一種雙燃料注蒸汽正逆燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雙燃料注蒸汽正逆燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙?簡(jiǎn)稱透平)組成。壓氣機(jī)連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮。壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，隨即流入透平中膨脹作功，推動(dòng)透平葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)，余功作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出機(jī)械功并可產(chǎn)生電力。透平進(jìn)口前的燃?xì)鉁囟确Q為燃?xì)獬鯗?。為充分利用燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱，一般在燃?xì)廨啓C(jī)后部設(shè)置余熱鍋爐，用于產(chǎn)生蒸汽并在汽輪機(jī)中做功，由此即構(gòu)成了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)。
[0003]當(dāng)將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽回注到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，同燃?xì)饣旌霞訜?、膨脹做功，即?gòu)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(diǎn)和優(yōu)勢(shì)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(guò)程氮氧化物的生成，污染物排放降低；省去了蒸汽輪機(jī)及冷凝器等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)下降；當(dāng)將余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽對(duì)外供熱時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，且熱電調(diào)節(jié)范圍大；啟動(dòng)關(guān)?？焖伲僮骱?jiǎn)單、易維護(hù)；部分負(fù)荷性能好、對(duì)負(fù)荷的快速跟蹤能力強(qiáng)；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(shí)時(shí)補(bǔ)充新水，需要消耗大量水，要達(dá)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(chǎn)生的排氣阻力。此時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)是正向(熱機(jī))循環(huán)。當(dāng)將燃?xì)廨啓C(jī)透平排出的煙氣的壓力故意設(shè)置為大氣壓力以下，之后再跟隨一個(gè)煙氣的等壓冷卻過(guò)程及一個(gè)壓縮過(guò)程時(shí)，由上部的燃?xì)廨啓C(jī)正向循環(huán)和逆壓縮過(guò)程即構(gòu)成了所謂的正逆燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)。由于煙氣再壓縮前的等壓冷卻過(guò)程的存在，煙氣中的水份凝結(jié)，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(yuǎn)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(gè)聯(lián)合循環(huán)效率較單純的正向循環(huán)提高約I?2個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)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(shí)，煙氣中凝結(jié)的水亦可補(bǔ)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(zhì)燃料的能源利用一般有燃燒、氣化兩種方式。氣化產(chǎn)生的氣體可直接在燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)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(gè)氣化發(fā)電系統(tǒng)投資大、效率低的問(wèn)題。比如，對(duì)生物質(zhì)而言，目前已存在建設(shè)MW級(jí)生物質(zhì)氣化發(fā)電項(xiàng)目的能力，但系統(tǒng)供電效率僅為15%左右，且氣化技術(shù)對(duì)各種類型生物質(zhì)的適用性不強(qiáng)。在生物質(zhì)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(yīng)性廣、燃燒效率高、環(huán)保性能突出(得益于相對(duì)低溫的燃燒、分級(jí)送風(fēng)和爐內(nèi)脫硫等措施)、調(diào)峰能力強(qiáng)、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高等特點(diǎn)而具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是，受制于生物質(zhì)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(zhì)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)也存在發(fā)電效率低下的缺點(diǎn)。目前，最大的生物質(zhì)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(guò)32%。
[0006]將生物質(zhì)燃燒與高效潔凈的燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)合起來(lái)，是生物質(zhì)利用的一個(gè)新途徑。其中，研宄的重點(diǎn)是生物質(zhì)外燃式燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，其集成方式一般為:燃?xì)廨啓C(jī)透平排氣進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐，在生物質(zhì)鍋爐中生物質(zhì)和燃?xì)廨啓C(jī)排氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入一個(gè)高溫氣-氣換熱器，加熱燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)中從壓氣機(jī)中排出將進(jìn)入燃燒室的空氣，實(shí)質(zhì)是以生物質(zhì)代替燃?xì)廨啓C(jī)原來(lái)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(dǎo)致在目前的技術(shù)水平下，外燃式燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的供電效率也不會(huì)超過(guò)32%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種可大幅提高生物質(zhì)燃料的能源利用效率的雙燃料注蒸汽正逆燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)，并實(shí)現(xiàn)循環(huán)中注蒸汽耗水和回收水的自平衡。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的雙燃料注蒸汽正逆燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)，包括:
[0009]空氣由壓氣機(jī)的空氣輸入端進(jìn)入；
[0010]壓氣機(jī)的輸出端與燃?xì)饣責(zé)崞鞯目諝廨斎攵撕屯钙降睦鋮s空氣輸入端相連；
[0011]燃?xì)饣責(zé)崞鞯目諝廨敵龆伺c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(jìn)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?xì)饣責(zé)崞鞯臒煔廨斎攵讼噙B；
[0015]燃?xì)饣責(zé)崞鞯臒煔廨敵龆伺c過(guò)熱器的煙氣輸入端相連；
[0016]過(guò)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(fù)熱器的熱煙氣輸入端相連，冷凝水從煙氣復(fù)熱器中
Q山寸出；
[0019]煙氣復(fù)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(dǎo)出；
[0020]煙氣冷卻器的煙氣輸出端與排氣壓縮機(jī)的煙氣輸入端相連；
[0021]排氣壓縮機(jī)的煙氣輸出端與煙氣復(fù)熱器的冷煙氣輸入端相連，經(jīng)加熱的冷煙氣從煙氣復(fù)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(jìn)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(guò)熱器的飽和蒸汽輸出端相連；
[0025]過(guò)熱器的過(guò)熱蒸汽輸出端與燃燒室的過(guò)熱蒸汽輸入端相連；
[0026]由依次相連的過(guò)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(zhì)燃料由鍋爐的燃料輸入端進(jìn)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(yù)熱器的煙氣輸入端相連，由鍋爐空氣預(yù)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(yù)熱器的空氣輸入端進(jìn)入；
[0031]鍋爐空氣預(yù)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(jī)和排氣壓縮機(jī)的壓縮功之后的余功推動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[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(fù)熱器、煙氣冷卻器均設(shè)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(shè)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(guò)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(jī)的煙氣輸入端之間設(shè)有水滴過(guò)濾器，煙氣冷卻器的煙氣輸出端通過(guò)水滴過(guò)濾器后與排氣壓縮機(jī)的煙氣輸入端相連。
[0037]其中，從過(guò)熱器中產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽弓I入燃燒室，用于對(duì)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(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0042]I)由于注蒸汽循環(huán)、燃?xì)饣責(zé)?、正逆循環(huán)耦合等措施的綜合采用，燃?xì)廨啓C(jī)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(shù)水平完全可以實(shí)現(xiàn)，從而將外燃方法和高效燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使得生物質(zhì)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(shí)現(xiàn)注蒸汽耗水和回收水的自平衡。
[0045]4)由于生物質(zhì)燃料燃燒所需要的空氣不依賴于燃?xì)廨啓C(jī)排氣，生物質(zhì)燃料與清潔燃料的比例在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可在較大的范圍內(nèi)變化，以應(yīng)對(duì)不同的燃料供應(yīng)條件。計(jì)算表明，生物質(zhì)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(gè)比值越低，生物質(zhì)的折合發(fā)電效率就越高。
[0046]總之，本發(fā)明利用能的梯級(jí)利用原理，可大幅提