燃氣輪機余熱反應(yīng)器及其燃氣發(fā)電機組的制作方法
【專利摘要】一種燃氣輪機余熱反應(yīng)器及其燃氣發(fā)電機組，該余熱反應(yīng)器包括蒸汽發(fā)生室和化學鏈反應(yīng)室、位于蒸汽發(fā)生室（7）內(nèi)的蒸汽發(fā)生盤管（10）、位于化學鏈反應(yīng)室（8）內(nèi)的反應(yīng)套管（12）、氣體混合器（14），其具有接收蒸汽發(fā)生盤管（10）的蒸汽的蒸汽入口和燃氣入口，其混合氣出口與反應(yīng)套管（12）的入口連通，還包括合成氣冷卻器（9），其合成氣入口與反應(yīng)套管（12）的出口連通。燃氣發(fā)電機組的渦輪（26）的煙氣出口管（28）通入蒸汽發(fā)生室（7），合成氣冷卻器（9）的合成氣出口與燃燒器（25）連通。通過將高溫煙氣的熱能經(jīng)化學反應(yīng)固化為合成氣的化學能，并將合成氣導回燃燒器，提高了燃氣發(fā)電機組的效率。
【專利說明】燃氣輪機余熱反應(yīng)器及其燃氣發(fā)電機組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及發(fā)電機設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種燃氣輪機余熱反應(yīng)器及具有該燃氣輪機余熱反應(yīng)器的燃氣發(fā)電機組。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣輪機在正常運行時，排放出超過450°C的煙氣，大型燃氣輪機可以通過聯(lián)合循環(huán)來回收余熱提高發(fā)電效率，即利用燃氣輪機的高溫煙氣的余熱在蒸汽輪機中再次發(fā)電。而小型燃氣輪機難以經(jīng)濟的應(yīng)用聯(lián)合循環(huán)。如果不適用熱電聯(lián)供或冷熱電聯(lián)供的場所，比如純發(fā)電用途，則燃料利用效率不高。典型的效率為30?35%。燃氣輪機屬于主要受熱力學第二定律約束的機器，余熱利用不能像鍋爐等主要受熱力學第一定律約束的設(shè)備那樣，通過循環(huán)來提升效率。將燃氣輪機的余熱循環(huán)到進口不僅不會提高發(fā)電效率，會由于提高了壓縮段的功耗而降低發(fā)電效率，惡化機組的運行狀況，降低設(shè)備的壽命。
實用新型內(nèi)容
[0003]針對相關(guān)技術(shù)中存在的一個或多個問題，本實用新型的目的在于提供一種用于將高溫煙氣的熱能通過化學反應(yīng)固化為化學能的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，以及將此化學反應(yīng)生成的產(chǎn)物導回燃燒器中燃燒做功的燃氣發(fā)電機組。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，一方面本實用新型的余熱反應(yīng)器，包括:依次連通的蒸汽發(fā)生室和化學鏈反應(yīng)室；設(shè)置在蒸汽發(fā)生室內(nèi)的蒸汽發(fā)生盤管；設(shè)置在化學鏈反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)套管；氣體混合器，具有接收蒸汽發(fā)生盤管的蒸汽的蒸汽入口和燃氣入口，其混合氣出口與反應(yīng)套管的入口連通；合成氣冷卻器，其合成氣入口與反應(yīng)套管的出口連通。
[0005]根據(jù)本實用新型，合成氣冷卻器的入口與反應(yīng)套管的出口之間連接有催化劑套管，催化劑套管中設(shè)置有催化劑載體。
[0006]根據(jù)本實用新型，催化劑套管密閉放置于化學鏈反應(yīng)室中。
[0007]根據(jù)本實用新型，催化劑套管包括至少二個催化劑分管，催化劑分管通過閥門形成串聯(lián)或并聯(lián)的連接結(jié)構(gòu)。
[0008]根據(jù)本實用新型，蒸汽發(fā)生盤管中通入除鹽水。
[0009]根據(jù)本實用新型，反應(yīng)套管和氣體混合器之間還設(shè)置有反應(yīng)室預(yù)熱盤管，反應(yīng)室預(yù)熱盤管設(shè)置在化學鏈反應(yīng)室中。
[0010]根據(jù)本實用新型，氣體混合器位于蒸汽發(fā)生室和化學鏈反應(yīng)室的外部。
