CN216198494U - 一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，包括：水煤气化制氢系统，用于输出氢气；第一压缩机，用于输出一次加压空气；间冷器，用于输出降温降压空气；第二压缩机，用于输出二次加压空气；第二换热器，用于输入燃料气体和所述二次加压空气并利用太阳能进行预热，输出预热后的燃料气体和空气；其中，所述燃料气体为天然气或所述水煤气化制氢系统输出的氢气；第一燃烧室，用于进行燃烧，输出烟气；第一燃气透平，用于输入烟气进行膨胀做功驱动发电机发电。本实用新型装置中，可解决当前天然气短缺的技术问题；产物只有水，无温室气体何其他污染物的产生。

Description

一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置

技术领域

本实用新型属于发电技术领域，特别涉及一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置。

背景技术

近年来，环境问题已经迫切需要解决，节能减排势在必行；在新的能源结构的潮流下，作为耗能大户的电厂也需要向高效、清洁的方向发展。现有的传统火电机组大部分以煤为燃料，生产过程中会对环境造成一定污染，工业迅速发展需要能源利用率更高、更环保的生产方式。

自20世纪80年代开始，燃气-蒸汽联合循环机组技术开始发展，并由于其能源利用率高、污染小、可以调峰等特点广泛应用于世界各地；其中，将燃气轮机的勃朗登循环与蒸汽轮机的朗肯循环组合成的一个整体热力循环称为燃气-蒸汽联合循环，通常简称为“联合循环”。

燃气-蒸汽联合循环的效率高、运行灵活且污染物排放小，因此在国内外得到了大力发展；但燃气-蒸汽联合循环电站也有许多不足之处，一方面是对天然气作为燃料的消耗大，发电成本较高，使得很多电站需要财政补贴来实现运营。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，包括：

水煤气化制氢系统，用于采用煤为原料，基于变换反应生成CO₂和H₂的混合气体，将所述混合气体通过提纯装置提纯处理后输出氢气；

第一压缩机，用于输入空气并压缩，输出一次加压空气；

间冷器，用于输入所述一次加压空气并降温降压，输出降温降压空气；

第二压缩机，用于输入所述降温降压空气并压缩，输出二次加压空气；

第二换热器，用于输入燃料气体和所述二次加压空气并利用太阳能进行预热，输出预热后的燃料气体和空气；其中，所述燃料气体为天然气或所述水煤气化制氢系统输出的氢气；

第一燃烧室，用于输入所述第二换热器输出的预热后的燃料气体和空气并进行燃烧，输出烟气；

第一燃气透平，用于输入所述第一燃烧室输出的烟气进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气。

本实用新型的进一步改进在于，所述提纯装置包括：

物理吸附单元，用于采用聚乙二醇二甲醚为吸附剂，将CO₂和H₂的混合气体中的CO₂进行物理吸附，输出浓度达到第一预设阈值的氢气；

变压吸附单元，用于输入所述浓度达到第一预设阈值的氢气，分离获得浓度达到第二预设阈值的氢气。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：

第二燃烧室，用于输入所述第一燃气透平的排气和所述预热后的燃料气体并进行燃烧，输出烟气；

第二燃气透平，用于输入所述第二燃烧室输出的烟气进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气。

本实用新型的进一步改进在于，所述第一压缩机、所述第二压缩机、所述第一燃气透平和所述第二燃气透平同轴布置。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：

余热锅炉，用于输入高压循环水、中压循环水和低压循环水和所述第二燃气透平的排气并进行换热，输出高压主蒸汽、低压蒸汽和换热后的烟气；

高压缸，用于输入所述高压主蒸汽进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气；所述高压缸的排气输入所述余热锅炉，所述余热锅炉输出再热蒸汽；

中压缸，用于输入所述再热蒸汽进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气；

低压缸，用于输入所述中压缸输出的排气和所述余热锅炉输出的低压蒸汽进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气；

