[發(fā)明專利]通用燃料復(fù)合循環(huán)熱力發(fā)電裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310698096.9
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103644003A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪禹
• 申請（專利權(quán)）人: 汪禹
• 主分類號: F01K11/02
• 分類號: F01K11/02;F01D15/10;F23J15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源領(lǐng)域中的熱力發(fā)電技術(shù)，適于直接燃用固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)中的任何一種燃料，大大提高發(fā)電熱效率，顯著增強(qiáng)節(jié)能減排效果。

背景技術(shù)

現(xiàn)代火力發(fā)電廠無論采用何種燃料，其技術(shù)路徑不外乎兩種：一種是鍋爐／蒸汽輪機(jī)的水—蒸汽循環(huán)，另一種是燃機(jī)／余熱鍋爐／蒸汽輪機(jī)的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)。前一種技術(shù)路徑適于燃用固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)中的任何一種燃料，燃料適應(yīng)性廣，通常燃用廉價燃料，多用于燃煤電廠或生物質(zhì)電廠，造價低，但發(fā)電熱效率也低；要提高發(fā)電熱效率就必須采用高參數(shù)，目前大型機(jī)組已采用超超臨界蒸汽參數(shù)(600℃／300bar)，發(fā)電熱效率可達(dá)44—46％，但造價也隨著提高。后一種技術(shù)路徑僅適于燃用液態(tài)或氣態(tài)燃料，燃料的適應(yīng)性窄，通常燃用高價燃料，多用于燃油或燃?xì)怆姀S，造價高，發(fā)電熱效率也高，一般可達(dá)50％以上，但過高的燃油價格和天然氣價格導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性大打折扣。發(fā)電熱效率高意味著生產(chǎn)單位電能的燃料消耗少，對環(huán)境排放也少，有利于節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)。目前燃用固態(tài)廉價燃料的電廠參數(shù)達(dá)到超超臨界后已無法再進(jìn)一步提高，46％的發(fā)電熱效率已成為封頂，若要再提高效率也只能采用燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的技術(shù)路徑，但在當(dāng)前的技術(shù)條件下燃?xì)廨啓C(jī)還無法直接燃用固態(tài)燃料。

目前世界上解決這一問題的方法是將固態(tài)燃料進(jìn)行氣化或液化，以適應(yīng)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電廠使用，但固態(tài)燃料的氣化或液化要花費(fèi)高昂的代價，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性大大降低，投資商只能依靠電價補(bǔ)貼過日子。

以上背景技術(shù)可參考現(xiàn)代火力發(fā)電技術(shù)等書籍和文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

當(dāng)前進(jìn)一步提高發(fā)電熱效率和經(jīng)濟(jì)性的熱力發(fā)電技術(shù)需要解決燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組直接燃用固態(tài)廉價燃料或普通火力發(fā)電機(jī)組進(jìn)一步提高熱力循環(huán)效率的問題。