[0011]另一方面提供一種燃氣發(fā)電機組，包括:依次連接的壓氣機、燃燒器、渦輪、發(fā)電機，向燃燒器提供燃氣的燃氣管，還包括:如上述中任一項的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，燃氣輪機余熱反應(yīng)器的蒸汽發(fā)生室與渦輪的煙氣出口連通，燃氣輪機余熱反應(yīng)器的合成氣冷卻器的合成氣出口與燃燒器連通。
[0012]根據(jù)本實用新型，壓氣機與渦輪同軸連接或者通過齒輪減速機減速連接。
[0013]根據(jù)本實用新型，燃氣管與氣體混合器的燃氣入口連通。[0014]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的有益效果為:
[0015]除鹽水通過蒸汽發(fā)生盤管吸收高溫煙氣的熱量變?yōu)檎羝?，在氣體混合器中與燃氣混合，混合氣繼續(xù)吸收高溫煙氣的熱量，溫度升高，在反應(yīng)套管中催化劑的作用下，混合氣產(chǎn)生化學反應(yīng)生成合成氣。由此，高溫煙氣的余熱得到了充分的利用。進一步將上述產(chǎn)生的合成氣輸送至燃燒器中再次參與燃燒做功，提高了燃氣發(fā)電機組的發(fā)電效率。尤其可以解決無法應(yīng)用聯(lián)合循環(huán)提高發(fā)電效率的小型燃氣發(fā)電機組的發(fā)電效率低的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型燃氣輪機余熱反應(yīng)器的一個【具體實施方式】的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實用新型燃氣發(fā)電機組的一個【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]1 高溫煙氣；
[0019]2 除鹽水；
[0020]3 燃氣；
[0021]4 第一管道；
[0022]4’ 第二管道；
[0023]5 低溫煙氣；
[0024]6 低溫合成；
[0025]7 蒸汽發(fā)生室；
[0026]8 化學鏈反應(yīng)室；
[0027]9 合成氣冷卻器；
[0028]10 蒸汽發(fā)生盤管；
[0029]11 反應(yīng)室預(yù)熱盤管；
[0030]12 反應(yīng)套管；
[0031]13 催化劑載體；
[0032]14 氣體混合器；
[0033]15 催化劑套管；
[0034]16 第一分管段；
[0035]16’第二分管段；
[0036]17 第一連接段；
[0037]17’第二連接段；
[0038]18 第一閥；
[0039]19 第二閥；
[0040]20 第三閥；
[0041]21 空氣；
[0042]22 燃氣管；
[0043]23 壓氣機；
[0044]24 主軸；
[0045]25 燃燒器；
[0046]26 渦輪；[0047]27發(fā)電機；
[0048]28煙氣出口管；
[0049]29除鹽水管道；
[0050]30燃氣輪機余熱反應(yīng)器。
【具體實施方式】
[0051]下面結(jié)合附圖對本實用新型【具體實施方式】進行描述。
[0052]本實用新型的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，包括:依次連通的蒸汽發(fā)生室7和化學鏈反應(yīng)室8、設(shè)置在蒸汽發(fā)生室7內(nèi)的蒸汽發(fā)生盤管10、設(shè)置在化學鏈反應(yīng)室8內(nèi)的反應(yīng)套管12、氣體混合器14、合成氣冷卻器9。從圖1中可看出，氣體混合器14具有接收蒸汽發(fā)生盤管10的蒸汽的蒸汽入口和燃氣入口，其混合氣出口與所述反應(yīng)套管12的入口連通，合成氣冷卻器9的合成氣入口與反應(yīng)套管12的出口連通。 [0053]參照圖1，蒸汽發(fā)生室7具有煙氣入口，化學鏈反應(yīng)室8具有煙氣出口。高溫煙氣I由煙氣入口進入蒸汽發(fā)生室7，穿過蒸汽發(fā)生室7后進入化學鏈反應(yīng)室8，經(jīng)熱交換后，低溫煙氣5由化學鏈反應(yīng)室8的煙氣出口排出。即，高溫煙氣I順次通過蒸汽發(fā)生室7和化學鏈反應(yīng)室8，溫度逐漸降低為低溫 煙氣5。
