CN104131849A - 天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电***及方法 - Google Patents

天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于燃气与煤的联合循环发电技术领域的一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电***及方法。该***主要由压气机、天然气燃烧室、燃煤锅炉、蒸汽透平以及燃气透平、回热加热器、凝结水泵、给水泵、凝汽器、除氧器、发电机、分离器组成。本发明以天然气燃烧室代替传统燃煤电厂的再热过程，有效地减少了传统联合循环的排烟损失和换热损失；以燃气透平的高温排汽先后预热蒸汽透平排汽和锅炉给水，实现了能量的阶梯利用；使用煤和天然气的双燃料***以及纯氧燃烧技术，使能量的转化更为高效。

Description

天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电***及方法
技术领域
本发明属于燃气与煤的联合循环发电技术领域，特别涉及一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电***及方法。
背景技术
我国能源结构决定了以煤电为主的发电格局，而且在我国的煤炭消耗中，电煤的消耗量占到了煤炭总产量的一半以上。是针对我国面临的能源需求增长、环境污染严重等一系列问题，人们迫切需要新的洁净能源以及更高效的***,达到缓解能源需求压力，减少污染物与温室气体排放的目的。
在众多新能源中,天然气是优质高效的清洁能源，二氧化碳和氮氧化物的排放仅为煤炭的一半和五分之一左右，二氧化硫的排放几乎为零。近年来我国倡导的自主、创新科学研究在天然气的净化与储存方面取得了突破性进展，为大力发展天然气燃料提供了技术可能性。目前，以燃气透平为核心的燃气-蒸汽联合循环***在技术上和商业应用上都取得了重大成果,但循环所带来的烟气散热损失仍旧没有办法解决。天然气燃料与燃煤锅炉联合循环以燃气-蒸汽联合循环为基础,在动力设备方面,可以通过对现有的燃气透平设备稍加改装,来适应天然气燃料，在循环效率和排放物污染问题上取得了重大突破。
本发明采用以天然气为燃料的燃气透平发电***和传统再热燃煤发电***相耦合,通过选择合适的参数和相关设备，进而组合成完整的混合式天然气-蒸汽联合循环发电***。
发明内容
本发明的目的是提出一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电***及方法，其特征在于，所述联合循环发电***是天然气-氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电***，由燃煤锅炉1、高压蒸汽透平2、再热预热器3、天然气压气机4、氧气压气机5、天然气燃烧室6、高压燃气透平7、给水预热器8、低压蒸汽透平9、凝汽器10、除氧器11、分离器12、凝结水泵13、给水泵14和发电机15组成；其中，天然气压气机4、氧气压气机5分别与天然气燃烧室6连接，天然气燃烧室6与高压燃气透平7连接；燃煤锅炉1与高压蒸汽透平2、高压燃气透平7、低压蒸汽透平9、凝汽器10、除氧器11、分离器12、凝结水泵13、给水预热器8和给水泵14串联成回路；再热预热器3分别连接高压蒸汽透平2、给水预热器8、高压燃气透平7、天然气燃烧室6及氧气压气机5；给水预热器8再与低压蒸汽透平9连接，低压蒸汽透平9连接发电机15。
一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，其特征在于，给水经燃煤锅炉1加热后产生蒸汽进入高压蒸汽透平2做功，高压蒸汽透平2排汽经再热预热器3吸热后，分成两股进入天然气燃烧室6，一股蒸汽与从氧气压气机5出口的氧气混合，以控制反应速率，另一股直接进入天然气燃烧器(6)内与燃烧产物混合，天然气燃烧室6出口的高温燃气进入高压燃气透平7，排汽经再热预热器3、给水预热器8放热后进入低压蒸汽透平9；；低压蒸汽透平9带动发电机15发电；在回热***侧，低压蒸汽透平9排汽经凝汽器10冷凝后进入除氧器11，之后依次经由分离器12、凝结水泵13、回热加热器8、给水泵14返回燃煤锅炉1，从而实现天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环***的发电过程。
本发明的有益效果有
1.本发明通对天然气燃烧室对蒸汽透平排汽进行混合式再热,取消了常规联合循环中燃气透平排气放热与蒸汽吸热过程，提高了排气的利用率；同时在主汽压力为30MPa，燃烧室出口温度为1300℃的条件下采用再热***使***的效率达到了56％以上。
2.本发明充分利用燃气透平的高温排汽，使其先后对高压蒸汽透平排气和锅炉给水进行加热，符合能量的“温度对口，梯级利用”原则，提高了循环的效率。
3.本发明基于现有的传统燃气—蒸汽联合循环，充分利用传统燃气—蒸汽联合循环现有的设备，在传统再热发电***的基础上，采用天然气和煤双燃料***以及纯氧燃烧技术，使能量的转换更加高效。
附图说明
图1为一种混合式天然气-蒸汽联合循环发电***结构的示意图。
图示1-燃煤锅炉2-高压蒸汽透平3-再热预热器4-天然气压气机5-氧气压气机6-天然气燃烧室7-高压燃气透平8-给水预热器9-低压蒸汽透平10-凝汽器11-除氧器12-分离器13-凝结水泵14-给水泵15-发电机
具体实施方式
本发明提出一种天然气-纯氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电***，下面结合附图和具体实施方式予以进一步说明。
图1所示为天然气-纯氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电***。该***由燃煤锅炉1、高压蒸汽透平2、再热预热器3、天然气压气机4、氧气压气机5、天然气燃烧室6、高压燃气透平7、给水预热器8、低压蒸汽透平9、凝汽器10、除氧器11、分离器12、凝结水泵13、给水泵14和发电机15组成；其中，天然气压气机4、氧气压气机5分别与天然气燃烧室6连接，天然气燃烧室6与高压燃气透平7连接；燃煤锅炉1与高压蒸汽透平2、高压燃气透平7、低压蒸汽透平9、凝汽器10、除氧器11、分离器12、凝结水泵13、给水预热器8和给水泵14串联成回路；再热预热器3分别连接高压蒸汽透平2、给水预热器8、高压燃气透平7、天然气燃烧室6及氧气压气机5；给水预热器8再与低压蒸汽透平9连接，低压蒸汽透平9连接发电机15。
本发明的天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，给水经燃煤锅炉1加热后产生566-600℃，24.6-30MPa的蒸汽进入高压蒸汽透平2做功，蒸汽参数变为300-370℃，6.5-8.0MPa高压蒸汽透平2排出300-370℃，6.5-8.0MPa蒸汽，经再热预热器3吸热后，分成两股进入天然气燃烧室6，一股蒸汽与从氧气压气机5出口的氧气混合，以控制反应速率，另一股直接进入天然气燃烧器6内与燃烧产物混合，，天然气燃烧室6出口的高温燃气进入高压燃气透平7，排汽经再热预热器3，给水预热器8放热后再进入低压蒸汽透平9；蒸汽温度提高到750℃，低压蒸汽透平9带动发电机15发电；在回热***侧，低压蒸汽透平9排汽经凝汽器10冷凝后进入除氧器11，之后依次经由分离器12、凝结水泵13、回热加热器8、给水泵14返回燃煤锅炉1，从而实现天然气-氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电及给水预热的过程。
所述天然气燃烧室6产生的高温燃气，其参数为1200-1300℃,6.4-7.9MPa；此高温蒸汽先进入高压燃气透平7做功，高压燃气透平7的排汽为800-900℃，0.40-0.50MPa，高压蒸汽透平7的排汽与再热预热器3换热后，温度变为400-500℃，经给水预热器8加热给水后温度变为130-170℃，之后进入低压蒸汽透平9。。给水预热过程在给水预热器8中实现。
所述低压蒸汽透平9的排气压力为5kPa，进入凝汽器10冷凝。凝汽器10冷凝后的凝结水先进入除氧器11脱除水中溶解的气体，后经分离器12分离出天然气燃烧产生的水后进入凝结水泵13，之后经给水回热加热器8，温度提高到170-200℃，而后经给水泵14后进入燃煤锅炉1中，从而完成一个做功循环。
本发明中温度、压力等参数对***效率的影响比较大，在主汽压力为30MPa、最高温度为1300℃时，整个循环的效率可达到56％以上。

