本發(fā)明主要涉及氫燃氣輪機領(lǐng)域，特別是涉及一種基于有機朗肯循環(huán)的氫燃氣輪機尾氣余熱利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

開發(fā)、推廣和應(yīng)用整體化煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(integratedgasificationcombinedcycle，簡稱igcc)技術(shù)，可以實現(xiàn)近零排放的可持續(xù)發(fā)展燃煤發(fā)電。目前，美國、德國、英國和日本等發(fā)達國家均投入巨資進行研究，igcc技術(shù)涉及的工藝和關(guān)鍵技術(shù)均已成為國家能源領(lǐng)域研究開發(fā)的熱點。同時由于燃氣輪機具有運動部件少，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可以燃燒多種燃料，燃料消耗率低，效率高的特點，且大多采用燃氣作為燃料。氫氣因其高熱值、零污染及來源廣泛等特性，成為燃氣輪機理想的替代燃料。氫燃氣輪機中，氫氣與壓縮空氣反應(yīng)，產(chǎn)生高溫混合氣體，通過渦輪對外輸出機械功。

氫燃氣輪機中，氫氣的化學(xué)能通過熱能的形式釋放，并通過渦輪轉(zhuǎn)化成輸出機械功，但仍然有部分化學(xué)能以余熱的形式被排入環(huán)境中。氫燃氣輪機尾氣的溫度約為300℃-500℃，余熱能量約占氫燃氣輪機輸出功率的30％以上，對氫燃氣輪機的效率影響很大?，F(xiàn)有的氫燃氣輪機的尾氣余熱回收技術(shù)主要是采用回?zé)嵫h(huán)，利用尾氣預(yù)熱壓縮空氣，可提高燃氣輪機的部分效率。但是采用回?zé)嵫h(huán)的方式來利用余熱能量，利用效率較低，不能充分回收氫燃氣輪機尾氣余熱。

因此現(xiàn)有技術(shù)亟需一種能提高燃氣輪機尾氣余熱利用的系統(tǒng)，以進一步提高氫燃氣輪機的效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種氫燃氣輪機尾氣余熱利用系統(tǒng)，其能通過基于有機朗肯循環(huán)克服上述設(shè)備的缺點，并可以對氫燃氣輪機尾氣余熱進行回收利用，以進一步提高氫燃氣輪機的效率。

本發(fā)明是通過如下設(shè)備實現(xiàn)的，一種氫燃氣輪機尾氣余熱利用系統(tǒng)，包括：壓氣機、燃燒室、第一渦輪、第二渦輪、有機工質(zhì)蒸發(fā)器、有機工質(zhì)膨脹機、三相發(fā)電機、有機工質(zhì)冷凝器、工質(zhì)循環(huán)泵和閥，所述壓氣機的進口端引入氫氣燃料，所述壓氣機的出口端通過管道與所述燃燒室的進口端連接，所述燃燒室的出口端通過管道與所述第一渦輪進口端連接，所述第一渦輪的出口端通過管道與所述第二渦輪的進口端連接，所述第二渦輪的出口端通過管道與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)連接，對氫燃氣輪機尾氣的余熱進行利用后將尾氣排放到大氣中；所述有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括：所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器的出口端通過管道與所述閥的進口端連接，所述閥的出口端通過管道與所述有機工質(zhì)膨脹機的進口端連接，所述有機工質(zhì)膨脹機直接連接所述三相發(fā)電機，所述有機工質(zhì)膨脹機的出口端通過管道與所述有機工質(zhì)冷凝器的進口端連接，所述有機工質(zhì)冷凝器的出口端通過管道與所述工質(zhì)循環(huán)泵的進口端連接，所述工質(zhì)循環(huán)泵的出口端通過管道連接所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器的進口端，構(gòu)成一個循環(huán)回路。

優(yōu)選地，所述有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中包含一個有機工質(zhì)儲液罐，以便對有機工質(zhì)進行儲存。

優(yōu)選地，所述第二燃氣輪機的尾氣通過熱交換裝置在所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器中與有機工質(zhì)進行熱交換，對有機工質(zhì)進行加熱。

優(yōu)選地，利用所述有機工質(zhì)在所述有機工質(zhì)膨脹機中膨脹做功帶動所述三相發(fā)電機轉(zhuǎn)動并發(fā)電，提高氫燃氣輪機的輸出功率。

優(yōu)選地，所述氫燃氣輪機通過燃燒氫氣，放出大量的熱驅(qū)動所述第一渦輪和第二渦輪做功。

優(yōu)選地，有機工質(zhì)的主要循環(huán)順序如下：所述有機工質(zhì)儲液罐中的有機工質(zhì)在所述工質(zhì)循環(huán)泵的作用下，先后通過所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器、所述有機工質(zhì)膨脹機和所述有機工質(zhì)冷凝器，有機工質(zhì)在所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器中吸收氫燃氣輪機尾氣的余熱，在所述有機工質(zhì)膨脹機中蒸發(fā)后驅(qū)動膨脹機做功并帶動所述三相發(fā)電機輸出電能，做功后的有機工質(zhì)經(jīng)所述有機工質(zhì)冷凝器冷卻后進入所述儲液罐參與下次循環(huán)。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明將氫燃氣輪機尾氣中的余熱轉(zhuǎn)化為高品位電能，提高氫燃氣輪機的輸出功率，顯著提高氫燃氣輪機系統(tǒng)的效率、降低系統(tǒng)成本，同時可降低煙氣的排放溫度，減少熱污染，達到節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)的目的，進而可以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