[0054]在蒸汽發(fā)生室7中設(shè)置有蒸汽發(fā)生盤管10。蒸汽發(fā)生盤管10的蒸汽出口與氣體混合器14的蒸汽入口連通。除鹽水2進入蒸汽發(fā)生盤管10，在蒸汽發(fā)生室7中，高溫煙氣I與蒸汽發(fā)生盤管10中的除鹽水2進行熱交換，除鹽水2被汽化為水蒸汽通過氣體混合器14的蒸汽入口進入氣體合成器14。燃氣3由氣體合成器14的燃氣入口進入氣體合成器14，在氣體合成器14中燃氣3與除鹽水2的水蒸汽混合。
[0055]在化學鏈反應(yīng)室8中設(shè)置彼此連接的反應(yīng)室預(yù)熱盤管11和反應(yīng)套管12。反應(yīng)室預(yù)熱盤管11連接在氣體混合器14的混合氣出口和反應(yīng)套管12的入口之間。即，在氣體混合器14中混合后的混合氣，由氣體混合器14的混合氣出口進入反應(yīng)室預(yù)熱盤管11，在反應(yīng)室預(yù)熱盤管11中加熱至例如400°C后進入反應(yīng)套管12中。由此，在化學鏈反應(yīng)室中設(shè)置反應(yīng)室預(yù)熱盤管，保證混合氣在進入反應(yīng)套管前增溫至例如400°C以上，使混合氣遇到催化劑時能夠快速反應(yīng)生成合成氣，避免反應(yīng)不充分。
[0056]另外，所述合成氣冷卻器9的入口與所述反應(yīng)套管12的出口之間連接有催化劑套管15，所述催化劑套管15中設(shè)置有催化劑載體13，所述催化劑套管15密閉放置于所述化學鏈反應(yīng)室8中。并且，所述催化劑套管15包括至少二個催化劑分管，催化劑分管通過閥門形成串聯(lián)或并聯(lián)的連接結(jié)構(gòu)，即所述催化劑分管可通過閥門切換開關(guān)實現(xiàn)串聯(lián)或并聯(lián)在所述催化劑套管中，如閥門18和19開啟，閥門20關(guān)閉，實現(xiàn)催化劑分管的串聯(lián)連接；閥門18和19關(guān)閉，閥門20開啟，實現(xiàn)催化劑分管的并聯(lián)連接。
[0057]該燃氣輪機余熱反應(yīng)器還包括合成氣冷卻器9，反應(yīng)套管12的出口與合成氣冷卻器9的入口連接，從而將上述化學反應(yīng)生成的合成氣導入合成氣冷卻器9中冷卻至接近室溫，形成低溫合成氣。低溫合成氣6由合成氣冷卻器9的合成氣出口排出以備二次使用。
[0058]根據(jù)圖1，描述該燃氣輪機余熱反應(yīng)器的工作過程。
[0059]高溫煙氣I由蒸汽發(fā)生器7的煙氣入口進入到蒸汽發(fā)生室7中，同時向蒸汽發(fā)生器7中的蒸汽發(fā)生盤管10通入除鹽水2，除鹽水2在蒸汽發(fā)生盤管10中隨著流動不斷被加熱汽化，形成蒸汽后進入氣體混合器14。在氣體混合器14中，除鹽水蒸汽與通入的燃氣混合，形成混合氣進入化學鏈反應(yīng)室8中的反應(yīng)室預(yù)熱盤管11。高溫煙氣通過蒸汽發(fā)生器7進入化學鏈反應(yīng)室8繼續(xù)放熱。由此，混合氣在反應(yīng)室預(yù)熱盤管11中被加熱，其溫度達到400°C以上后進入反應(yīng)套管12，混合氣不斷沿反應(yīng)套管12的入口向出口運動，并部分混合氣反應(yīng)生成合成氣。繼續(xù)進入催化劑套管15，在催化劑的作用下，加快混合氣反應(yīng)生成合成氣。該合成氣由催化劑套管進入合成氣冷卻器9。由于該反應(yīng)后的合成氣溫度較高，可稱為高溫合成氣。高溫合成氣進入合成氣冷卻器9進行冷卻，形成低溫合成氣6排出。
[0060]通過此裝置，高溫煙氣的熱量轉(zhuǎn)化為合成氣的化學能。由此，高溫煙氣的余熱得到了充分的利用。
[0061]進一步參照圖1，在本【具體實施方式】中第一管段15設(shè)置有兩個分別具有帶有催化劑的載體13的、可選擇地串聯(lián)或者并聯(lián)的分管段，分別為第一分管段16和第二分管段16’。第一分管段16和第二分管段16’的兩端分別由第一連接段17和第二連接段17’連接，即，第一分管段16、第二連接段17’、第二分管段17’、第一連接段17依次首尾連接在第一管段15上形成循環(huán)，并且反應(yīng)套管12中的混合氣由第一分管段16與第一連接段17連接的一端流向第一分管段16與第二連接段17’連接的一端。第一連接段17設(shè)置有反應(yīng)套管12的第一出口，第一出口與合成氣冷卻器9的第一合成氣入口由第一管道4連通。第二連接段17’設(shè)置有反應(yīng)套管12的第二出口，第二出口與合成氣冷卻器9的第二合成氣入口通過第二管道4’連通。