冷凝器，用于输入所述低压缸的排气并进行降温输出循环水，输出的循环水分别输入高压泵、中压泵和低压泵形成高压循环水、中压循环水和低压循环水。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：第一换热器，用于输入高压循环水并利用太阳能进行预热。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：镜场、吸热器、熔岩罐和熔盐泵；

所述镜场用于反射太阳能至所述吸热器；

所述吸热器的入口经所述熔盐泵与所述熔岩罐的出口相连通；所述吸热器的出口与所述第一换热器和所述第二换热器的热源管道的入口相连通；

所述第一换热器的热源管道的入口经所述第二换热器的热源管道与所述熔岩罐的入口相连通。

本实用新型的进一步改进在于，所述高压缸、中压缸和低压缸同轴布置。

本实用新型的进一步改进在于，所述燃料气体为天然气或所述水煤气化制氢系统输出的氢气具体为，所述第二换热器的燃料入口连通设置有氢气输入管道和天然气输入管道；所述氢气输入管道设置有第二调节阀，所述天然气输入管道设置有第三调节阀。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的装置中，设置有水煤气化制氢系统，其利用水煤气化制氢技术，将煤与水经过水煤气化的作用下，产生氢气，采用氢气作为燃气轮机的燃料，解决了当前天然气短缺的问题，氢气燃烧后只有水，无温室气体何其他污染物的产生。具体的，本实用新型中对燃气轮机空气进气采用二次压缩，中间增加了间冷器，间冷器用于将第一压缩机的压缩空气进行降温，充分利用空气热胀冷缩的原理，降低了第二压缩机的压缩耗功。

本实用新型中，采用太阳能为燃气蒸汽联合循环提供稳定的能量输入，一方面节省燃料，另一方面实现了节能减排。具体的，本实用新型采用太阳能对高压循环水加热，增加了输入蒸汽轮机发电的热能，提高了进入汽轮机各缸的进汽温度，益于提高蒸汽轮机的做功能力。

本实用新型中，通过熔融盐携带热量，为燃气蒸汽联合循环注入能量，高温的熔融盐在第一换热器中加热高压给水，加热高压给水提高了高压给水进入余热锅炉的温度，提高了输入蒸汽循环的能量，使得蒸汽轮机发电量更高，熔融盐在第二换热器中对燃料和空气进行加热，减小了第一燃烧室的热损失，提高了燃烧室出口的烟气温度，有效减小了燃烧室的热损失。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本实用新型实施例的新型燃气轮机再热联合循环的示意图；

图2是本实用新型实施例中的水煤气化制氢简化流程的示意图；

图3是本实用新型实施例中的水煤气化制氢详细流程的示意图；

图中，

2、镜场；3、吸热器；4、第一调节阀；7、熔岩罐；8、熔盐泵；

5、第一换热器；6、第二换热器；9、第一压缩机；10、间冷器；11、第二压缩机；12、第二调节阀；13、第三调节阀；14、第一燃烧室；15、第四调节阀；16、第一燃气透平；17、第二燃烧室；18、第二燃气透平；19、第一发电机；

20、低压泵；21、高压泵；22、中压泵；23、余热锅炉；24、高压缸；25、中压缸；26、低压缸；27、第二发电机；28、冷凝器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

请参阅图1，图1为新型的燃气轮机再热联合循环发电系统，发电系统主要包括：第一部分是水煤气化制氢，为燃气轮机的掺氢燃烧提供氢气燃料；第二部分为燃气轮机发电系统；第三部分为塔式太阳能发电系统；第四部分为蒸汽轮机发电系统。

第一部分的水煤气化制氢，采用的原料是煤，基于变换反应(CO+H₂O＝H₂+CO₂)生成CO₂和H₂的混合气体，混合气经过提纯后分别将产生的H₂和CO₂，通过压缩机压缩后储存在容器罐中，详细的流程参见图3。

