專利名稱：一種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱工循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱工循環(huán)是化石能源發(fā)電的重要步驟，是電力工業(yè)的核心技術(shù)之一。其熱力學(xué)過 程主要包括壓縮、等壓吸熱、膨脹做功、等壓放熱過程。 目前熱工循環(huán)發(fā)電的形式主要有兩種一種是閉式循環(huán)，即目前常用的燃煤鍋爐 汽輪發(fā)電機(jī)組，另一種是開式循環(huán)，即目前常用的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，兩者的結(jié)合則為聯(lián)合 循環(huán)發(fā)電機(jī)組。
以上現(xiàn)有常用流程的主要缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn) 閉式循環(huán)，由于以水蒸汽為熱載體，采用間接加熱，循環(huán)進(jìn)汽溫度低，目前一般小 于700°C ，因此只能通過提高進(jìn)汽壓力、降低排汽壓力(真空冷凝)、提高膨脹比的辦法來提 高發(fā)電效率，目前最先進(jìn)的超臨界發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率可以接近45 % 。 開式循環(huán)，由于是采用直接加熱循環(huán)，溫度可以很高，約達(dá)140(TC左右，但由于是 采取通入過量空氣的辦法來控制燃燒后的溫度，空氣壓縮量巨大，壓縮機(jī)存在著最優(yōu)壓氣 比的限制。 一般循環(huán)壓力只有閉式循環(huán)的十分之一，同時由于尾氣多為不凝性氣體、采用常 壓排氣，造成膨脹比無法提高，導(dǎo)致排氣溫度高，發(fā)電效率只有40%左右。開式循環(huán)發(fā)電效 率低的原因在于循環(huán)進(jìn)氣壓力低，常壓排氣，導(dǎo)致排氣溫度高。這首先是由于現(xiàn)有材料的性 能制約了循環(huán)溫度的無限提高；其次是由于現(xiàn)有工藝采用過量空氣來控制燃?xì)鉁囟?，由?空氣壓縮量巨大，壓縮功耗大，加上存在著壓縮機(jī)壓縮效率與燃?xì)廨啓C(jī)膨脹效率這兩個因 素的影響，因此每一循環(huán)溫度都對應(yīng)著一個最優(yōu)壓氣比，從而影響了燃?xì)廨啓C(jī)效率的提高。
結(jié)合閉式循環(huán)和開式循環(huán)，先采用開式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，尾氣再通過鍋爐產(chǎn)生 蒸汽，用于閉式循環(huán)的汽輪機(jī)發(fā)電，即為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率目前可以接近60%，效率 雖有所提高，但流程長、投資大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)合了開式循環(huán)和閉式循環(huán)優(yōu)點(diǎn)、進(jìn)一步提高燃?xì)廨啓C(jī) 發(fā)電效率的新型熱工循環(huán)方法。
本發(fā)明為達(dá)到上述目的所采用的技術(shù)方案是一種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨?機(jī)熱工循環(huán)工藝，其特征在于整個熱工循環(huán)過程包括以下步驟
(a)液體燃料或燃?xì)獾膲嚎s；
(b)氧氣或富氧空氣的壓縮； (c)液體燃料或燃?xì)庵械娜魏我豁?xiàng)與氧氣或富氧空氣中的任何一項(xiàng)在燃燒室中混 合燃燒； (d)噴水控制燃燒室溫度； (e)燃燒室引出的燃燒后的高溫高壓煙氣在燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹做功；
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(f)膨脹做功后的尾氣在冷凝器中用循環(huán)水冷卻； (g)尾氣中的不凝性氣體用真空泵抽提出；或不設(shè)置真空泵，常壓排氣。 所述的熱工循環(huán)過程中，輸入的氧氣或富氧空氣稍過量以保證液體燃料或燃?xì)馊?br> 燒完全為限。 所述的熱工循環(huán)過程中，噴水控溫的溫度值，以保持燃燒室溫度在設(shè)備所用的材 料耐熱允許的范圍內(nèi)為限。 所述的熱工循環(huán)過程中，其膨脹后的尾氣，經(jīng)冷凝器冷凝后，其中大部分水蒸汽冷 凝成的冷凝水循環(huán)回燃燒室用于噴水控溫。 所述的熱工循環(huán)過程中，其液體燃料和燃?xì)獾膲嚎s可以由燃?xì)廨啓C(jī)帶動的透平壓 縮機(jī)進(jìn)行壓縮的，也可由另外設(shè)置的壓縮裝置壓縮的。 所述的熱工循環(huán)過程中，其燃?xì)饪梢允翘烊細(xì)狻⒚簩託?、半水煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤 氣中的任何一項(xiàng)，液體燃料可以是汽油、柴油、煤油、石腦油、二甲醚、甲醇、乙醇中的任何一 項(xiàng)。 