CN214403766U - 一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于燃气‑蒸汽联合循环的烟气再循环系统，属于燃气轮机烟气外循环技术领域。解决了电厂下游CO₂捕捉难、腐蚀性气体对管路造成腐蚀的问题。包括压气机、燃烧室、透平、余热锅炉、燃气冷凝器、蒸汽冷凝器和汽轮机，余热锅炉包括燃气入口、蒸汽入口、燃气出口和蒸汽出口，压气机、燃烧室、透平、燃气冷凝器、蒸汽冷凝器、汽轮机均具有出入口，压气机、燃烧室、透平、燃气入口、燃气出口和燃气冷凝器顺次连接形成燃气循环；蒸汽出口、汽轮机、蒸汽冷凝器和蒸汽入口顺次连接形成蒸汽循环。提升燃机效率的目的；增加烟气排放中的CO₂浓度，有利于提高下游碳捕捉的效率；降低对管路的腐蚀。

Description

一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，属于燃气轮机烟气外循环技术领域。

背景技术

重型燃气轮机领域将烟气再循环技术视为H/J级的技术储备，在目前商业运行的以燃气轮机为核心功能装置的燃气-蒸汽联合循环电厂中，尚无运用，而由于烟气再循环技术存在诸多优点，同时燃气轮机电厂在国内的工程项目数量较高，烟气再循环技术同样有潜力在不改造或少改造的基础上应用于现有机组中，一方面可以降低NOX的排放，降低电厂运营成本，一方面也能提高下游CO₂捕捉的效率，提高电厂收益，燃气-蒸汽联合循环过程中，通常未考虑到烟气中含有的腐蚀性气体，会对管路造成腐蚀，使系统运行寿命大大降低。

因此，亟需提出一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型研发解决了电厂下游CO₂捕捉难、腐蚀性气体对管路造成腐蚀的问题。在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。

本实用新型的技术方案：

一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，包括压气机、燃烧室、透平、余热锅炉、燃气冷凝器、蒸汽冷凝器和汽轮机，余热锅炉包括燃气入口、蒸汽入口、燃气出口和蒸汽出口，压气机、燃烧室、透平、燃气冷凝器、蒸汽冷凝器、汽轮机均具有出入口，压气机、燃烧室、透平、燃气入口、燃气出口和燃气冷凝器顺次连接形成燃气循环；

蒸汽出口、汽轮机、蒸汽冷凝器和蒸汽入口顺次连接形成蒸汽循环。

优选的：所述燃气冷凝器包括盛液箱和电冷装置，盛液箱内加入处理酸性物质的溶剂，电冷装置的制冷部件置于溶剂内。

优选的：所述盛液箱为环氧乙烯基酯树脂材料、呋喃树脂或氧化不饱和树脂材质的盛液箱。

优选的：所述燃气冷凝器的出入口均设置有气泵。

优选的：余热锅炉的燃气出口与排气管连接形成排气路。

本实用新型具有以下有益效果：

本系统通过将排气的部分烟气循环利用，在保持氮气浓度基本不变的情况下，降低了氧气浓度，从而降低了NOX的生成速率；同时可以通过调节冷凝器冷凝温度(或调解再循环烟气流量)，匹配压气机变工况运行参数，在合理的范围内增加压气机入口混合空气的温度，使得压气机出口空气温度增加，从而适当降低燃烧室火焰温度，起到保护燃烧的作用，从这个角度上将，上式中T也会适当降低，并且燃料流量降低，起到降低燃机排放的同时提升燃机效率的目的；同时通过上述循环系统，也可以增加烟气排放中的CO₂浓度，有利于提高下游碳捕捉的效率；

在本系统中，燃气冷凝器的冷凝过程应该考虑有部分硫化物的析出的情况，故内部材料应该以抗腐蚀材料为主，燃气-蒸汽联合循环系统中的烟气排放温度为110℃左右，可以直接应用化工产业中的抗腐蚀材料，不需特别研发，成本较低，本发明的系统具有良好的经济性和可靠性。

附图说明

图1是一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统的结构示意图；

图2是燃气冷凝器的结构示意图。

图中1-进气管，2-压气机，3-燃烧室，4-透平，5-余热锅炉，51-燃气入口，52-蒸汽入口，53-燃气出口，54-蒸汽出口，6-燃气冷凝器，61-盛液箱，62-电冷装置，7-排气管，8-蒸汽冷凝器，9-汽轮机。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

本实用新型所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，包括压气机2、燃烧室3、透平4、余热锅炉5、燃气冷凝器6、蒸汽冷凝器8和汽轮机9，余热锅炉5包括燃气入口51、蒸汽入口52、燃气出口53和蒸汽出口54，压气机2、燃烧室3、透平4、燃气冷凝器6、蒸汽冷凝器8、汽轮机9均具有出入口，压气机2、燃烧室3、透平4、燃气入口51、燃气出口53和燃气冷凝器6顺次连接形成燃气循环；空气通过进气管1进入压气机2压缩，压缩后的空气进入燃烧室3中与燃料混合燃烧，燃烧后的烟气进入透平4中膨胀做功，做功后的烟气进入余热锅炉5中进行换热，换热后的烟气从余热锅炉5排出后分成两路，一路通过排气管7直接排放，另一路进入冷凝器6中降温冷却，而后在进气管1内与外界补入空气混合，进入压气机2做功，形成燃气循环的闭式循环系统；