本發(fā)明描述了通用燃料復(fù)合循環(huán)熱力發(fā)電裝置及其生產(chǎn)方法。該裝置主要由壓氣機(jī)、熱氣透平發(fā)電機(jī)、復(fù)合鍋爐、煙氣凈化設(shè)備、引風(fēng)機(jī)、煙囪、蒸汽輪發(fā)電機(jī)和冷凝器所組成。復(fù)合鍋爐由燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室(從燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備中分離出來)和余熱鍋爐復(fù)合而成，既具有普通電廠鍋爐的燃燒特性，又具有余熱鍋爐回收燃?xì)廨啓C(jī)排熱的特性，適用固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的任何一種燃料。熱氣透平發(fā)電機(jī)排出的中溫空氣進(jìn)入復(fù)合鍋爐中加入燃料混合燃燒，對來自壓氣機(jī)的壓縮空氣和鍋爐給水進(jìn)行加熱。這里采用表面式換熱，壓縮空氣和鍋爐給水在各自的受熱面管內(nèi)流動，分別產(chǎn)生高溫壓縮空氣和高溫高壓過熱蒸汽。高溫壓縮空氣被輸至熱氣透平發(fā)電機(jī)做功發(fā)電，過熱蒸汽被輸至蒸汽輪發(fā)電機(jī)做功發(fā)電。復(fù)合鍋爐排出的煙氣經(jīng)煙氣凈化設(shè)備凈化后由引風(fēng)機(jī)輸送至煙囪排出，這里的煙氣凈化設(shè)備包括除塵器、脫硫和脫硝設(shè)備。蒸汽輪發(fā)電機(jī)排出的乏汽進(jìn)入冷凝器回收凝結(jié)水。介質(zhì)在工作中同時完成由熱氣循環(huán)(空氣→壓氣機(jī)→復(fù)合鍋爐壓縮空氣受熱面→熱氣透平→復(fù)合鍋爐爐膛煙道→煙氣凈化設(shè)備→引風(fēng)機(jī)→排放)和水汽循環(huán)(水→除氧加熱系統(tǒng)→給水系統(tǒng)→復(fù)合鍋爐省煤器→復(fù)合鍋爐蒸發(fā)器→復(fù)合鍋爐過熱器→蒸汽輪機(jī)→冷凝器→水)復(fù)合而成的熱力循環(huán)。這種熱力循環(huán)不妨稱之為熱氣—蒸汽復(fù)合循環(huán)，它區(qū)別于現(xiàn)有燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)：現(xiàn)有燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)是由燃?xì)庋h(huán)和水汽循環(huán)串聯(lián)而成，燃?xì)庋h(huán)處在高溫段，水汽循環(huán)則處在相對低溫段；然而熱氣—蒸汽復(fù)合循環(huán)是由熱氣循環(huán)和水汽循環(huán)并聯(lián)而成，共處于高、中、低溫段，同時又回收了熱氣循環(huán)的排放熱能，減少了冷源損失；兩種熱力循環(huán)具有同工異曲之效，大大提高了熱能至機(jī)械能的轉(zhuǎn)換效率。顯然，復(fù)合循環(huán)最大的優(yōu)勢是燃燒產(chǎn)物不進(jìn)入熱氣透平，從而對燃料的適應(yīng)性更廣，可以直接燃用固態(tài)廉價燃料(比如煤炭或生物質(zhì))而不會對透平機(jī)械產(chǎn)生任何不良影響。客觀地說，高溫壓縮空氣是通過表面式加熱獲得的溫度，難以達(dá)到高溫燃?xì)饣旌鲜饺紵@得的溫度，因而熱氣循環(huán)的熱效率可能沒有燃?xì)庋h(huán)的熱效率高，但是，熱氣—蒸汽復(fù)合循環(huán)中的主蒸汽可獲得更高的溫度和壓力，故其總的熱效率可不低于燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱效率。可見復(fù)合循環(huán)熱效率高是必然的。另外，蒸汽輪發(fā)電機(jī)的汽缸設(shè)有中間抽汽，向外供熱，形成熱電聯(lián)產(chǎn)，還可進(jìn)一步提高效率。

壓氣機(jī)可以與熱氣透平發(fā)電機(jī)同軸，由熱氣透平發(fā)電機(jī)提供動力，也可以分開獨(dú)立設(shè)置，另配動力，由其它原動機(jī)(譬如電動機(jī))作為驅(qū)動設(shè)備。顯然，壓氣機(jī)分開設(shè)置給系統(tǒng)布置帶來便利，可縮短壓縮空氣管路的長度，從而減少流動阻力和造價。

通用燃料復(fù)合循環(huán)熱力發(fā)電裝置的運(yùn)行控制與現(xiàn)有熱力循環(huán)機(jī)組的不同之處在于負(fù)荷控制。現(xiàn)有熱力循環(huán)機(jī)組在變負(fù)荷時，首先改變?nèi)剂狭浚缓笫秋L(fēng)量和給水量跟進(jìn)；而復(fù)合循環(huán)機(jī)組變負(fù)荷時則是首先改變壓氣機(jī)的氣量，然后是燃料量和給水量跟進(jìn)。