第二部分的燃气轮机发电系统主要包含：第一压缩机9、间冷器10、第二压缩机11、第二调节阀12、第三调节阀13、第一燃烧室14、第四调节阀15、第一燃气透平16、第二燃烧室17、第二燃气透平18、第一发电机19等主要部件。其中，空气首先被送入第一压缩机9，压缩机消耗功率，将常温常压的空气压缩成高压的空气；进一步地，为了将高压的空气实现进一步压缩，对高压的空气进行降温，因此，高压的空气被送入间冷器10，在间冷器10中高压的压缩空气降温，由于空气的热胀冷缩，压缩空气的温度压力均降低；进一步地，降温降压后的压缩空气被送入第二压缩机11，压缩空气的压力再次升高，压力再次升高的压缩空气与燃料被送入第一换热器5，被来自第三部分的塔式太阳能系统中高温的熔融盐加热，对压缩空气和燃料进行预热，减小了燃烧室内部的热损失，燃烧室中产生的高温高压烟气首先被送入第一燃气透平16，燃气透平的排气与来自第四调节阀15的燃料同时被送入第二燃烧室17混合燃烧，产生的高温高压燃气再次进入第二燃气透平18中膨胀做功。

优选的，第一压缩机9、第二压缩机11、第一燃气透平16和第二燃气透平18采用同轴布置的方式，轴的另一端连接第一发电机19，通过燃气透平带动发电机转动，将机械能转换为电能。

第三部分是塔式太阳能系统，系统包括：镜场2、吸热器3、第一调节阀4、第一换热器5、第二换热器6、熔岩罐7和熔盐泵8等部件。其中，白天产生的太阳能通过镜场2的反射作用，在吸热器3中熔融盐吸收热能，熔融盐在吸热器3中温度升高，高温的熔融盐一部分进入第二换热器6，在换热器中释放热量给进入余热锅炉23前的高压给水。塔式太阳能发电系统采用旁路控制的方式，一部分高温的熔融盐通过第一调节阀4进入第二换热器6中，通过控制第一调节阀4的阀门开度，控制熔融盐在第二换热器6中的放热量，当第一调节阀4开度增大时，意味着在第二换热器6中的放热量增大，从而达到控制压缩空气和燃料的加热程度。

第四部分是蒸汽轮机发电系统，系统主要包括：第一换热器5、低压泵20、高压泵21、中压泵22、余热锅炉23、高压缸24、中压缸25、低压缸26、第二发电机27和冷凝器28等部件。由于第二部分燃气轮机发电系统在第二燃气透平18产生高温的余热烟气，若不加以利用将造成极大的能量损失，因此增加了一个蒸汽轮机发电系统作为底循环，目的在于充分利用燃气轮机的高温排气。其中，首先燃气轮机排气进入余热锅炉23中释放热量，释放的热量被高压循环水、中压循环水和低压循环水吸收，转变为温度和压力不同的三股蒸汽，高压循环水经余热锅炉23后转变为高压主蒸汽，高压主蒸汽进入高压缸24中膨胀做功，在高压缸24中将热能转化为机械能，带动转轴转动；高压缸24的排汽再次进入余热锅炉23，吸收烟气的余热，转变为再热蒸汽，再热蒸汽相较于高压缸24排汽温度升高，再热蒸汽进入中压缸25中膨胀做功；低压缸26的进汽主要由两个部分构成，一部分是中压缸25排汽，另一部分来自余热锅炉23的低压蒸汽，两股蒸汽在低压缸26中完成膨胀做功。蒸汽轮机循环系统中,高、中和低压缸26与第二发电机27采用同一转轴，第二发电机27将转轴的机械能转化为电能。低压缸26的排汽进入凝汽器中，被冷却水冷凝，凝汽器的出口是过冷水，过冷水在低压泵20的作用下，分成3股流体，一部分被直接送入余热锅炉23中，吸收余热锅炉23的部分热量；第二部分给水在高压泵21的作用下，压力升高，形成高压给水，高压给水在第一换热器5中吸收高温熔融盐的热量，之后被送入余热锅炉23中，生成高温高压的主蒸汽，用于高压缸24膨胀做功；第三部分给水被送入中压泵22中，中压给水被送入余热锅炉23中吸收热量，产生的蒸汽用于中压缸25膨胀做功。系统中，高压给水的压力高于中压给水，低压给水压力最小。