蒸汽出口54、汽轮机9、蒸汽冷凝器8和蒸汽入口52顺次连接形成蒸汽循环；蒸汽循环为水通过余热锅炉5的加热，形成高温高压的水蒸气，进入汽轮机9中做功，排出汽轮机后进入凝汽器8中凝结成水，再进入余热锅炉5中加热，形成闭式蒸汽循环系统；

本系统通过将排气的部分烟气循环利用，在保持氮气浓度基本不变的情况下，降低了氧气浓度，从而降低了NOX的生成速率；同时可以通过调节冷凝器6冷凝温度(或调解再循环烟气流量)，匹配压气机2变工况运行参数，在合理的范围内增加压气机2入口混合空气的温度，使得压气机2出口空气温度增加，从而适当降低燃烧室3火焰温度，起到保护燃烧的作用，从这个角度上将，上式中T也会适当降低，并且燃料流量降低，起到降低燃机排放的同时提升燃机效率的目的；同时通过上述循环系统，也可以增加烟气排放中的CO₂浓度，有利于提高下游碳捕捉的效率。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，所述燃气冷凝器6包括盛液箱61和电冷装置62，盛液箱61内加入处理酸性物质的溶剂，电冷装置62的制冷部件置于溶剂内；由于燃料组分的原因，在燃气轮机排气中存在大量的水蒸气，如果直接将另一路烟气与进气管1处空气混合，由于入口空气温度较低且流量较大，混合气中会冷凝出来液态水，同时，会使得混合物的物性发生变化，该做法不利于压气机2压缩做功，同时不利于保障燃气轮机的使用寿命，燃气冷凝器6应采用抗腐蚀的材料，目的是为了将烟气中大量的水蒸气冷凝掉，同时由于析出了液态的水，使得冷凝器起到部分硫收集的作用，从而使燃机减排；

热力型NOX的生成速率为：

d(NOX)/dt＝6×10¹⁶[O₂]^0.5[N₂]T^-0.5e^-69090/T

其中：[O₂]表示氧气摩尔浓度；[N₂]表示氮气摩尔浓度；T表示反应温度。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，所述盛液箱61为环氧乙烯基酯树脂材料、呋喃树脂或氧化不饱和树脂材质的盛液箱，耐腐蚀且耐高温材料，经调查，上述材料具有良好的耐腐蚀性能的同时还具备良好的施工、固化工艺，同时价格较耐腐蚀合金钢便宜，广泛的应用于现有的化工流程中；在本实用新型的基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统中，应该注意的是在燃气冷凝器6中的冷凝过程应该考虑有部分硫化物的析出的情况，故内部材料应该以抗腐蚀材料为主，燃气-蒸汽联合循环系统中的烟气排放温度为110℃左右，可以直接应用化工产业中的抗腐蚀材料，不需特别研发，成本较低，本发明的系统具有良好的经济性和可靠性；经过建模，当“再循环率”为20％时(20％为某型号实验机组设计参数)，冷凝器耗电量仅为联合循环发电量的0.06％。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，所述燃气冷凝器6的出入口均设置有气泵60。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，余热锅炉5的燃气出口53与排气管7连接形成排气路。

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本实用新型不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本实用新型所公开。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，其特征在于：包括压气机(2)、燃烧室(3)、透平(4)、余热锅炉(5)、燃气冷凝器(6)、蒸汽冷凝器(8)和汽轮机(9)，余热锅炉(5)包括燃气入口(51)、蒸汽入口(52)、燃气出口(53)和蒸汽出口(54)，压气机(2)、燃烧室(3)、透平(4)、燃气冷凝器(6)、蒸汽冷凝器(8)、汽轮机(9)均具有出入口，压气机(2)、燃烧室(3)、透平(4)、燃气入口(51)、燃气出口(53)和燃气冷凝器(6)顺次连接形成燃气循环；

蒸汽出口(54)、汽轮机(9)、蒸汽冷凝器(8)和蒸汽入口(52)顺次连接形成蒸汽循环。

2.根据权利要求1所述的一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，其特征在于：所述燃气冷凝器(6)包括盛液箱(61)和电冷装置(62)，盛液箱(61)内加入处理酸性物质的溶剂，电冷装置(62)的制冷部件置于溶剂内。

3.根据权利要求2所述的一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，其特征在于：所述盛液箱(61)为环氧乙烯基酯树脂材料、呋喃树脂或氧化不饱和树脂材质的盛液箱。

4.根据权利要求2所述的一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，其特征在于：所述燃气冷凝器(6)的出入口均设置有气泵(60)。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于燃气-蒸汽联合循环的烟气再循环系统，其特征在于：余热锅炉(5)的燃气出口(53)与排气管(7)连接形成排气路。

Images