CN216665760U - 燃气轮机-orc联合循环及进气冷却的发电系统及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气轮机ORC联合循环及进气冷却的发电系统及装置，发电系统包括：塔式太阳能系统、燃气轮机发电系统和ORC循环发电系统；氢气输入管道和天然气输入管道混合后与燃料管路连接；所述塔式太阳能系统包括吸热器、第一换热器和第二换热器；吸热器、第一换热器和第二换热器连接用于循环换热；所述燃气轮机发电系统包括：第一压缩机、吸收式制冷系统、第二压缩机、第一燃烧室、第四调节阀、第一燃气透平、第二燃烧室、第二燃气透平、第一发电机；所述ORC循环发电系统包括：第一蒸发器、有机工质透平、第二发电机、第一冷凝器、储液罐和第一工质泵；本实用新型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。

Description

燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统及装置

技术领域

本实用新型属于燃气轮机发电技术领域，特别涉及一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统及装置。

背景技术

环境污染的治理需要能源结构的调整。燃气轮机由于采用天然气或合成气为燃料，其燃烧产物仅为水和二氧化碳，是一种洁净能源发电技术，广泛应用在各个国家的发电领域。而且以燃气轮机为主要设备的整体煤气化联合循环(Integrated GasificationCombined Cycle，简称IGCC)电厂，可以使用低品位煤甚至劣质燃料，将煤炭这种“较不洁净”的能源转化为合成气这种洁净能源并且加以利用。以煤炭经过气化炉产生富氢的合成气为燃料，通过布雷顿循环来发电。由于合成气主要以氢气和一氧化碳为主，经过较为经济的脱硫和脱除CO₂的过程后，可以实现超低排放，甚至达到“零排放。

虽说目前存在着对天然气发电技术应用的争论，但是燃气轮机发电对于电网的调峰、以及对治理环境污染的贡献，是毋庸置疑的。燃气电厂的环境贡献不仅包括更低的SO_x、NO_x和烟尘排放，还有更低的重金属排放、更少的占地和用水，更高的燃烧效率，更短的启停时间，以及能为新能源并网调峰。天然气发电是一个灵活而稳定的电网系统中不可或缺的环节。能源结构转型之路上，需要天然气发电。

燃气轮机是一种复杂的动力装备，是多学科理论的共同研究成果。目前世界天然气储量充足，燃气轮机及其联合循环具有低排放、高效率和变负荷运行灵活等特点，因此基于经济发展战略和国际竞争的需求，世界上许多国家都将各国科技研发和装备制造业技术开发的重点转到了先进的燃气轮机技术上。先进燃气轮机技术是综合经济技术实力的象征。

然而现有的燃气轮机联合循环的热效率仍然需要提高联合循环的热效率及减小热损失。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统及装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本实用新型改善燃气轮机联合循环的热效率，提高联合循环的热效率及减小热损失。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统，包括：塔式太阳能系统、燃气轮机发电系统和ORC循环发电系统；

氢气输入管道和天然气输入管道混合后与燃料管路连接；

所述塔式太阳能系统包括吸热器、第一换热器和第二换热器；吸热器、第一换热器和第二换热器连接用于循环换热；

所述燃气轮机发电系统包括：第一压缩机、吸收式制冷系统、第二压缩机、第一燃烧室、第四调节阀、第一燃气透平、第二燃烧室、第二燃气透平、第一发电机；其中，第一压缩机、第二压缩机、第一燃气透平和第二燃气透平同轴布置，轴的另一端连接第一发电机；第一压缩机的空气出口通过吸收式制冷系统与第二压缩机的空气入口连接；燃料管路出口均与第二换热器连接换热后分别与第一燃烧室、第二燃烧室连接；第二压缩机的空气出口与第二换热器换热后与第一燃烧室连接；第一燃烧室的烟气出口与第一燃气透平气体入口连接，燃气透平的气体出口与第二燃烧室的气体入口连接，第二燃烧室的烟气出口与第二燃气透平气体入口连接；

所述ORC循环发电系统包括：第一蒸发器、有机工质透平、第二发电机、第一冷凝器、储液罐和第一工质泵；第二燃气透平的气体出口连接第一蒸发器第一入口，第一蒸发器的第一出口连接吸收式制冷系统；第一蒸发器的第二出口与有机工质透平连接，有机工质透平驱动第二发电机发电，有机工质透平的出口与第一冷凝器连接，第一冷凝器与储液罐连接，储液罐通过第一工质泵与第一换热器连接，第一换热器的工质出口与第一蒸发器的第二入口连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述塔式太阳能系统还包括：镜场、熔岩罐和熔盐泵；其中，镜场用于利用反射作用为吸热器提供热量，熔岩罐通过熔盐泵与吸热器连接，吸热器出口分为两路，一路通过第一调节阀连接第二换热器，另一路连接第一换热器，第一换热器与第二换热器连接，第二换热器连接熔岩罐。

