一種雙燃料注蒸汽正逆燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣輪機技術領域，特別是一種雙燃料注蒸汽正逆燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)。
【背景技術】
[0002]簡單循環(huán)燃氣輪機由壓氣機、燃燒室和燃氣透平(簡稱透平)組成。壓氣機連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮。壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃氣，隨即流入透平中膨脹作功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉，余功作為燃氣輪機的輸出機械功并可產生電力。透平進口前的燃氣溫度稱為燃氣初溫。為充分利用燃氣輪機的排氣余熱，一般在燃氣輪機后部設置余熱鍋爐，用于產生蒸汽并在汽輪機中做功，由此即構成了燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)。
[0003]當將鍋爐產生的蒸汽回注到燃氣輪機的燃燒室，同燃氣混合加熱、膨脹做功，即構成注蒸汽循環(huán)。同聯(lián)合循環(huán)相比，注蒸汽循環(huán)的特點和優(yōu)勢亦十分突出:注蒸汽循環(huán)的效率稍低，但比功高；由于蒸汽回注抑制了燃燒過程氮氧化物的生成，污染物排放降低；省去了蒸汽輪機及冷凝器等，系統(tǒng)結構簡單，造價下降；當將余熱鍋爐產生的蒸汽對外供熱時，即可實現(xiàn)熱電聯(lián)供，且熱電調節(jié)范圍大；啟動關?？焖?，操作簡單、易維護；部分負荷性能好、對負荷的快速跟蹤能力強；占地面積小。另一方面，由于空氣加濕，水(蒸汽)跟隨排煙一同被排到大氣，而系統(tǒng)需要時時補充新水，需要消耗大量水，要達到回收水與耗水自平衡的投入大，難度高。這在一定程度上阻礙了注蒸汽循環(huán)的發(fā)展。
[0004]一般情況下，從透平排出的煙氣的壓力只稍高于大氣壓力，其中高出部分僅用于克服后部余熱回收裝置等部件產生的排氣阻力。此時，燃氣輪機循環(huán)是正向(熱機)循環(huán)。當將燃氣輪機透平排出的煙氣的壓力故意設置為大氣壓力以下，之后再跟隨一個煙氣的等壓冷卻過程及一個壓縮過程時，由上部的燃氣輪機正向循環(huán)和逆壓縮過程即構成了所謂的正逆燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)。由于煙氣再壓縮前的等壓冷卻過程的存在，煙氣中的水份凝結，煙氣流量下降，煙氣從低于大氣壓再壓縮到大氣壓的耗功遠小于煙氣在透平中從大氣壓膨脹到低于大氣壓的膨脹功；由于存在逆循環(huán)，循環(huán)的優(yōu)化壓比下降；由于壓比下降，燃料的壓縮功減少。由于這些因素的存在，同等條件下，可使得整個聯(lián)合循環(huán)效率較單純的正向循環(huán)提高約I?2個百分點，對煙氣中蒸汽含量高的循環(huán)，如各類注水循環(huán)、注蒸汽循環(huán)等尤其有效。同時，煙氣中凝結的水亦可補充于循環(huán)，大大克服需消耗水的循環(huán)的天然缺陷。
[0005]生物質燃料的能源利用一般有燃燒、氣化兩種方式。氣化產生的氣體可直接在燃氣輪機或內燃機的燃燒室中使用，但目前尚存在氣化后的氣體凈化困難，整個氣化發(fā)電系統(tǒng)投資大、效率低的問題。比如，對生物質而言，目前已存在建設MW級生物質氣化發(fā)電項目的能力，但系統(tǒng)供電效率僅為15%左右，且氣化技術對各種類型生物質的適用性不強。在生物質燃料的燃燒利用方式方面，流化床或循環(huán)流化床鍋爐由于燃料適應性廣、燃燒效率高、環(huán)保性能突出(得益于相對低溫的燃燒、分級送風和爐內脫硫等措施)、調峰能力強、運行經(jīng)濟性高等特點而具有獨特的優(yōu)勢。但是，受制于生物質燃料特性、燃燒溫度，以及受制于收集半徑等因素的較小系統(tǒng)規(guī)模，以循環(huán)流化床鍋爐為核心的生物質蒸汽發(fā)電系統(tǒng)也存在發(fā)電效率低下的缺點。目前，最大的生物質循環(huán)流化床燃燒發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模約為130t/h，其供電效率不超過32%。
