凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置

摘要

一种凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置，涉及发电技术领域，所解决的是降低成本及故障率，提高发电效率的技术问题。该装置包括发电机、燃气轮机、燃烧室、空气压气机、混合器、燃气压气机、汽水分离器、电除尘器、间冷器、后冷器、省煤器、凝汽器、水处理器、脱硫塔；所述空气压气机有两个，分别为低压空气压气机、高压空气压气机；水经过多次换热成为过热水蒸汽进入混合器，在混合器内与天然气混合后进入燃烧室和压缩空气进行燃烧，高温燃烧产物进入燃气轮机膨胀作功，燃气轮机排气中的余热及水工质通过省煤器和凝汽器回收。本发明提供的装置，压气机的压缩耗功小，发电效率高，且排气中的污染物排放浓度低。

权利要求

1.一种凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置，包括发电机、燃气轮机、燃烧室和空气压气机，所述燃烧室的排气口连接燃气轮机的进气口，所述燃气轮机的动力轴连接发电机，其特征在于：还包括混合器、燃气压气机、汽水分离器、电除尘器、间冷器、后冷器、省煤器、凝汽器、水处理器、脱硫塔；

所述空气压气机有两个，分别为低压空气压气机、高压空气压气机；

所述混合器设有一个排气口、两个进气口，混合器的两个进气口分别为第一进气口、第二进气口，混合器的排气口接到燃烧室的燃气进口，混合器的第二进气口接到燃气压气机的排气口；

所述电除尘器的进气口连通大气，电除尘器的排气口接到低压空气压气机的进气口；

所述间冷器的空气侧进口接到低压空气压气机的排气口，间冷器的空气侧出口接到高压空气压气机的进气口，间冷器的水侧出口接到汽水分离器的进水口；

所述后冷器的空气侧进口接到高压空气压气机的排气口，后冷器的空气侧出口接到燃烧室的空气进口，后冷器的蒸汽侧进口接到汽水分离器的排气口，后冷器的蒸汽侧出口接到混合器的第一进气口；

所述汽水分离器的排水口经一给水泵、一热端冷却器接到汽水分离器的进水口；

所述省煤器的水侧出口接到汽水分离器的进水口，省煤器的蒸汽侧进口接到燃气轮机的排气口，省煤器的蒸汽侧出口接到凝汽器的气腔进气口；

所述水处理器的排水口分别接到间冷器的水侧进口及省煤器的水侧进口；

所述脱硫塔的进气口接到外部天然气气源；

所述凝汽器的冷却介质进口接到脱硫塔的排气口，凝汽器的冷却介质出口接到燃气压气机的进气口，凝汽器的气腔补水口接到外部水源，凝汽器的气腔抽气口经一真空泵接到外部排烟管道，凝汽器的气腔凝结水出口经一凝结水泵接到水处理器的进水口。

说明书

凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及发电技术，特别是涉及一种凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置的技术。

背景技术

[0002] 由于化石能源大量消耗而引发的全球化能源危机和环境污染生态破坏愈来愈严重，发展先进高效清洁的发电技术，是解决这些问题的重要途径。

[0003] 目前来看，虽然理论上以燃料电池为核心的联合循环可以实现最高的发电效率(70％左右)，并具有一定清洁环保的优点，但是从材料及生产成本等亟需解决关键问题上来看，燃料电池在现阶段以及未来很长一段时间仍将无法大规模投入商业化应用。

[0004] 燃气轮机主要具有以下几个方面的显著优点：结构紧凑、质量轻、单位功率质量小、占地面积小、启动快(从冷态启动至带满负荷只需几分钟时间)、安装快、运行平稳、可靠性高、热效率高、污染排放低。燃气轮机研究制造水平的高低是直接反映一个国家科学技术实力和综合国力的重要标志，许多国家都把先进的燃气轮机技术作为本国科技优先发展领域和关键技术研究开发的重点，所以作为航空、电力行业主要动力装置的燃气轮机还将存在很长时间。

[0005] 现有采用燃气轮机的发电装置都是采用空气冷却的，压气机空气流量的75％左右用于冷却高温燃气和高温部件，因此压气机的压缩耗功很大，燃烧室的结构也相对复杂，其造价及故障率均较高，而且燃气轮机的排气余热也没有得到有效利用，其排气中的烟气硫污染物和NOx污染物的排放浓度也较高。

发明内容

[0006] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种燃烧室的造价及故障率低，压气机的压缩耗功小，发电效率高，有效降低烟气硫污染物和NOx污染物的排放浓度的凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置，包括发电机、燃气轮机、燃烧室和空气压气机，所述燃烧室的排气口连接燃气轮机的进气口，所述燃气轮机的动力轴连接发电机，其特征在于：还包括混合器、燃气压气机、汽水分离器、电除尘器、间冷器、后冷器、省煤器、凝汽器、水处理器、脱硫塔；