本实用新型实施例的一种新型的燃气轮机再热联合循环发电系统，包括：

第一部分是水煤气化制氢系统，为燃气轮机的掺氢燃烧提供氢气燃料；

第二部分为燃气轮机发电系统；

第三部分为塔式太阳能发电系统，用于加热高压给水和燃烧室前的燃料、空气预热；解释性的，此部分可以作为优选；

第四部分为蒸汽轮机发电系统。

本实用新型实施例中，在第一部分水煤气化制氢系统中，在增压流化床气化炉中产生CO，之后用于水蒸汽和CO的变换反应，生成H₂和CO₂，产生的H₂用于燃气轮机的掺氢燃烧，满足在天然气供气不足时，采用氢气作为燃料，继续为燃气轮机发电提供燃料。

本实用新型实施例中的第一部分煤气化制氢用于第一燃烧室和第二燃烧室提供氢气燃料。系统中，原煤被制成煤粉，预热后的水煤浆、氧气和水蒸汽被送入增压流化床气化炉，气化炉中产生CO，之后用于发生变换反应(CO+H₂O＝H₂+CO₂)，同时生成半焦和CO₂，待半焦冷却后，送入焦料斗中，制成粉末，生成的粉末可为火电机组提供部分锅炉燃料。

本实用新型实施例中，在水煤气化制氢系统中采用了两级SELEXOL装置，选用聚乙二醇二甲醚为吸附剂，在CO₂和H₂混合气中将CO₂进行物理吸附，产生高浓度的H₂，但高浓度的H₂中还有部分杂质，再次将混合气送入变压吸附单元，分离出高纯度氢气。

本实用新型实施例中，第二部分的燃气轮机发电系统主要包括第一压缩机9、间冷器10、第二压缩机11、第二调节阀12、第三调节阀13、第一燃烧室14、第四调节阀15、第一燃气透平16、第二燃烧室17、第二燃气透平18和第一发电机19等主要部件。

本实用新型实施例中，第二部分燃气轮机发电系统，采用第二调节阀12和第三调节阀13进行燃料的控制，当天然气不足时，关小第三调节阀13的开度，增大第二调节阀12的开度，减小天然气的进气流量，增大氢气燃料的流量，两者互为调节，共同为燃气轮机的发电提供所需的燃料。

本实用新型实施例中，对燃气轮机燃烧室进气进行二次压缩，并在第一压缩机9之后增加一个间冷器10，降低了一次压缩空气的温度，由于空气的热胀冷缩，使得压力有所降低，当降温后的压缩空气再次送入第二压缩机11，提高了进入燃烧室的空气流量，且降低了压缩机的耗功。

本实用新型实施例中，采用两个燃烧室和两个燃气透平，提高了燃气轮机的做功能力，第一燃气透平16的排气与燃料共同被送入第二燃烧室17，并进行混合燃烧，燃烧后产生的高温高压烟气被送入第二燃气透平18中膨胀做功，产生的机械能通过转轴带动发电机，在发电机中将机械能转化为电能。所述燃烧室进气，经过第二压缩机11压缩后的高压的压缩空气与燃料被送入第一换热器5中，吸收来自第三部分的塔式太阳能系统中高温的熔融盐的热量，在第一换热器5中对压缩空气和燃料进行预热，减小了燃烧室内部的热损失，燃烧室中产生的高温高压烟气首先被送入第一燃气透平16，燃气透平的排气与来自第四调节阀15的燃料同时被送入第二燃烧室17混合燃烧，产生的高温高压燃气再次进入第二燃气透平18中膨胀做功。

本实用新型实施例中，第三部分的塔式太阳能系统包括镜场2(用于收集太阳能)、吸热器3、第一调节阀4、第一换热器5、第二换热器6、熔岩罐7和熔盐泵8等主要部件。

本实用新型实施例中，高压的压缩空气与燃料被送入第一换热器5，被来自第三部分的塔式太阳能系统中高温的熔融盐加热，对压缩空气和燃料进行预热，减小了燃烧室内部的热损失。