第一連接段17、第一管道4和第二管道4’分別設(shè)置有第一閥18、第二閥19、第三閥20。通過此結(jié)構(gòu)，第一分管段16和第二分管段16’可選地在反應(yīng)套管12中并聯(lián)或者串聯(lián)。即，參照圖1中示意的，關(guān)閉第一閥18、第三閥20，打開第二閥19，第一分管段16和第二分管段16’串聯(lián)在反應(yīng)套管12中，混合氣順次經(jīng)過第一分管段16、第二連接段17’、第二分管段16’，在第一分管段16中催化劑的作用下，混合氣反應(yīng)生成合成氣，在第二分管段16’中的催化劑的作用下，在第一分桿段16中未反應(yīng)的混合氣繼續(xù)反應(yīng)生成合成氣，之后由第一管道4輸送至合成氣冷卻器9中。相反,打開第一閥18、第三閥20,關(guān)閉第二閥19，第一分管段16和第二分管段16’并聯(lián)在反應(yīng)套管12中，一部分混合氣順次經(jīng)過第一分管段16、第二連接段17’，在第一分管段16中的催化劑的作用下反應(yīng)生成合成氣，另一部分混合氣順次經(jīng)過第一連接段17、第二分管段16’，在第二分管段16’中的催化劑的作用下反應(yīng)生成合成氣，通過并聯(lián)的兩個分管段產(chǎn)生的合成氣共同通過第二管道4’進入合成氣冷卻器9中。由此，可以根據(jù)高溫煙氣的溫度，調(diào)節(jié)混合氣通過帶有催化劑的載體的路徑，從而可以在高溫煙氣的溫度相對較低時，利用串聯(lián)方式保證混合氣充分反應(yīng)，在高溫煙氣的溫度相對較高時，利用并聯(lián)方式提高反應(yīng)效率。由此進一步提高了該燃氣輪機余熱反應(yīng)器的效率，以及提高了合成氣的純度，避免合成氣中摻雜未反應(yīng)的燃氣。當然，第一管段15中分管段的數(shù)量以及閥體的設(shè)置并不局限于上述結(jié)構(gòu)，只要可以實現(xiàn)第一管段15中的分管段能夠可選擇地串聯(lián)或者并聯(lián)在第一管段15中，即可以在并聯(lián)與串聯(lián)中切換即可。
[0062]參照圖2，本實用新型的燃氣發(fā)電機組包括依次連接的壓氣機23、燃燒器25、渦輪26、發(fā)電機27、向所述燃燒器25提供燃氣的燃氣管22、上述任一的燃氣輪機余熱反應(yīng)器30，其中，燃氣輪機余熱反應(yīng)器30的蒸汽發(fā)生室7與所述渦輪26的煙氣出口連通，所述燃氣輪機余熱反應(yīng)器的合成氣冷卻器9的合成氣出口與所述燃燒器25連通。
[0063]另外，壓氣機23與渦輪26同軸連接或者通過齒輪減速機減速連接。即，可使壓氣機23和渦輪26轉(zhuǎn)速相同或者不同。在本具體實施例中，圖2中還示出了燃氣發(fā)電機組的壓氣機23、發(fā)電機27、連接渦輪26與壓氣機23、發(fā)電機27的主軸24。當然，壓氣機23與渦輪26之間也可通過齒輪減速機減速連接。進一步參照圖1和圖2，壓氣機23的壓縮氣出口與燃燒器25的壓縮氣入口連通，燃燒器25與渦輪26連通以將燃燒器25中燃燒后的高溫氣體導入渦輪26。渦輪26的高溫煙氣出口與燃氣輪機余熱反應(yīng)器30中的蒸汽發(fā)生室7的煙氣入口連通，以將在渦輪26中產(chǎn)生的高溫煙氣導入燃氣輪機余熱反應(yīng)器30。并且，燃氣管22與氣體合成器4的第二入口通過燃氣管道28連通，由此,燃燒器5與燃氣輪機余熱反應(yīng)器30可共用一個燃氣源。燃氣輪機余熱反應(yīng)器30中的合成氣冷卻器9的低溫合成氣出口與燃燒器25連通,使低溫合成氣6被導入燃燒器25燃燒。
[0064]結(jié)合圖1和圖2描述該燃氣發(fā)電機組的工作過程。
[0065]空氣21進入壓氣機23，在壓氣機23中壓縮得壓縮空氣，壓縮空氣進入燃燒器25，燃氣由燃氣管22導入燃燒器25,燃氣與壓縮空氣在燃燒器25中燃燒形成高溫氣體,該高溫氣體被導入渦輪26膨脹做功，通過主軸24帶動壓氣機23工作以及帶動發(fā)電機27發(fā)電。在渦輪26中產(chǎn)生的高溫煙氣1被導入燃氣輪機余熱反應(yīng)器30中。在燃氣輪機余熱反應(yīng)器30中，由除鹽水管道29導入的除鹽水從高溫煙氣中吸熱變化為除鹽水蒸汽，該除鹽水蒸汽與由燃氣管道28導入的燃氣共同從高溫煙氣中繼續(xù)吸熱，溫度提高超過400°C后在催化劑的作用下反應(yīng)生成高溫合成氣。在此過程中高溫煙氣放熱形成低溫煙氣5，該低溫煙氣5從燃氣輪機余熱反應(yīng)器30中排出。而高溫合成氣通過冷卻形成低溫合成氣6,該低溫合成氣6導入燃燒器25中繼續(xù)參加燃燒反應(yīng)。由此循環(huán)(即高溫煙氣的余熱使除鹽水蒸發(fā)成蒸汽，而后為燃氣和除鹽水蒸汽反應(yīng)生成合成氣提供高溫環(huán)境，最后將合成氣返回燃燒器再利用)能夠充分的利用高溫煙氣的熱能、提高燃氣發(fā)電機組的發(fā)電效率。尤其可以解決無法應(yīng)用聯(lián)合循環(huán)提高發(fā)電效率的小型燃氣發(fā)電機組的發(fā)電效率低的問題。