[0006]將生物質燃燒與高效潔凈的燃氣輪機結合起來，是生物質利用的一個新途徑。其中，研宄的重點是生物質外燃式燃氣輪機循環(huán)，其集成方式一般為:燃氣輪機透平排氣進入生物質鍋爐，在生物質鍋爐中生物質和燃氣輪機排氣燃燒產生的高溫煙氣進入一個高溫氣-氣換熱器，加熱燃氣輪機循環(huán)中從壓氣機中排出將進入燃燒室的空氣，實質是以生物質代替燃氣輪機原來的清潔燃料。但是，受限于高溫氣-氣換熱器的材料，經(jīng)加熱后的換熱器空氣出口溫度一般不能超900 °C，導致在目前的技術水平下，外燃式燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的供電效率也不會超過32%。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種可大幅提高生物質燃料的能源利用效率的雙燃料注蒸汽正逆燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)，并實現(xiàn)循環(huán)中注蒸汽耗水和回收水的自平衡。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的雙燃料注蒸汽正逆燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)，包括:
[0009]空氣由壓氣機的空氣輸入端進入；
[0010]壓氣機的輸出端與燃氣回熱器的空氣輸入端和透平的冷卻空氣輸入端相連；
[0011]燃氣回熱器的空氣輸出端與鍋爐氣-氣換熱器的空氣輸入端相連；
[0012]鍋爐氣-氣換熱器的空氣輸出端與燃燒室的空氣輸入端相連，用于加熱空氣的清潔燃料由燃燒室的燃料輸入端進入；
[0013]燃燒室的煙氣輸出端與透平的煙氣輸入端相連；
[0014]透平的煙氣輸出端與燃氣回熱器的煙氣輸入端相連；
[0015]燃氣回熱器的煙氣輸出端與過熱器的煙氣輸入端相連；
[0016]過熱器的煙氣輸出端與蒸發(fā)器的煙氣輸入端相連；
[0017]蒸發(fā)器的煙氣輸出端與省煤器的煙氣輸入端相連；
[0018]省煤器的煙氣輸出端與煙氣復熱器的熱煙氣輸入端相連，冷凝水從煙氣復熱器中
Q山寸出；
[0019]煙氣復熱器的熱煙氣輸出端與煙氣冷卻器的煙氣輸入端相連，冷凝水從煙氣冷卻器中導出；
[0020]煙氣冷卻器的煙氣輸出端與排氣壓縮機的煙氣輸入端相連；
[0021]排氣壓縮機的煙氣輸出端與煙氣復熱器的冷煙氣輸入端相連，經(jīng)加熱的冷煙氣從煙氣復熱器的冷煙氣排出端排出排空；
[0022]余熱鍋爐給水由省煤器的水輸入端進入；
[0023]省煤器的水輸出端與蒸發(fā)器的水輸入端相連；
[0024]蒸發(fā)器的飽和蒸汽輸出端入過熱器的飽和蒸汽輸出端相連；
[0025]過熱器的過熱蒸汽輸出端與燃燒室的過熱蒸汽輸入端相連；
[0026]由依次相連的過熱器、蒸發(fā)器、省煤器組成余熱鍋爐；
[0027]用于加熱空氣的生物質燃料由鍋爐的燃料輸入端進入；
[0028]鍋爐的煙氣輸出端與鍋爐氣-氣換熱器的煙氣輸入端相連；
[0029]鍋爐氣-氣換熱器的煙氣輸出端與鍋爐空氣預熱器的煙氣輸入端相連，由鍋爐空氣預熱器的煙氣輸出端輸出的煙氣排空；
[0030]鍋爐燃燒所需的空氣由鍋爐空氣預熱器的空氣輸入端進入；
[0031]鍋爐空氣預熱器的空氣輸出端與鍋爐的空氣輸入端相連；
[0032]透平的膨脹功扣除壓氣機和排氣壓縮機的壓縮功之后的余功推動發(fā)電機運轉。
[0033]其中，透平出口的煙氣低于大氣壓力，為0.1?0.95bar。
[0034]其中，煙氣復熱器、煙氣冷卻器均設有冷凝水回收裝置，回收的冷凝水經(jīng)處理后可用作余熱鍋爐的給水。
[0035]其中，煙氣冷卻器設有冷卻水冷卻器，冷卻水冷卻器的水輸入端與煙氣冷卻器的水輸出端連接，冷卻水冷卻器的水輸出端通過水泵與煙氣冷卻器的水輸入端連接。
[0036]其中，煙氣冷卻器的煙氣輸出端與排氣壓縮機的煙氣輸入端之間設有水滴過濾器，煙氣冷卻器的煙氣輸出端通過水滴過濾器后與排氣壓縮機的煙氣輸入端相連。
[0037]其中，從過熱器中產生的過熱蒸汽弓I入燃燒室，用于對外供熱。
[0038]其中，鍋爐是指燃料和空氣在其中絕熱燃燒且其中不布置水冷壁的流化床或循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐的爐膛溫度為650-850°C。
[0039]其中，流化床或循環(huán)流化床鍋爐中添加有脫硫劑。
[0040]其中，清潔燃料包括天然氣、合成氣、液化石油氣、各類蒸餾油、甲醇、乙醇中的一種或幾種。
[0041]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0042]I)由于注蒸汽循環(huán)、燃氣回熱、正逆循環(huán)耦合等措施的綜合采用，燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)效率大幅提尚，排放降低；
[0043]2)鍋爐氣-氣加熱器的鍋爐煙氣入口溫度最高為850°C，現(xiàn)有技術水平完全可以實現(xiàn)，從而將外燃方法和高效燃氣輪機循環(huán)有機結合起來，使得生物質的折合發(fā)電效率大巾畐提尚;
[0044]3)透平出口氣體經(jīng)冷卻，大量水凝出，可實現(xiàn)注蒸汽耗水和回收水的自平衡。
[0045]4)由于生物質燃料燃燒所需要的空氣不依賴于燃氣輪機排氣，生物質燃料與清潔燃料的比例在系統(tǒng)設計時可在較大的范圍內變化，以應對不同的燃料供應條件。計算表明，生物質燃料與清潔燃料兩種燃料燃燒釋放的熱量比約可在I至0.1間變化，且這個比值越低，生物質的折合發(fā)電效率就越高。
[0046]總之，本發(fā)明利用能的梯級利用原理，可大幅提