本發(fā)明的有益效果是由于采用通入純氧或富氧空氣直接燃燒加熱，單位進(jìn)氣中 的含氧率提高，進(jìn)氣量小，熱損耗少，單位燃料燃燒后煙氣溫度高；由于入氣量比傳統(tǒng)采用 空氣的大為減少，壓縮機(jī)的壓縮量大幅度下降，擺脫了壓縮機(jī)最優(yōu)壓氣比的限制，可以大幅 度提高熱工循環(huán)的進(jìn)氣壓力；由于采用噴水控溫，替代過量空氣控溫，可更有效控制燃燒室 溫度；由于尾氣中不凝性氣體含量減小，可采用真空冷凝降低排氣壓力，加大燃?xì)廨啓C(jī)的膨 脹比。相比傳統(tǒng)開式、閉式熱工循環(huán)工藝，這種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工 藝由于燃燒后的煙氣溫度高、循環(huán)壓力高，尾氣抽真空冷凝，排氣壓力低、排氣溫度低，大幅 度提高了燃?xì)廨啓C(jī)的膨脹比，從而大幅度提高了發(fā)電效率。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。其中 圖1是現(xiàn)有典型燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工藝的流程圖； 圖2是本發(fā)明的第一種實(shí)施例的流程圖； 圖3是本發(fā)明的第二種實(shí)施例的流程圖； 圖4是本發(fā)明的第三種實(shí)施例的流程圖； 圖5是本發(fā)明的第四種實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的第一種實(shí)施例，如圖2所示，將已制取壓力為2. 0Mpa的氧氣，經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī) 帶動的透平壓縮機(jī)壓縮至20. OMpa，氧氣流量為10000NmVh。柴油經(jīng)油泵增壓至20. 0Mpa， 柴油的流量為4100kg/h，噴入燃燒室與氧氣燃燒，同時噴入化學(xué)軟水，噴水的數(shù)量根據(jù)燃燒 室的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制到140(TC左右。燃燒后的高壓高溫?zé)煔饨?jīng)燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功。燃 氣輪機(jī)后設(shè)置冷凝器將循環(huán)水冷卻，其中的大部分水蒸汽冷凝成液體水循環(huán)回燃燒室替代 化學(xué)軟水，少量水蒸汽和不凝性氣體C02、 02，用真空泵抽提真空壓力控制在0. 02Mpa ;在工 況已能滿足要求的前提下，也可不設(shè)置真空泵，常壓排氣。 本發(fā)明的第二種實(shí)施例，如圖3所示，凈化后的水煤氣壓力為4. OMPa，溫度常溫，
4煤氣成分為H2、40%， C0、50%， 0)2、10%，經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)帶動的透平壓縮機(jī)加壓至10. OMpa， 流量10000NmVh。已制取壓力為1.6Mpa、50X的富氧空氣，流量10000Nm3/h，富氧空氣經(jīng) 燃?xì)廨啓C(jī)帶動的透平壓縮機(jī)壓縮至10.0Mpa。加壓后的水煤氣與富氧空氣在燃燒室進(jìn)行燃 燒，同時噴入化學(xué)軟水，控制燃燒室溫度120(TC左右，燃燒后的高溫高壓煙氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī) 膨脹做功，膨脹后的尾氣通過冷凝器用循環(huán)水冷卻，其中的水蒸汽大部分冷凝成液體水循 環(huán)回燃燒室替代化學(xué)軟水，部分水蒸汽和不凝氣體C02、 02、N2，用真空泵抽提，真空壓力保持 0. 04MPa ;在工況已能滿足要求的前提下，也可不設(shè)置真空泵，常壓排氣。
本發(fā)明的第三種實(shí)施例，如圖4所示，已經(jīng)凈化后的天然氣流量為10000NmVh、壓 力為2. OMPa，溫度為常溫，經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)帶動的透平壓縮機(jī)壓縮至15. OMpa。已制得的壓力為 4. OMpa的氧氣，流量為22000NmVh，經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)帶動的透平壓縮機(jī)多級壓縮至15. OMPa進(jìn) 入燃燒室燃燒，同時噴入化學(xué)軟水控制燃燒室溫度為130(TC，燃燒后的高溫高壓煙氣經(jīng)燃 氣輪機(jī)膨脹做功，尾氣經(jīng)冷凝器用循環(huán)水冷卻，其中的大部分水蒸汽冷凝成液體水循環(huán)回 燃燒室替代化學(xué)軟水，其中不凝性氣體C02、 02用真空泵抽提，保持真空壓力為0. 03MPa ;在 工況已能滿足要求的前提下，也可不設(shè)置真空泵，常壓排氣。 