作为本实用新型的进一步改进，所述吸收式制冷系统包括发生器、溶液热交换器、第二蒸发器、吸收器和第二冷凝器，第一压缩机的空气出口通过发生器与第二压缩机的空气入口连接；第二工质泵驱动溶液从吸收器经过溶液热交换器吸热后到发生器；发生器的一部分再次回到溶液热交换器放热，并通过膨胀阀减压后流回吸收器；另一部分进入第二冷凝器，第二冷凝器经过膨胀阀后进入第二蒸发器，第二蒸发器与吸收器连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述吸收器的出水口与第二冷凝器的进水口连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述氢气输入管道和天然气输入管道分别设置有第二调节阀和第三调节阀。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一蒸发器第一出口还连接第二换热器。

作为本实用新型的进一步改进，所述ORC循环发电系统采用R245fa作为有机工质。

一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电装置，其特征在于，包括：水煤气化制氢系统和所述的燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统；

所述水煤气化制氢系统的氢气输入管道和天然气输入管道混合后与燃料管路连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述水煤气化制氢系统包括增压流化床气化炉。

作为本实用新型的进一步改进，所述水煤气化制氢系统还包括提纯装置，所述提纯装置包括依次连接的物理吸附单元和变压吸附单元，增压流化床气化炉的气体出口与物理吸附单元连接。

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，中间增加了吸收式制冷系统，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，采用太阳能为燃气轮机发电系统和ORC循环发电系统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工质泵出口的工作溶液进行加热，提高了进入蒸发器工质侧的进口温度，益于提高底循环ORC循环的发电效率。

本实用新型中，通过熔融盐携带热量，为燃气轮机发电系统和ORC联合循环发电系统注入能量，高温的熔融盐在第一换热器中加热R245fa工质溶液，提高了有机工质溶液进入蒸发器进口的温度，提高了输入ORC循环发电系统的能量，减小了热损失，熔融盐在第二换热器中对燃料和空气进行加热，蒸发器出口的烟气被送入第二换热器中，用于加热燃料和空气，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燃气轮机-ORC联合循环发电系统的示意图；

图2是本实用新型实施例中吸收式制冷系统的示意图；

图中，

1、太阳能、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、吸收式制冷系统；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、第一蒸发器；21、有机工质透平；22、第二发电机；23、第一冷凝器；24、储液罐；25、第一工质泵；26、第五调节阀；

27、发生器；28、溶液热交换器；29、第一节流阀；30、第二工质泵；31、吸收器；32、第二蒸发器；33、第二节流阀；34、第二冷凝器。

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”、“第三”、“第四”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。

本实用新型公开了一种燃气轮机ORC联合循环及进气冷却的发电系统及装置，塔式太阳能系统为燃气轮机发电系统和ORC循环发电系统注入能量，高温的熔融盐在第一换热器中加热有机工质溶液，加热工作溶液提高了进入蒸发器进口工质的温度，提高了输入ORC循环发电系统的能量，使得有机工质透平发电量更高，熔融盐在第二换热器中对燃料和空气进行加热，蒸发器出口的烟气被送入第二换热器中，用于加热燃料和空气，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。

实施例1

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为一种燃气轮机ORC联合循环及进气冷却的发电系统，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系统；第四部分为ORC循环发电系统；第五部分吸收式制冷系统。

各部分的作用如下：

所述的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；

所述的塔式太阳能系统用于ORC循环发电系统和燃气轮机发电系统提提供热量，将太阳能转化为内能；

所述的燃气轮机发电系统包括：

第一压缩机，用于输入空气并压缩，输出一次加压空气；

吸收式制冷系统，将蒸发器中产生的冷量用于吸收第一压缩机出口的空气的热量，使其降低温度，减小了第二压缩机的压缩耗功。

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；

所述的ORC循环发电系统采用R245fa作为有机工质，有机工质从工质泵出口的过冷区，逐渐被加热，在蒸发器20出口，工作流体呈现过热状态，在透平21中膨胀做功，带动转子转动，通过轴的作用，在发电机19中将机械能转化为电能。

