将燃气轮机余热锅炉排烟作为焚烧炉余热锅炉再循环烟气的系统。
背景技术
垃圾焚烧已经成为我国生活垃圾处理的主要途径之一，目前我国的日垃圾焚烧量约为40万吨，且垃圾焚烧行业发展迅速，垃圾焚烧厂的数量在快速上升，预计到2022年前后日垃圾焚烧量将超过80万吨。
目前大多数的垃圾焚烧厂利用了垃圾焚烧产生的热能进行电力生产，焚烧厂的收入来源中发电收入占比较高，进行电力生产时，采用高效率的发电系统，既有利于能量的高效利用，又有利于提高垃圾处理的收入，因而成为我国垃圾焚烧发电领域发展的方向之一。
同煤和生物质相比，生活垃圾中氯、碱金属元素等含量较多，焚烧生成的烟气携带的飞灰中含有氯化钠、氯化钾等物质较多，烟气的腐蚀性较强，容易对水冷壁、过热器等金属换热面产生腐蚀，尤其是对金属壁温较高的过热器，因而传统上采用的蒸汽参数为4Mpa/400℃，且将过热器进口烟气的温度控制在610℃以下，当对蒸汽采用更高的压力和温度时，过热器内工质温度增加，过热器金属壁温增加，且蒸汽过热段的吸热比例增加，烟气中的能量向给水加热工程中的过冷段、饱和段和过热段的分配也将发生变化，同等燃烧条件下需要将过热器向更高的温度区间布置，这样就会使过热器面临更大的腐蚀风险，从而限制了高参数的使用，经过技术提升与改进，垃圾焚烧余热锅炉的蒸汽参数被提高到6.4Mpa/450℃左右，同时受到垃圾量和热值的影响，垃圾焚烧厂的汽轮发电系统功率都比较小，总体效率较低；同时，焚烧炉常使用烟气再循环技术控制氮氧化物，即将布袋除尘器后的烟气作为循环烟气返回炉内，部分代替二次风进行温度调节、并减少氮氧化物的生成，但布袋除尘器后的焚烧烟气是含有一定浓度的HCl、SO2等酸性气体及粉尘的湿烟气，对烟气再循环风机及相关管道的腐蚀和磨损较大，更换频率较高。
现有的燃气轮机采用燃气-蒸汽联合循环方式，设有用于垃圾焚烧余热锅炉蒸汽与燃气轮机余热锅炉蒸汽合并的并汽装置；燃气轮机向燃气轮机余热锅炉的排烟被用来生产蒸汽并在汽轮发电系统发电，烟气为以CH4为主的天然气燃烧的产物为主，主要为氮气、水和二氧化碳，在高温段对金属基本无腐蚀性，因而燃气轮机余热锅炉产生的过热蒸汽也可以达到较高的参数，这样就有望使垃圾焚烧与燃气轮机使用一套汽轮发电机组、同时垃圾焚烧余热锅炉使用燃气轮机余热锅炉的排烟做再循环烟气。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于垃圾焚烧发电和燃气轮机发电相联合的系统，是一种燃气轮机余热锅炉与垃圾焚烧余热锅炉共用一套汽轮发电机组的系统，也是一种将燃气轮机余热锅炉排烟作为焚烧炉余热锅炉再循环烟气的系统。
本实用新型的具体技术方案是：一种用于垃圾焚烧与燃气轮机发电的联合系统，是并汽装置在燃气轮机余热锅炉末级过热器前的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统，包括：1)垃圾焚烧系统：由炉排式焚烧炉和焚烧余热锅炉组成；2)燃气轮机及燃气轮机余热锅炉；3)焚烧余热锅炉过热蒸汽与燃气轮机余热锅炉过热蒸汽并汽系统：由焚烧余热锅炉过热器出口外的蒸汽管路、并汽装置、以及并汽装置与燃气轮机余热锅炉过热器间的管路；4)汽轮发电系统：包括汽轮机、发电机；5)燃气轮机余热锅炉排烟循环至焚烧炉系统：由烟气再循环风机及相关管道组成；6)辅助设备：系统中需要的凝汽器、除氧器等辅助设备及必要的给水泵、凝结水泵、阀门等；