本实用新型实施例中，采用塔式太阳能发电系统为蒸汽轮机系统的高压给水加热，所述塔式太阳能发电系统中采用熔融盐进行携带热量，在吸热器3中熔融盐吸收热能，熔融盐在吸热器3中温度升高，高温的熔融盐一部分进入第二换热器6，在换热器中释放热量给进入余热锅炉23前的高压给水。

本实用新型实施例中，对塔式太阳能发电系统采用旁路控制的方式，一部分高温的熔融盐通过第一调节阀4进入第二换热器6中，通过控制第一调节阀4的阀门开度，控制熔融盐在第二换热器6中的放热量，当第一调节阀4开度增大时，意味着在第二换热器6中的放热量增大，从而达到控制压缩空气和燃料的加热程度。

所述塔式太阳能发电系统用于蒸汽轮机系统的高压给水加热和燃料、压缩空气预热，塔式太阳能发电系统中采用熔融盐携带热量，在吸热器3中熔融盐吸收热能，熔融盐在吸热器3中温度升高，高温的熔融盐一部分进入第二换热器6，在换热器中释放热量给进入余热锅炉23前的高压给水。

本实用新型实施例中，第四部分的蒸汽轮机发电系统包括第一换热器5、低压泵20、高压泵21、中压泵22、余热锅炉23、高压缸24、中压缸25、低压缸26、第二发电机27和冷凝器28等主要部件。

本实用新型实施例中，所述的蒸汽轮机发电系统中，余热锅炉23的烟气来源于燃气轮机第二燃气透平18的排气，用于蒸汽轮机发电，燃气轮机排气在余热锅炉23中释放的热量被高压循环水、中压循环水和低压循环水吸收，均转变为温度和压力不同的三股蒸汽，高压循环水经余热锅炉23后转变为高压主蒸汽，高压主蒸汽进入高压缸24中膨胀做功，在高压缸24中将热能转化为机械能；高压缸24的排汽再次进入余热锅炉23，吸收烟气的余热，转变为再热蒸汽，再热蒸汽进入中压缸25中膨胀做功；低压缸26的进汽主要由两个部分构成，一部分是中压缸25排汽，另一部分来自余热锅炉23的低压蒸汽，两股蒸汽在低压缸26中完成膨胀做功。

本实用新型实施例的系统实现了绿色发电，充分利用太阳能和氢气燃料，有效缓解了化石能源短缺的压力。其中，节约天然气燃料，对燃气轮机的燃料进行改进，是提升燃气-蒸汽联合循环机组竞争力的主要手段。能源互补发电是当前能源能利用的新形式，将太阳能与常规的稳定的能源输出形式相结合，不仅可以节约燃料，而且可以节能减排，同时减少了太阳能应用的风险。

本实用新型所述实施例提出的系统的工作原理，包括：系统由四个部分耦合形成，第一部分的水煤气化制氢系统主要目的是为燃气轮机提供燃料，采用煤和水蒸汽，在变换反应下产生氢气(H₂)和二氧化碳(CO₂)，用氢气代替天然气，用于为燃气轮机发电提供燃料，解决了当前天然气短缺的问题；第二部分燃气轮机发电系统，对空气进行了二次压缩，并在第一压缩机之后增加间冷器，降低了第二压缩机的压缩耗功，提高了燃烧室中空气的进气压力，在第二回热器中，采用高温熔融盐对燃料和压缩空气进行加热，降低了燃烧室的热损失，提高了燃气轮机循环的热效率；第三部分塔式太阳能发电系统，为燃气蒸汽联合循环发电系统提供了能量，减少了燃料的消耗；第四部分采用蒸汽轮机循环，将高温的燃气轮机排放的烟气在余热锅炉中充分利用，在蒸汽轮机系统中将热能转化为电能。

