[實用新型]一種高壓再熱燃氣-蒸汽聯合循環發電系統

有效

• 申請號: 201320858694.3
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN203614227U
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 郭樺;付忠廣;楊天亮;盧可;賈金祥
• 申請（專利權）人: 國電新能源技術研究院
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;F01K23/02
• 代理公司: 北京大成律師事務所 11352
• 代理人: 陳福

技術領域

本實用新型涉及一種燃氣-蒸汽聯合循環發電裝置，特別涉及一種高壓再熱燃氣-蒸汽聯合循環發電系統。

背景技術

傳統的火力發電最常用的蒸汽循環方式是朗肯循環(Rankine?Cycle)，但是基于朗肯循環的發電技術存在發電效率低，燃煤消耗量大，污染嚴重等問題。傳統的蒸汽循環發電方式已無法滿足社會經濟持續發展需要，作為化石能源，煤炭和石油資源的不可再生性以及環境問題的日益嚴峻使研究人員將越來越多的目光投向節能、清潔的發電技術上。燃氣輪機是一種采用布雷頓循環(Brayton?Cycle)，以空氣和燃氣為工質的熱動力設備，燃氣輪機及其聯合循環具有污染低、供電效率高和負荷調整范圍寬等特點，天然氣可以直接應用在燃氣輪機裝置上，而不需要單獨的工質發生設備。世界天然氣資源充足、價格低廉，在國家經濟發展戰略和國際競爭的需求推動下，許多國家都把先進的燃氣輪機技術作為本國科技優先發展領域和關鍵技術研究開發的重點。

世界上著名的一些燃氣輪機制造商已研制成功一系列性能先進的機組。如GE公司9FA，ABB公司的GT26等。這些機組單機功率在200MW以上，燃氣初溫達到1260-1300℃以上，壓比10-30，簡單循環效率為40%左右。為了進一步提高發電設備的效率，使用一種新的發電技術——燃氣-蒸汽聯合循環(GTCC:Gas?Turbine?Combined?Cycle)，將蒸汽輪機朗肯循環與燃氣輪機的布雷頓循環循環結合起來，同時利用了燃氣輪機循環平均吸熱溫度高和蒸汽輪機循環平均放熱溫度低的優點，又克服了兩者的缺點，所以循環效率大大高于單獨的燃氣輪機或蒸汽輪機發電機組。目前，燃氣輪機組成聯合循環后效率超過55%，如9FA組成的聯合循環系統效率可達56.7%，而GT26組成的KA26聯合循環系統效率超過58%。

在F級燃氣輪機為代表的燃氣-蒸汽聯合循環的基礎上，聯合循環效率還有較大幅度提升的空間。而對于GT26系統，其采用了順序燃燒裝置(Sequential?Combustion?Systems)，利用了再熱循環，實現了較高壓比，由一組22級高效亞音速壓氣機將空氣以兩倍于常規燃機壓比的高壓壓入環形環保燃燒室，對燃機設備的工藝要求極高，造價昂貴。

實用新型內容

本實用新型針對現有的以9FA級燃機聯合循環系統為代表的聯合循環發電系統進行改進，在燃氣循環中加入高壓再熱和中間冷卻過程，并針對間冷熱量的利用在蒸汽循環方式上進行了改進，使得該發電系統聯合循環效率比以F級燃氣輪機為主的聯合循環提高3到5個百分點，單機輸出功率提高70%以上，達到800MW級；

為實現以上實用新型目的，本實用新型改造現有的9FA燃機聯合循環，在燃氣輪機原有的簡單布雷頓循環中加入高壓再熱和中間冷卻兩項過程，形成進行復雜布雷頓循環的燃氣輪機系統；將蒸汽循環部分汽水系統進行改進，將間冷器冷卻水熱能在蒸汽循環中回收利用；本實用新型熱力循環和現有的9FA和GT26聯合循環系統對比見圖2，相比現有的系統，本實用新型比功明顯增加，整體循環效率也可獲得一定提升。

本實用新型的技術方案具體為：

（1）本實用新型方法的發電系統，由燃氣輪機子系統和蒸汽輪機子系統組成，燃氣輪機子系統包括中壓系統和高壓系統，中壓系統包括一級壓氣機、中壓燃燒室和中壓燃氣透平，高壓系統包括二級壓氣機、高壓燃燒室和高壓燃氣透平，一級和二級壓氣機之間設有至少一級間冷器；空氣順序通過所述一、二級壓氣機兩級壓縮后，進入高壓燃燒室燃燒加熱，高溫燃氣高壓透平后進入中壓燃燒室，再熱后中壓透平做功；中壓系統排氣口連通蒸汽輪機子系統，排氣在蒸汽輪機子系統回收熱量。

（2）根據（1）所述的發電系統，運行系統時設置空氣一級壓力為1.5-2.4MPa，二級壓力為6-20MPa；設置一級間冷過程，間冷溫度為100-200℃。

（3）根據（2）所述的發電系統，運行時，參數進一步設置為，所述高壓燃氣透平進氣溫度為1000-1500℃，中壓燃氣透平進氣溫度為1200-1500℃。

（4）根據（1）至（3）任一項所述的發電系統，為進一步提高聯合循環效率，將所述間冷器的冷卻水連通蒸汽輪機子系統，在蒸汽循環中回收利用冷卻水冷卻壓縮空氣時交換的熱量。

（5）根據（1）至（4）任一項所述的發電系統，發電過程中進行蒸汽循環的蒸汽輪機子系統使用余熱鍋爐型，包括余熱鍋爐和蒸汽輪機；余熱鍋爐用來回收、轉換和利用燃氣輪機的排氣余熱，通常是汽包、省煤器、蒸發器、過熱器以及集箱等換熱管簇和容器等組成的。