本發(fā)明的第四種實(shí)施例，如圖5所示，將已制取氧濃度80 % 、壓力2. OMpa的富氧 空氣，經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)帶動的透平壓縮機(jī)壓縮至12. OMpa，富氧空氣流量為6160NmVh。甲醇經(jīng) 甲醇泵增壓至12. OMpa，柴油的流量為3200kg/h，噴入燃燒室與富氧空氣燃燒，同時噴入化 學(xué)軟水，噴水的數(shù)量根據(jù)燃燒室的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制到IIO(TC左右。燃燒后的高壓高溫 煙氣經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功。燃?xì)廨啓C(jī)后設(shè)置冷凝器將循環(huán)水冷卻，其中的大部分水蒸汽冷 凝成液體水循環(huán)回燃燒室替代化學(xué)軟水，少量水蒸汽、不凝性氣體、C02、 02，用真空泵抽提真 空，壓力控制在0. OlMpa ;在工況已能滿足要求的前提下，也可不設(shè)置真空泵，常壓排氣。
當(dāng)然，本發(fā)明上述各實(shí)施例中所標(biāo)出的各流量值、壓力值、溫度值、百分含量值均 為參考值，實(shí)施中適度的變動并不會影響本發(fā)明的技術(shù)效果，因此，以上數(shù)值的適度改變均 應(yīng)是落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工藝，其特征在于整個熱工循環(huán)過程包括以下步驟(a)液體燃料或燃?xì)獾膲嚎s；(b)氧氣或富氧空氣的壓縮；(c)液體燃料或燃?xì)庵械娜魏我豁?xiàng)與氧氣或富氧空氣中的任何一項(xiàng)在燃燒室中混合燃燒；(d)噴水控制燃燒室溫度；(e)燃燒室引出的燃燒后的高溫高壓煙氣在燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹做功；(f)膨脹做功后的尾氣在冷凝器中用循環(huán)水冷卻；(g)尾氣中的不凝性氣體用真空泵抽提出；或不設(shè)置真空泵，常壓排氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工藝，其特征 在于所述的熱工循環(huán)過程中，輸入的氧氣或富氧空氣稍過量以保證液體燃料或燃?xì)馊紵?完全為限。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工藝，其特征 在于所述的熱工循環(huán)過程中，噴水控溫的溫度值，以保持燃燒室溫度在設(shè)備所用的材料耐 熱允許的范圍內(nèi)為限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工藝，其特征 在于所述的熱工循環(huán)過程中，其膨脹后的尾氣，經(jīng)冷凝器冷凝后，其中大部分水蒸汽冷凝 成的冷凝水循環(huán)回燃燒室用于噴水控溫。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工藝，其特征 在于所述的熱工循環(huán)過程中，其液體燃料和燃?xì)獾膲嚎s可以由燃?xì)廨啓C(jī)帶動的透平壓縮 機(jī)進(jìn)行壓縮的，也可由另外設(shè)置的壓縮裝置壓縮的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工藝，其特 征在于所述的熱工循環(huán)過程中，其燃?xì)饪梢允翘烊細(xì)?、煤層氣、半水煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤 氣中的任何一項(xiàng)，液體燃料可以是汽油、柴油、煤油、石腦油、二甲醚、甲醇、乙醇中的任何一 項(xiàng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于純氧或富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)熱工循環(huán)工藝，包括以下步驟液體燃料或燃?xì)獾膲嚎s；氧氣或富氧空氣的壓縮；液體燃料或燃?xì)馀c氧氣或富氧空氣的混合燃燒；噴水控制溫度；燃燒后的高溫高壓煙氣在燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹做功；尾氣中大部分水蒸汽在冷凝器中用循環(huán)水冷卻，冷凝成的冷凝水循環(huán)回燃燒室用于噴水控溫，不凝性氣體用真空泵抽提出；或不設(shè)置真空泵，常壓排氣。由于采用純氧或富氧直接燃燒，采用噴水替代過量空氣控溫，進(jìn)氣量小，壓縮機(jī)的壓縮量小，擺脫了最優(yōu)壓氣比的限制，提高循環(huán)的進(jìn)氣壓力；尾氣中不凝性氣體少，可用真空冷凝降低排氣壓力。該工藝由于進(jìn)氣循環(huán)壓力高、排氣壓力低，提高燃?xì)廨啓C(jī)的膨脹比，從而提高發(fā)電效率。
文檔編號F02C9/48GK101787930SQ20101010267
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者尤彪, 林向陽, 熊兆榮 申請人:北京名都厚德科技有限公司