本实用新型实施例的一种新型的燃气轮机再热联合循环发电系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)制取氢气，采用的原料是煤，在增压流化床气化炉中，产生CO，CO与高压缸抽汽在高温条件下发生变换反应(CO+H₂O＝H₂+CO₂)生成CO₂和H₂的混合气体，混合气体经过提纯后分别将产生的H₂和CO₂，通过压缩机压缩后储存在容器罐中。

(2)氢气和天然气通过第二调节阀12和第三调节阀13进行燃料的控制，天然气通过第三调节阀13控制，氢气通过第二调节阀12的控制，通过阀门的开度控制实现对燃料的调节。

(3)燃烧室的空气依次经过第一压缩机9、间冷器10和第二压缩机11压缩，采用间冷器10对第一次压缩后的空气进行冷却，减小了第二压缩机11的耗功，压缩空气和燃料经过第一换热器5预热，第一换热器5的热源是塔式太阳能系统中高温的熔融盐，对压缩空气和燃料进行预热，预热后的燃料和压缩空气被送入第一燃烧室14燃烧，产生的高温高压烟气被送入第一燃气透平16中膨胀做功，第一燃气透平16的排气与燃料共同进入第二燃烧室17，进行燃烧，产生高温高压的烟气，该烟气再次被送入第二燃气透平18进行膨胀做功，燃气轮机的转子与发电机相连，在发电机中将机械能转化为电能。

(4)对于塔式太阳能系统，白天产生的太阳能通过镜场2的反射作用，在吸热器3中熔融盐吸收热能，熔融盐在吸热器3中温度升高，高温的熔融盐一部分进入第二换热器6，在换热器中释放热量给进入余热锅炉23前的高压给水。塔式太阳能发电系统采用旁路控制的方式，一部分高温的熔融盐通过第一调节阀4进入第二换热器6中，从而达到控制压缩空气和燃料的加热程度。

(5)第二燃气透平18的排气被送入余热锅炉23，在余热锅炉23中，烟气的热量被高压循环水、中压循环水和低压循环水吸收，均转变为温度和压力不同的三股蒸汽，高压循环水经余热锅炉23后转变为高压主蒸汽，高压主蒸汽进入高压缸24中膨胀做功，在高压缸24中将热能转化为机械能；高压缸24的排汽再次进入余热锅炉23，吸收烟气的余热，转变为再热蒸汽，再热蒸汽进入中压缸25中膨胀做功；低压缸26的进汽主要由两个部分构成，一部分是中压缸25排汽，另一部分来自余热锅炉23的低压蒸汽，两股蒸汽在低压缸26中完成膨胀做功。

本实用新型实施例提供了一种新型的燃气轮机联合循环发电技术及燃料改进方法，其对燃气轮机空气进气采用二次压缩，中间增加了一间冷器，一方面提高了压缩机的进气流量和压比，另一方面采用间冷器有效的降低了压缩机的耗功；利用塔式太阳能系统，通过熔融盐携带热量，为燃烧室前的燃料和空气进行预热，有效减小了燃烧室的热损失；燃气轮机的烟气排气由于具有相当高的参数，采用余热锅炉利用高温烟气的热能，用于蒸汽轮机发电；采用塔式太阳能发电系统对高压给水加热，增加了输入蒸汽轮机发电的热能，提高了进入汽轮机各缸的进汽参数，益于提高蒸汽轮机的做功能力；对于燃气轮机的燃料改进，提出了一种水煤气化制氢的方法，通过变换反应，将水蒸汽和CO在高温条件下生成CO₂和H₂，为燃气轮机提供一种掺氢燃烧的策略，在天然气不足时，通过水煤气化制氢产生的H₂继续为燃气轮机发电提供燃料，采用氢气燃烧产生高温燃气，能实现完全的绿色发电，原因在于氢气燃烧只产生水。因此，本实用新型的提出实现了绿色发电，充分利用太阳能和氢气燃料，有效缓解了化石能源短缺的压力。