所述炉排式焚烧炉1的烟气出口连接焚烧余热锅炉2，焚烧余热锅炉2蒸汽侧通过管道同并汽管5连接，燃气轮机3的烟气出口连接燃气轮机余热锅炉4；燃气轮机余热锅炉4的初级过热器与末级过热器经过并汽管5连接，燃气轮机余热锅炉4的末级过热器同汽轮机6连接，汽轮机6主轴通过联轴器与发电机7连接，汽轮机7蒸汽侧与凝汽器9连接，之后依次为低压加热器10、除氧器11、给水泵12，给水泵12出口同时与焚烧余热锅炉2的省煤器13和燃气轮机余热锅炉4连接，燃气轮机余热锅炉4的烟气侧通过烟气再循环风机8同炉排式焚烧炉1的烟气侧连接。
本实用新型还提供了一种用于垃圾焚烧与燃气轮机发电的联合系统，是并汽装置在燃气轮机余热锅炉末级过热器后的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统，包括：1)垃圾焚烧系统：由炉排式焚烧炉和焚烧余热锅炉组成；2)燃气轮机及燃气轮机余热锅炉；3)焚烧余热锅炉过热蒸汽与燃气轮机余热锅炉过热蒸汽并汽系统：由焚烧余热锅炉过热器出口外的蒸汽管路、并汽装置、以及并汽装置与燃气轮机余热锅炉过热器间的管路；4)汽轮发电系统：包括汽轮机、发电机；5)燃气轮机余热锅炉排烟循环至焚烧炉系统：由烟气再循环风机及相关管道组成；6)辅助设备：系统中需要的凝汽器、除氧器等辅助设备及必要的给水泵、凝结水泵、阀门等；
所述炉排式焚烧炉1的烟气出口连接焚烧余热锅炉2，焚烧余热锅炉2蒸汽侧通过管道同并汽管5连接，燃气轮机3的烟气出口连接燃气轮机余热锅炉4；燃气轮机余热锅炉4的末级过热器与并汽管5连接，并汽管5同汽轮机6连接，汽轮机6主轴通过联轴器与发电机7连接，汽轮机7蒸汽侧与凝汽器9连接，之后依次为低压加热器10、除氧器11、给水泵12，给水泵12出口同时与焚烧余热锅炉2的省煤器13和燃气轮机余热锅炉4连接，燃气轮机余热锅炉4的烟气侧通过烟气再循环风机8同炉排式焚烧炉1的烟气侧连接。
技术效果：
本实用新型所述的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统，优点为：1)焚烧余热锅炉蒸汽温度可设置在不超过450℃，焚烧炉内的受热面腐蚀情况得到有效控制；2)将燃气轮机和垃圾焚烧的能量系统耦合，焚烧余热锅炉过热蒸汽与燃气轮机余热锅炉过热蒸汽合并使用一套汽轮发电系统，以及凝汽器、除氧器等公用辅助设备，利用规模效应，发电的单位投资成本降低，机组的容量增加时发电效率也得到提高，特别适用于分布式能源系统；3)可将燃气轮机的排烟温度设计在600℃左右，焚烧余热锅炉的蒸汽与燃气轮机余热锅炉内的蒸汽可先在并汽系统并汽，之后再进入与燃气轮机余热锅炉末级过热器，被加热至560℃左右，对应的蒸汽压力可达到13.6Mpa，系统整体的发电效率进一步得到提升；4)使用燃气轮机余热锅炉的排烟，作为焚烧炉使用烟气再循环时烟气的来源，可实现烟气再循环问题调节和降低氮氧化物的作用，有效降低烟气再循环风机及相关管道的腐蚀问题，并利用了该排烟的余热。
附图说明
图1并汽装置在燃气轮机余热锅炉末级过热器前的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统示意图。
图2并汽装置在燃气轮机余热锅炉末级过热器后的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统示意图。
在图1和图2中：1.炉排式焚烧炉；2.焚烧余热锅炉；3.燃气轮机；4.燃气轮机余热锅炉；5.并汽管；6.汽轮机；7.发电机；8.烟气再循环风机；9.凝汽器；10.低压加热器；11.除氧器；12.给水泵；13.省煤器。