附圖說明

附圖1本發(fā)明基于有機朗肯循環(huán)的氫燃氣輪機尾氣余熱利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

在本發(fā)明一寬泛實施例中：一種氫燃氣輪機尾氣余熱利用系統(tǒng)，包括：壓氣機、燃燒室、第一渦輪、第二渦輪、有機工質(zhì)膨脹機、三相發(fā)電機、有機工質(zhì)蒸發(fā)器、有機工質(zhì)冷凝器、工質(zhì)循環(huán)泵和閥，所述壓氣機的進口端引入氫氣燃料，所述壓氣機的出口端通過管道與所述燃燒室的進口端連接，所述燃燒室的出口端通過管道與所述第一渦輪進口端連接，所述第一渦輪的出口端通過管道與所述第二渦輪的進口端連接，所述第二渦輪的出口端通過管道與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)連接，對氫燃氣輪機尾氣的余熱進行利用后將尾氣排放到大氣中；所述有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括：所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器的出口端通過管道與所述閥的進口端連接，所述閥的出口端通過管道與所述有機工質(zhì)膨脹機的進口端連接，所述有機工質(zhì)膨脹機直接連接所述三相發(fā)電機，所述有機工質(zhì)膨脹機的出口端通過管道與所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器的進口端連接，所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器的出口端通過管道與所述工質(zhì)循環(huán)泵的進口端連接，所述工質(zhì)循環(huán)泵的出口端通過管道連接所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器的進口端，構(gòu)成一個循環(huán)回路。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明將氫燃氣輪機尾氣中的余熱轉(zhuǎn)化為高品位電能，提高氫燃氣輪機的輸出功率，顯著提高氫燃氣輪機系統(tǒng)的效率、降低系統(tǒng)成本，同時可降低煙氣的排放溫度，減少熱污染，達到節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)的目的，進而可以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

下面結(jié)合圖1所示，對本發(fā)明進行詳細的描述。

一種氫燃氣輪機尾氣余熱利用系統(tǒng)，包括：壓氣機1、燃燒室2、第一渦輪3、第二渦輪4、有機工質(zhì)蒸發(fā)器5、有機工質(zhì)膨脹機6、三相發(fā)電機7、有機工質(zhì)冷凝器8、工質(zhì)循環(huán)泵9和閥10，所述壓氣機1的進口端引入氫氣燃料，所述壓氣機1的出口端通過管道與所述燃燒室2的進口端連接，所述燃燒室2的出口端通過管道與所述第一渦輪3進口端連接，所述第一渦輪3的出口端通過管道與所述第二渦輪4的進口端連接，所述第二渦輪4的出口端通過管道與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)連接，對氫燃氣輪機尾氣的余熱進行利用后將尾氣排放到大氣中；所述有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括：所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器5的出口端通過管道與所述閥10的進口端連接，所述閥10的出口端通過管道與所述有機工質(zhì)膨脹機6的進口端連接，所述有機工質(zhì)膨脹機6直接連接所述三相發(fā)電機7，所述有機工質(zhì)膨脹機6的出口端通過管道與所述有機工質(zhì)冷凝器8的進口端連接，所述有機工質(zhì)冷凝器8的出口端通過管道與所述工質(zhì)循環(huán)泵9的進口端連接，所述工質(zhì)循環(huán)泵9的出口端通過管道連接所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器5的進口端，構(gòu)成一個循環(huán)回路。

所述有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中包含一個有機工質(zhì)儲液罐，以便對有機工質(zhì)進行儲存。

所述第二燃氣輪機4的尾氣通過熱交換裝置在所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器5中與有機工質(zhì)進行熱交換，對有機工質(zhì)進行加熱。

利用有機工質(zhì)在所述有機工質(zhì)膨脹機6中膨脹做功帶動所述三相發(fā)電機7轉(zhuǎn)動并發(fā)電，提高氫燃氣輪機的輸出功率。

所述氫燃氣輪機通過燃燒氫氣，放出大量的熱驅(qū)動所述第一渦輪3和第二渦輪4做功。

有機工質(zhì)的主要循環(huán)順序如下：所述有機工質(zhì)儲液罐中的有機工質(zhì)在所述工質(zhì)循環(huán)泵9的作用下，先后通過所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器5、所述有機工質(zhì)膨脹機6和所述有機工質(zhì)冷凝器8，有機工質(zhì)在所述有機工質(zhì)蒸發(fā)器5中吸收氫燃氣輪機尾氣的余熱，在所述有機工質(zhì)膨脹機6中膨脹后驅(qū)動膨脹機做功并帶動所述三相發(fā)電機7輸出電能，做功后的有機工質(zhì)經(jīng)所述有機工質(zhì)冷凝器8冷卻后進入所述儲液罐參與下次循環(huán)。

氫燃氣輪機系統(tǒng)工作過程中，燃燒室2內(nèi)的氫氣與空氣燃燒產(chǎn)生高溫混合氣體，經(jīng)兩級(第一渦輪3、第二渦輪4)膨脹做功，高溫尾氣通過有機朗肯循環(huán)的有機工質(zhì)蒸發(fā)器5將余熱傳遞給有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的有機工質(zhì)，隨后排入大氣；液態(tài)有機工質(zhì)在工質(zhì)循環(huán)泵9的驅(qū)動下，流經(jīng)有機工質(zhì)膨脹機6用氫燃氣輪機尾氣余熱將有機工質(zhì)蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)后驅(qū)動膨脹機三相發(fā)電機7做功，最后有機工質(zhì)經(jīng)冷凝器8變?yōu)橐簯B(tài)回到儲液罐，參與下次循環(huán)。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。