请参阅图2，图2为煤气化制氢的简化流程示意图，由图2可见原料煤经过处理后进入气化炉，与空气水蒸汽等气化剂发生复杂的化学反应，简称气化，生成以CO、H₂、CO₂为主要成分的合成气，灰渣直接排出不再利用；进一步地对合成气体进行煤气净化，净化过程中将硫铲平除去；进一步地对除去硫产品的合成气体进行变换，合成气加水达到一定的CO/H₂O比例进入变换反应单元，发生变换反应(CO+H₂O＝H₂+CO₂)生成CO₂和H₂的混合气体；进一步地，对混合气体进行H₂提纯，混合气经过净化后进入提纯单元分离氢气生成H₂，氢气的提存会伴随尾气和CO₂的产生。据计算采用纯氧气化技术，煤基制氢系统的高热值效率为63.7％，捕获87％的CO₂时，高热值效率为59％。

请参阅图3，该图为水煤气化制氢详细流程的示意图。原煤首先被制成煤粉，将制成的煤粉加水，转变为煤浆；进一步地对煤浆进行预热，预热的热源采用余热锅炉出口的烟气，该烟气若不进行进一步利用，被净化后将会被直接排入大气中，因此，进一步将烟气剩余的热量再次利用，实现了节能环保。预热后的水煤浆、高浓度的氧气和水蒸汽被送入增压流化床气化炉，高浓度氧气来源于空气，空气进入空分系统，根据空气中不同组分的液化点温度不同，以此分理处各种组分，由此得到氧气；水蒸汽采用另一部分余热锅炉出口的烟气对水进行加热，产生一部分水蒸汽。在纯氧与水蒸汽气氛下，增压流化床部分煤气化炉中部分的气化成合成气，同时生成半焦和CO，待半焦冷却后，送入焦料斗中，制成粉末，生成的粉末可为火电机组提供部分锅炉燃料。核心部件是增压流化床气化炉，在增压流化床气化炉中，煤中“高活性组分”气化成煤气，“低活性组分”生成半焦，在降低气化反应温度与压力的同时减少停留时间，实现了原料煤的分级转化。CO和水蒸汽进一步发生SHIFT反应，SHIFT反应也即是变换反应，在变换反应单元中将CO和水蒸汽在高温条件下(CO+H₂O＝H₂+CO₂)，生成CO₂和H₂，将CO进行转换，生成富CO₂混合气，由于SHIFT反应温度高达460℃，通入该反应器的蒸汽由汽轮机高压缸抽汽提供，体现了温度对口的系统集成机理，SHIFT反应后的混合物进行脱汞，脱汞之后的混合器被送入两级SELEXOL装置，生成的CO₂采用SELEXOL技术，即选用聚乙二醇二甲醚为吸附剂，在混合气中将CO₂进行物理吸附，产生的H₂中仍含有较多的CO₂，为提纯氢气的浓度，需再次将混合气送入变压吸附单元，分离出高纯度氢气。在两级SELEXOL装置，分别产生了CO₂和H₂以及部分尾气，对尾气进行脱硫处理后，得到洁净的煤气，再次送入两级SELEXOL装置进行CO₂和H₂的提纯处理，产生的CO₂和H₂分别经过压缩机压缩后，用两个储存罐进行两种气体的储存。

综上所述，本实用新型公开了一种新型的燃气轮机联合循环发电技术及燃料改进方法。在联合循环发电技术方面，对燃气轮机空气进气采用二次压缩，中间增加了一间冷器，降低了压缩机的耗功；利用塔式太阳能的热能，高温的熔融盐对高压给水、燃料和空气进行加热，充分利用太阳能；采用余热锅炉利用高温烟气的热能，用于蒸汽轮机发电。在燃料改进方面，提出了一种水煤气化制氢的方法，通过变换反应，将水蒸汽和CO在高温条件下生成CO₂和H₂，为燃气轮机提供一种掺氢燃烧的策略，在天然气不足时，通过水煤气化制氢产生的H₂继续为燃气轮机发电提供燃料。因此，本实用新型的系统实现了绿色发电，充分利用太阳能和氢气燃料，有效缓解了化石能源短缺的压力。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，其特征在于，包括：