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。

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。

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。

还包括：

蒸发器，用于将回热器5出口的有机工质加热到过热状态，产生的过热蒸汽；

有机工质透平，用于将高温高压的过热态工质直接进入透平中膨胀做功，将内能转变为机械能，带动转子转动；

第二发电机，用于将转子的机械能转变为电能；

冷凝器，用于将有机工质透平的排汽进行冷凝，使其凝结成过冷的有机工质溶液；

储液罐，用于将冷凝器出口的过冷有机工质溶液进行储存；

工质泵，用于将低压的有机工质溶液进行加压；

还包括：第一换热器，用于输入有机工质溶液并利用太阳能进行预热。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。

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，除此外，蒸发器烟气侧出口的烟气仍然具有较高的温度，将该烟气用于加热氢气和天然气燃料，充分利用烟气剩余的热量。

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。

第二部分的燃气轮机发电系统主要包含：第一压缩机9、吸收式制冷系统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，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同轴布置，轴的另一端连接第一发电机19；第一压缩机9的空气出口通过吸收式制冷系统10与第二压缩机11的空气入口连接；燃料管路出口均与第二换热器6连接换热后分别与第一燃烧室14、第二燃烧室17连接；第二压缩机11的空气出口与第二换热器6换热后与第一燃烧室14连接；第一燃烧室14的烟气出口与第一燃气透平16气体入口连接，燃气透平16的气体出口与第二燃烧室17的气体入口连接，第二燃烧室17的烟气出口与第二燃气透平18气体入口连接。

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，高压的空气被送入吸收式制冷系统10，吸收式制冷系统10对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16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。塔式太阳能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ORC循环发电系统，系统主要包括：第一蒸发器20、有机工质透平21、第二发电机22、第一冷凝器23、储液罐24、第一工质泵25等部件。第二燃气透平18的气体出口连接第一蒸发器20第一入口，第一蒸发器20的第一出口连接吸收式制冷系统10；第一蒸发器20的第二出口与有机工质透平21连接，有机工质透平21驱动第二发电机22发电，有机工质透平21的出口与第一冷凝器23连接，第一冷凝器23与储液罐24连接，储液罐24通过第一工质泵25与第一换热器5连接，第一换热器5的工质出口与第一蒸发器20的第二入口连接。

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ORC循环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第一蒸发器20中释放热量，释放的热量被有机工质溶液吸收，使其转变为高温高压的过热氨蒸汽，过热的有机工质被送入透平中膨胀做功，将内能转化为机械能，在第二发电机22中将机械能转化为电能，有机工质透平的排汽进入冷凝器中，使其冷凝成过冷的溶液，过冷的溶液被送入储液罐中，进一步地，储液罐中的有机工质溶液被送入工质泵中，工质泵进行增压，提高了工质的压力，泵出口的溶液被来自塔式太阳能系统的高温熔融盐进行加热，之后被送入蒸发器，完成整个发电循环。

第五部分是吸收式制冷系统，在吸收式制冷系统中，通过工质泵和膨胀阀将系统分成两个压力等级构建，低压侧是第二蒸发器32和吸收器31，镜场2用于利用反射作用为吸热器3提供热量，熔岩罐7通过熔盐泵8与吸热器3连接，吸热器3出口分为两路，一路通过第一调节阀4连接第二换热器6，另一路连接第一换热器5，第一换热器5与第二换热器6连接，第二换热器6连接熔岩罐7。

高压侧是发生器27、冷凝器32和溶液热交换器28。第二工质泵30驱动低浓度溴化锂溶液或者高浓度氨水溶液从吸收器31经过溶液热交换器吸热后到达降膜发生器中继续吸热。吸热后的溶液一部分再次回到溶液热交换器放热28，并通过膨胀阀减压29后流回吸收器31；同时，溶液中的蒸气制冷剂氨(氨水溶液中)或者水(溴化锂溶液中)在发生器27中加热而被分离后(状态点01)，在冷凝器中向环境放热。放热后的制冷剂经过一个膨胀阀33后减小压力和温度，并在蒸发器中被吸收器中的溶液吸收而气化成饱和态来获得制冷量。吸收器27中的溶液再次被泵30加压而完成整个吸收式制冷循环回路。在吸收式制冷系统中，蒸发器冷测通过冷媒水的作用，产生冷量，生成的冷量通过冷媒水，吸收第一压缩机出口压缩空气的热量，以此使得压缩耗功降低。