具体实施方式
本实用新型所描述的一种垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统，结合附图，对具体实施方式作进一步详细说明。本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
本实用新型是一种用于垃圾焚烧和燃气轮机联合发电的系统的实施，是一种燃气轮机余热锅炉与垃圾焚烧余热锅炉共用一套汽轮发电机组的系统，也是一种将燃气轮机余热锅炉排烟作为焚烧炉余热锅炉再循环烟气的系统。
实施例1
如图1所示，是并汽装置在燃气轮机余热锅炉末级过热器前的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统示意图。
整个系统主要构成包括：1)垃圾焚烧系统：由炉排式焚烧炉1和焚烧余热锅炉2组成，其中焚烧余热锅炉还包括省煤器13；2)燃气轮机3及燃气轮机余热锅炉4；3)焚烧余热锅炉过热蒸汽与燃气轮机余热锅炉过热蒸汽并汽系统：主要由并汽管5及焚烧余热锅炉过热器出口外的蒸汽管道、燃气轮机余热锅炉过热器出口外的蒸汽管道组成；4)汽轮发电系统：包括汽轮机6、发电机7；5)燃气轮机余热锅炉排烟循环至焚烧炉系统：由烟气再循环风机8及相关管道组成；6)辅助设备：系统中需要的凝汽器9、低压加热器10、除氧器11等辅助设备及必要的给水泵12、凝结水泵、阀门等。
所述炉排式焚烧炉1的烟气出口连接焚烧余热锅炉2，焚烧余热锅炉2蒸汽侧通过管道同并汽管5连接，燃气轮机3的烟气出口连接燃气轮机余热锅炉4；燃气轮机余热锅炉4的初级过热器与末级过热器经过并汽管5连接，燃气轮机余热锅炉4的末级过热器同汽轮机6连接，汽轮机6主轴通过联轴器与发电机7连接，汽轮机7蒸汽侧与凝汽器9连接，之后依次为低压加热器10、除氧器11、给水泵12，给水泵12出口同时与焚烧余热锅炉2的省煤器13和燃气轮机余热锅炉4连接，燃气轮机余热锅炉4的烟气侧通过烟气再循环风机8同炉排式焚烧炉1的烟气侧连接。
天然气在燃气轮机3内燃烧并做功发电后，其排烟排至燃气轮机余热锅炉4，温度为600℃，烟气在燃气轮机余热锅炉4内依次经过燃气轮机余热锅炉4内各级换热器后，排烟温度为140℃，一部分直接排到大气中，另一部分经烟气再循环风机7被送入焚烧炉1中，作为烟气再循环的烟气来源，代替部分/全部二次风；垃圾经在焚烧炉1中焚烧产生的烟气依次经过焚烧炉余热锅炉2内的各级换热器后，温度为180～190℃，被引入烟气净化系统中。
焚烧炉余热锅炉2产生的过热蒸汽、燃气轮机余热锅炉4初级过热器出口的过热蒸汽设计参数相同，为13.9Mpa/450℃，分别经过蒸汽管道送至并汽管，之后送入余热锅炉末级过热器，被继续加热至13.6Mpa/560℃，之后并送入汽轮机6做功，带动电动机7发电，蒸汽在汽轮机5出口的凝汽器冷凝后，经过辅助设备中的低压加热器10、除氧器11、给水泵12等设备后，又被分为两部分分别送入焚烧炉余热锅炉2的省煤器13和燃气轮机余热锅炉4内加热。
使用6.4Mpa/450℃的焚烧系统，其发电效率约为27％，而使用了13.6Mpa/560℃的蒸汽参数后，发电效率可被提高到约32％；两套设备使用一套汽轮发电系统，利用规模效应减少了单位投资；使用燃气轮机余热锅炉4排烟作为焚烧炉1烟气再循环的烟气来源，烟气再循环风机7及再循环管道的基本不受烟气腐蚀。
实施例2
如图2所示，并汽装置在燃气轮机余热锅炉末级过热器后的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统示意图。