水煤气化制氢系统，用于采用煤为原料，基于变换反应生成CO₂和H₂的混合气体，将所述混合气体通过提纯装置提纯处理后输出氢气；

第一压缩机(9)，用于输入空气并压缩，输出一次加压空气；

间冷器(10)，用于输入所述一次加压空气并降温降压，输出降温降压空气；

第二压缩机(11)，用于输入所述降温降压空气并压缩，输出二次加压空气；

第二换热器(6)，用于输入燃料气体和所述二次加压空气并利用太阳能进行预热，输出预热后的燃料气体和空气；其中，所述燃料气体为天然气或所述水煤气化制氢系统输出的氢气；

第一燃烧室(14)，用于输入所述第二换热器(6)输出的预热后的燃料气体和空气并进行燃烧，输出烟气；

第一燃气透平(16)，用于输入所述第一燃烧室(14)输出的烟气进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气。

2.根据权利要求1所述的一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，其特征在于，所述提纯装置包括：

物理吸附单元，用于采用聚乙二醇二甲醚为吸附剂，将CO₂和H₂的混合气体中的CO₂进行物理吸附，输出浓度达到第一预设阈值的氢气；

变压吸附单元，用于输入所述浓度达到第一预设阈值的氢气，分离获得浓度达到第二预设阈值的氢气。

3.根据权利要求1所述的一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，其特征在于，还包括：

第二燃烧室(17)，用于输入所述第一燃气透平(16)的排气和所述预热后的燃料气体并进行燃烧，输出烟气；

第二燃气透平(18)，用于输入所述第二燃烧室(17)输出的烟气进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气。

4.根据权利要求3所述的一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，其特征在于，所述第一压缩机(9)、所述第二压缩机(11)、所述第一燃气透平(16)和所述第二燃气透平(18)同轴布置。

5.根据权利要求3所述的一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，其特征在于，还包括：

余热锅炉(23)，用于输入高压循环水、中压循环水和低压循环水和所述第二燃气透平(18)的排气并进行换热，输出高压主蒸汽、低压蒸汽和换热后的烟气；

高压缸(24)，用于输入所述高压主蒸汽进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气；所述高压缸(24)的排气输入所述余热锅炉(23)，所述余热锅炉(23)输出再热蒸汽；

中压缸(25)，用于输入所述再热蒸汽进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气；

低压缸(26)，用于输入所述中压缸(25)输出的排气和所述余热锅炉(23)输出的低压蒸汽进行膨胀做功驱动发电机发电，输出排气；

冷凝器(28)，用于输入所述低压缸(26)的排气并进行降温输出循环水，输出的循环水分别输入高压泵(21)、中压泵(22)和低压泵(20)形成高压循环水、中压循环水和低压循环水。

6.根据权利要求5所述的一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，其特征在于，还包括：

第一换热器(5)，用于输入高压循环水并利用太阳能进行预热。

7.根据权利要求6所述的一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，其特征在于，还包括：镜场(2)、吸热器(3)、熔岩罐(7)和熔盐泵(8)；

所述镜场(2)用于反射太阳能至所述吸热器(3)；

所述吸热器(3)的入口经所述熔盐泵(8)与所述熔岩罐(7)的出口相连通；所述吸热器(3)的出口与所述第一换热器(5)和所述第二换热器(6)的热源管道的入口相连通；

所述第一换热器(5)的热源管道的入口经所述第二换热器(6)的热源管道与所述熔岩罐(7)的入口相连通。

8.根据权利要求5所述的一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，其特征在于，所述高压缸(24)、中压缸(25)和低压缸(26)同轴布置。

9.根据权利要求1所述的一种新型燃气轮机再热联合循环发电装置，其特征在于，所述燃料气体为天然气或所述水煤气化制氢系统输出的氢气具体为，

所述第二换热器(6)的燃料入口连通设置有氢气输入管道和天然气输入管道；所述氢气输入管道设置有第二调节阀(12)，所述天然气输入管道设置有第三调节阀(13)。

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