以下结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。

实施例2

本实用新型实施例的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统及装置，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系统，用于加热有机工质溶液和燃烧室前的燃料、空气预热；解释性的，此部分可以作为优选；

第四部分为ORC循环发电系统；

第五部分为吸收式制冷系统，冷媒水携带冷量，用于第一压缩机出口压缩空气制冷，降低了压缩耗功。

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、吸收式制冷系统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之后增加一个吸收式制冷系统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，采用塔式太阳能系统加热有机工质溶液，所述塔式太阳能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有机工质溶液，减小了ORC系统的热损失。

本实用新型实施例中，对塔式太阳能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。

所述塔式太阳能系统用于加热有机工质溶液、燃料、压缩空气预热，塔式太阳能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有机工质溶液。

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-ORC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：系统由五个部分耦合形成，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吸收式制冷系统，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系统，为燃气轮机-ORC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ORC循环发电系统，R245fa在蒸发器中被加热成过热蒸汽，使其带动透平进行发电，充分利用了有机工质沸点很低极易产生高压蒸汽的特点；第五部分为吸收式制冷系统，产生的冷量用于第一压缩机出口的压缩空气，进气制冷，降低了第二压缩机进口的温度，降低第二压缩机的压缩耗功。

本实用新型实施例的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统及装置的工作方法，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、吸收式制冷系统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有机工质溶液。塔式太阳能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的排气被送入蒸发器中，燃气轮机排气进入蒸发器20中释放热量，释放的热量被R245fa溶液吸收，使其转变为高温高压的过热蒸汽，过热的蒸汽被送入有机工质透平中膨胀做功，将内能转化为机械能，在第二发电机22中将机械能转化为电能，邮寄工质透平的排汽进入冷凝器中，使其冷凝成过冷的有机工质溶液，过冷的溶液被送入储液罐中，进一步地，储液罐中的有机工质溶液被融入工质泵中，工质泵进行增压，提高了溶液的压力，泵出口的工作溶液被来自塔式太阳能系统的高温熔融盐进行加热，之后被送入蒸发器，完成整个发电循环。

本实用新型实施例提供了一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统及装置，其对燃气轮机空气进气采用二次压缩，中间增加了吸收式制冷系统，一方面提高了压缩机的进气流量和压比，另一方面采用溴化锂制冷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，采用蒸发器利用高温烟气的热能，用于ORC循环发电，蒸发器出口未利用完的烟气被用于加热燃料和空气，进一步利用烟气的余热；采用塔式太阳能系统对有机工质进行加热，提高了ORC循环发电系统的做功能力；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。

所述的水煤气化制氢系统，首先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，预热的热源采用蒸发器出口的烟气，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蒸发器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。

请参阅图2，吸收式制冷系统由通过工质泵和膨胀阀分开的两个压力等级构建，低压侧是第二蒸发器32和吸收器31，高压侧是发生器27、冷凝器32和溶液热交换器28。第二工质泵 30驱动低浓度溴化锂溶液或者高浓度氨水溶液从吸收器31经过溶液热交换器吸热后到达降膜发生器中继续吸热。吸热后的溶液一部分再次回到溶液热交换器放热28，并通过膨胀阀减压 29后流回吸收器31；同时，溶液中的蒸气制冷剂氨(氨水溶液中)或者水(溴化锂溶液中) 在发生器27中加热而被分离后，在冷凝器中向环境放热。放热后的制冷剂经过一个膨胀阀33 后减小压力和温度，并在蒸发器中被吸收器中的溶液吸收而气化成饱和态来获得制冷量。吸收器27中的溶液再次被泵30加压而完成整个吸收式制冷循环回路。

本实用新型还提供一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电装置，包括：水煤气化制氢系统和所述所的燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统；

所述水煤气化制氢系统的氢气输入管道和天然气输入管道混合后与燃料管路连接。

所述水煤气化制氢系统包括增压流化床气化炉。所述水煤气化制氢系统还包括提纯装置，所述提纯装置包括依次连接的物理吸附单元和变压吸附单元，增压流化床气化炉的气体出口与物理吸附单元连接。

综上所述，本实用新型公开了一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却系统及装置。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，中间增加了吸收式溴化锂制冷，在吸收式制冷系统中，冷媒水携带冷量用于第一压缩机出口的压缩空气制冷，降低了压缩机的耗功；利用塔式太阳能的热能，加热ORC系统，减小了底循环ORC的热损失；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。因此，本实用新型的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却系统及装置，充分利用太阳能、氢气燃料和进气冷却，减小压缩耗功，充分利用清洁能源，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 (10)