[0066]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種燃氣輪機余熱反應(yīng)器，其特征在于，包括: 依次連通的蒸汽發(fā)生室(7)和化學鏈反應(yīng)室(8)； 設(shè)置在所述蒸汽發(fā)生室(7)內(nèi)的蒸汽發(fā)生盤管(10)； 設(shè)置在所述化學鏈反應(yīng)室(8)內(nèi)的反應(yīng)套管(12)； 氣體混合器(14)，具有接收蒸汽發(fā)生盤管(10)的蒸汽的蒸汽入口和燃氣入口，其混合氣出口與所述反應(yīng)套管(12)的入口連通； 合成氣冷卻器(9)，其合成氣入口與所述反應(yīng)套管(12)的出口連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，其特征在于: 所述合成氣冷卻器(9)的合成氣入口與所述反應(yīng)套管(12)的出口之間連接有催化劑套管(15 )，所述催化劑套管(15 )中設(shè)置有催化劑載體(13 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，其特征在于:所述催化劑套管(15)密閉放置于所述化學鏈反應(yīng)室(8)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，其特征在于: 所述催化劑套管(15)包括至少二個催化劑分管，所述催化劑分管通過閥門形成串聯(lián)或并聯(lián)的連接結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，其特征在于:所述蒸汽發(fā)生盤管(10)中通入除鹽水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，其特征在于:所述反應(yīng)套管(12)和氣體混合器(14)之間還設(shè)置有反應(yīng)室預(yù)熱盤管(11)，所述反應(yīng)室預(yù)熱盤管(11)設(shè)置在化學鏈反應(yīng)室(8)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，其特征在于:所述氣體混合器(14)位于所述蒸汽發(fā)生室(7)和化學鏈反應(yīng)室(8)的外部。
8.一種燃氣發(fā)電機組，包括:依次連接的壓氣機(23)、燃燒器(25)、潤輪(26)、發(fā)電機(27)，向所述燃燒器(25)提供燃氣的燃氣管(22)，其特征在于，還包括:如權(quán)利要求1-7中任一項所述的燃氣輪機余熱反應(yīng)器，所述燃氣輪機余熱反應(yīng)器(30)的蒸汽發(fā)生室(7)與所述渦輪(26)的煙氣出口連通，所述燃氣輪機余熱反應(yīng)器(30)的合成氣冷卻器(9)的合成氣出口與所述燃燒器(25 )連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述燃氣發(fā)電機組，其特征在于:所述壓氣機(23)與渦輪(26)同軸連接或者通過齒輪減速機減速連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述燃氣發(fā)電機組，其特征在于:所述燃氣管(22)與所述氣體混合器(14)的燃氣入口連通。
【文檔編號】C01B3/16GK203486894SQ201320522691
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】仵浩, 趙偉, 王利民, 董玉新, 盧穩(wěn), 卞嬌嬌 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司