整个系统主要构成包括：1)垃圾焚烧系统：由炉排式焚烧炉1和焚烧余热锅炉2组成，其中焚烧余热锅炉还包括省煤器13；2)燃气轮机3及燃气轮机余热锅炉4；3)焚烧余热锅炉过热蒸汽与燃气轮机余热锅炉过热蒸汽并汽系统：主要由并汽管5及焚烧余热锅炉过热器出口外的蒸汽管道、燃气轮机余热锅炉过热器出口外的蒸汽管道组成；4)汽轮发电系统：包括汽轮机6、发电机7；5)燃气轮机余热锅炉排烟循环至焚烧炉系统：由烟气再循环风机8及相关管道组成；6)辅助设备：系统中需要的凝汽器9、低压加热器10、除氧器11等辅助设备及必要的给水泵12、凝结水泵、阀门等。
所述炉排式焚烧炉1的烟气出口连接焚烧余热锅炉2，焚烧余热锅炉2蒸汽侧通过管道同并汽管5连接，燃气轮机3的烟气出口连接燃气轮机余热锅炉4；燃气轮机余热锅炉4的末级过热器与并汽管5连接，并汽管5同汽轮机6连接，汽轮机6主轴通过联轴器与发电机7连接，汽轮机7蒸汽侧与凝汽器9连接，之后依次为低压加热器10、除氧器11、给水泵12，给水泵12出口同时与焚烧余热锅炉2的省煤器13和燃气轮机余热锅炉4连接，燃气轮机余热锅炉4的烟气侧通过烟气再循环风机8同炉排式焚烧炉1的烟气侧连接。
天然气在燃气轮机3内燃烧并做功发电后，其排烟排至燃气轮机余热锅炉4，温度为550℃，烟气在燃气轮机余热锅炉4内依次经过燃气轮机余热锅炉4内各级换热器后，排烟温度为140℃，一部分直接排到大气中，另一部分经烟气再循环风机7被送入焚烧炉1中，作为烟气再循环的烟气来源，代替部分/全部二次风；垃圾经在焚烧炉1中焚烧产生的烟气依次经过焚烧炉余热锅炉2内的各级换热器后，温度为180～190℃，被引入烟气净化系统中。
焚烧炉余热锅炉2产生的过热蒸汽、燃气轮机余热锅炉4末级过热器出口的过热蒸汽设计参数相同，为6.4Mpa/450℃，分别经过蒸汽管道送至并汽管并汽，之后被送入汽轮机6做功，带动发电机7发电，蒸汽在汽轮机5出口的凝汽器冷凝后，经过辅助设备中的低压加热器10、除氧器11、给水泵12等设备后，又被分为两部分分别送入焚烧炉余热锅炉2的省煤器13和燃气轮机余热锅炉4内。
两套设备使用一套汽轮发电系统，利用规模效应减少了单位投资，并提高了发电效率；使用燃气轮机余热锅炉4排烟作为焚烧炉1烟气再循环的烟气来源，烟气再循环风机7及再循环管道的基本不受烟气腐蚀。
Claims (6)
1.一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统，是并汽装置在燃气轮机余热锅炉末级过热器前的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统，其特征在于，包括：1)垃圾焚烧系统：由炉排式焚烧炉和焚烧余热锅炉组成；2)燃气轮机及燃气轮机余热锅炉；3)焚烧余热锅炉过热蒸汽与燃气轮机余热锅炉过热蒸汽并汽系统：由焚烧余热锅炉过热器出口外的蒸汽管路、并汽装置、以及并汽装置与燃气轮机余热锅炉过热器间的管路；4)汽轮发电系统：包括汽轮机、发电机；5)燃气轮机余热锅炉排烟循环至焚烧炉系统：由烟气再循环风机及相关管道组成；6)辅助设备：系统中需要的凝汽器、除氧器辅助设备及必要的给水泵、凝结水泵、阀门；其中，炉排式焚烧炉(1)的烟气出口连接焚烧余热锅炉(2)，焚烧余热锅炉(2)蒸汽侧通过管道同并汽管(5)连接，燃气轮机(3)的烟气出口连接燃气轮机余热锅炉(4)；燃气轮机余热锅炉(4)的初级过热器与末级过热器经过并汽管(5)连接，燃气轮