1.一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统，其特征在于，包括：塔式太阳能系统、燃气轮机发电系统和ORC循环发电系统；

氢气输入管道和天然气输入管道混合后与燃料管路连接；

所述塔式太阳能系统包括吸热器(3)、第一换热器(5)和第二换热器(6)；吸热器(3)、第一换热器(5)和第二换热器(6)连接用于循环换热；

所述燃气轮机发电系统包括：第一压缩机(9)、吸收式制冷系统(10)、第二压缩机(11)、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)；其中，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)同轴布置，轴的另一端连接第一发电机(19)；第一压缩机(9)的空气出口通过吸收式制冷系统(10)与第二压缩机(11)的空气入口连接；燃料管路出口均与第二换热器(6)连接换热后分别与第一燃烧室(14)、第二燃烧室(17)连接；第二压缩机(11)的空气出口与第二换热器(6)换热后与第一燃烧室(14)连接；第一燃烧室(14)的烟气出口与第一燃气透平(16)气体入口连接，燃气透平(16)的气体出口与第二燃烧室(17)的气体入口连接，第二燃烧室(17)的烟气出口与第二燃气透平(18)气体入口连接；

所述ORC循环发电系统包括：第一蒸发器(20)、有机工质透平(21)、第二发电机(22)、第一冷凝器(23)、储液罐(24)和第一工质泵(25)；第二燃气透平(18)的气体出口连接第一蒸发器(20)第一入口，第一蒸发器(20)的第一出口连接吸收式制冷系统(10)；第一蒸发器(20)的第二出口与有机工质透平(21)连接，有机工质透平(21)驱动第二发电机(22)发电，有机工质透平(21)的出口与第一冷凝器(23)连接，第一冷凝器(23)与储液罐(24)连接，储液罐(24)通过第一工质泵(25)与第一换热器(5)连接，第一换热器(5)的工质出口与第一蒸发器(20)的第二入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统，其特征在于，所述塔式太阳能系统还包括：镜场(2)、熔岩罐(7)和熔盐泵(8)；其中，镜场(2)用于利用反射作用为吸热器(3)提供热量，熔岩罐(7)通过熔盐泵(8)与吸热器(3)连接，吸热器(3)出口分为两路，一路通过第一调节阀(4)连接第二换热器(6)，另一路连接第一换热器(5)，第一换热器(5)与第二换热器(6)连接，第二换热器(6)连接熔岩罐(7)。

3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统，其特征在于，所述吸收式制冷系统(10)包括发生器(27)、溶液热交换器(28)、第二蒸发器(32)、吸收器(31)和第二冷凝器(34)，第一压缩机(9)的空气出口通过发生器(27)与第二压缩机(11)的空气入口连接；第二工质泵(30)驱动溶液从吸收器(31)经过溶液热交换器(28)吸热后到发生器(27)；发生器(27)的一部分再次回到溶液热交换器(28)放热，并通过膨胀阀减压(29)后流回吸收器(31)；另一部分进入第二冷凝器(34)，第二冷凝器(34)经过膨胀阀(33)后进入第二蒸发器(32)，第二蒸发器(32)与吸收器(31)连接。

4.根据权利要求3所述的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统，其特征在于，所述吸收器(31)的出水口与第二冷凝器(34)的进水口连接。

5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统，其特征在于，所述氢气输入管道和天然气输入管道分别设置有第二调节阀(12)和第三调节阀(13)。

6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统，其特征在于，所述第一蒸发器(20)第一出口还连接第二换热器(6)。

7.根据权利要求1所述的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统，其特征在于，所述ORC循环发电系统采用R245fa作为有机工质。

8.一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电装置，其特征在于，包括：水煤气化制氢系统和权利要求1至7任意一项所述的燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电系统；

所述水煤气化制氢系统的氢气输入管道和天然气输入管道混合后与燃料管路连接。

9.根据权利要求8所述的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电装置，其特征在于，所述水煤气化制氢系统包括增压流化床气化炉。

10.根据权利要求9所述的一种燃气轮机-ORC联合循环及进气冷却的发电装置，其特征在于，所述水煤气化制氢系统还包括提纯装置，所述提纯装置包括依次连接的物理吸附单元和变压吸附单元，增压流化床气化炉的气体出口与物理吸附单元连接。

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