Claims (4)

1.一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电***，其特征在于，所述联合循环发电***是天然气-氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电***，由燃煤锅炉(1)、高压蒸汽透平(2)、再热预热器(3)、天然气压气机(4)、氧气压气机(5)、天然气燃烧室(6)、高压燃气透平(7)、给水预热器(8)、低压蒸汽透平(9)、凝汽器(10)、除氧器(11)、分离器(12)、凝结水泵(13)、给水泵(14)和发电机(15)组成；其中，天然气压气机(4)、氧气压气机(5)分别与天然气燃烧室(6)连接，天然气燃烧室(6)与高压燃气透平(7)连接；燃煤锅炉(1)与高压蒸汽透平(2)、高压燃气透平(7)、低压蒸汽透平(9)、凝汽器(10)、除氧器(11)、分离器(12)、凝结水泵(13)、给水预热器(8)和给水泵(14)串联成回路；再热预热器(3)分别连接高压蒸汽透平(2)、给水预热器(8)、高压燃气透平(7)、天然气燃烧室(6)及氧气压气机(5)；给水预热器(8再与低压蒸汽透平(9)连接，低压蒸汽透平(9)连接发电机(15)。
2.一种天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，其特征在于，给水经燃煤锅炉(1)加热后产生蒸汽进入高压蒸汽透平(2)做功，高压蒸汽透平(2)排汽经再热预热器(3)吸热后，分成两股进入天然气燃烧室(6)，一股蒸汽与从氧气压气机(5)出口的氧气混合，以控制反应速率，另一股直接进入天然气燃烧器(6)内与燃烧产物混合，天然气燃烧室(6)出口的高温燃气进入高压燃气透平(7)，排汽经再热预热器(3)给水预热器(8)放热后再进入低压蒸汽透平(9)；低压蒸汽透平(9)带动发电机(15)发电；在回热***侧，低压蒸汽透平(9)排汽经凝汽器(10)冷凝后进入除氧器(11)，之后依次经由分离器(12)、凝结水泵(13)、回热加热器(8)、给水泵(14)返回燃煤锅炉(1)，从而实现天然气-氧内燃与煤粉外燃相结合的联合循环发电及给水预热的过程。
3.根据权利要求2所述天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，其特征在于，所述天然气燃烧室(6)产生的高温燃气，其参数为1200-1300℃,6.4-7.9MPa；此高温蒸汽先进入高压燃气透平(7)做功，高压燃气透平(7)的排汽为800-900℃，0.40-0.50MPa，高压蒸汽透平(7)的排汽与再热预热器(3)换热后，温度变为400-500℃，经给水预热器(8)加热给水后温度变为130-170℃，之后进入低压蒸汽透平(9)。给水预热过程在给水预热器(8)中实现。
4.根据权利要求2所述天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电方法，其特征在于，所述低压蒸汽透平(9)的排气压力为5kPa，进入凝汽器(10)冷凝。凝汽器(10)冷凝后的凝结水先进入除氧器(11)脱除水中溶解的气体，后经分离器(12)分离出天然气燃烧产生的水后进入凝结水泵(13)，之后经给水回热加热器(8)，温度提高到170-200℃，而后经给水泵(14)后进入燃煤锅炉(1)中，从而完成一个做功循环。
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