机余热锅炉(4)的末级过热器同汽轮机(6)连接，汽轮机(6)主轴通过联轴器与发电机(7)连接，汽轮机(6)蒸汽侧与凝汽器(9)连接，之后依次为低压加热器(10)、除氧器(11)、给水泵(12)，给水泵(12)出口同时与焚烧余热锅炉(2)的省煤器(13)和燃气轮机余热锅炉(4)连接，燃气轮机余热锅炉(4)的烟气侧通过烟气再循环风机(8)同炉排式焚烧炉(1)的烟气侧连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统，其特征在于，所述末级过热器布置在烟气温度最高的区域。
3.根据权利要求1所述的一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统，其特征在于，垃圾焚烧余热锅炉和燃气轮机余热锅炉产生的蒸汽合并，在同一汽轮发电系统内发电。
4.一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统，是并汽装置在燃气轮机余热锅炉末级过热器后的垃圾焚烧与燃气轮机联合发电系统，其特征在于，包括：1)垃圾焚烧系统：由炉排式焚烧炉和焚烧余热锅炉组成；2)燃气轮机及燃气轮机余热锅炉；3)焚烧余热锅炉过热蒸汽与燃气轮机余热锅炉过热蒸汽并汽系统：由焚烧余热锅炉过热器出口外的蒸汽管路、并汽装置、以及并汽装置与燃气轮机余热锅炉过热器间的管路；4)汽轮发电系统：包括汽轮机、发电机；5)燃气轮机余热锅炉排烟循环至焚烧炉系统：由烟气再循环风机及相关管道组成；6)辅助设备：系统中需要的凝汽器、除氧器辅助设备及必要的给水泵、凝结水泵、阀门；其中，炉排式焚烧炉(1)的烟气出口连接焚烧余热锅炉(2)，焚烧余热锅炉(2)蒸汽侧通过管道同并汽管(5)连接，燃气轮机(3)的烟气出口连接燃气轮机余热锅炉(4)；燃气轮机余热锅炉(4)的末级过热器与并汽管(5)连接，并汽管(5)同汽轮机(6)连接，汽轮机(6)主轴通过联轴器与发电机(7)连接，汽轮机(6)蒸汽侧与凝汽器(9)连接，之后依次为低压加热器(10)、除氧器(11)、给水泵(12)，给水泵(12)出口同时与焚烧余热锅炉(2)的省煤器(13)和燃气轮机余热锅炉(4)连接，燃气轮机余热锅炉(4)的烟气侧通过烟气再循环风机(8)同炉排式焚烧炉(1)的烟气侧连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统，其特征在于，所述末级过热器布置在烟气温度最高的区域。
6.根据权利要求4所述的一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统，其特征在于，垃圾焚烧余热锅炉和燃气轮机余热锅炉产生的蒸汽合并，在同一汽轮发电系统内发电。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109958535A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-02 | 上海康恒环境股份有限公司 | 一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统 |
| CN113066595B (zh) * | 2021-03-24 | 2024-04-02 | 中广核工程有限公司 | 多能互补供汽系统 |
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