[0008] 所述空气压气机有两个，分别为低压空气压气机、高压空气压气机；

[0009] 所述混合器设有一个排气口、两个进气口，其两个进气口分别为第一进气口、第二进气口，其排气口接到燃烧室的燃气进口，其第二进气口接到燃气压气机的排气口；

[0010] 所述电除尘器的进气口连通大气，其排气口接到低压空气压气机的进气口；

[0011] 所述间冷器的空气侧进口接到低压空气压气机的排气口，其空气侧出口接到高压空气压气机的进气口，其水侧出口接到汽水分离器的进水口；

[0012] 所述后冷器的空气侧进口接到高压空气压气机的排气口，其空气侧出口接到燃烧室的空气进口，其蒸汽侧进口接到汽水分离器的排汽口，其蒸汽侧出口接到混合器的第一进气口；

[0013] 所述汽水分离器的排水口经一给水泵、一热端冷却器接到其进水口；

[0014] 所述省煤器的水侧出口接到汽水分离器的进水口，其气侧进口接到燃气轮机的排气口，其气侧出口接到凝汽器的气腔进气口；

[0015] 所述水处理器的出水口分别接到间冷器的水侧进口及省煤器的水侧进口；

[0016] 所述脱硫塔的进气口接到外部天然气气源；

[0017] 所述凝汽器的冷却介质进口接到脱硫塔的排气口，其冷却介质出口接到燃气压气机的进气口，其气腔热水井补水口接到外部水源，其气腔抽气口经一真空泵接到外部排烟管道，其气腔凝结水出口经一凝结水泵接到水处理器的进水口。

[0018] 本发明提供的凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置，具有以下有益效果：

[0019] 1)采用水冷却方式替代了传统的空气冷却方式，因此燃烧室结构比较简单，能有效降低其造价及故障率，而且空气和燃料可以实现理想配比燃烧，能降低压气机的压缩耗功，相对于高压比的空气压缩耗功来讲，水的不可压缩性使得压到同样压力和质量流量的情况下，水的压缩耗功几乎可以忽略；

[0020] 2)在燃气轮机的排气管路上设计有多级换热部件，能更多的回收燃气轮机排气的余热及排气中的水工质，能在提高循环发电效率的同时回收水资源；

[0021] 3)利用电除尘器可以减少压气机固体颗粒污染物的吸入，防止传热面和发动机叶片脏污；

[0022] 4)脱硫塔还可以有效降低烟气硫污染物排放浓度，而燃烧室水蒸汽的加入有效降低NOx污染物的排放浓度。

附图说明

[0023] 图1是本发明实施例的凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置的结构示意图。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

[0025] 如图1所示，本发明实施例所提供的一种凝汽式双工质燃气透平循环系统发电装置，包括发电机19、燃气轮机5、燃烧室2和空气压气机，所述燃烧室2的排气口连接燃气轮机5的进气口，所述燃气轮机5的动力轴连接发电机19，其特征在于：还包括混合器6、燃气压气机18、汽水分离器10、电除尘器1、间冷器8、后冷器9、省煤器11、凝汽器14、水处理器17、脱硫塔7；

[0026] 所述空气压气机有两个，分别为低压空气压气机3、高压空气压气机4；

[0027] 所述混合器6设有一个排气口、两个进气口，其两个进气口分别为第一进气口、第二进气口，其排气口接到燃烧室的燃气进口，其第二进气口接到燃气压气机18的排气口；

[0028] 所述电除尘器1的进气口连通大气，其排气口接到低压空气压气机3的进气口；

[0029] 所述间冷器8的空气侧进口接到低压空气压气机3的排气口，其空气侧出口接到高压空气压气机4的进气口，其水侧出口接到汽水分离器10的进水口；

[0030] 所述后冷器9的空气侧进口接到高压空气压气机4的排气口，其空气侧出口接到燃烧室2的空气进口，其蒸汽侧进口接到汽水分离器10的排气口，其蒸汽侧出口接到混合器6的第一进气口；

[0031] 所述汽水分离器10的排水口经一给水泵13、一热端冷却器12接到其进水口；

[0032] 所述省煤器11的水侧出口接到汽水分离器10的进水口，其气侧进口接到燃气轮机5的排气口，其气侧出口接到凝汽器14的气腔进气口；

[0033] 所述水处理器17的排水口分别接到间冷器8的水侧进口及省煤器11的水侧进口；

[0034] 所述脱硫塔7的进气口接到外部天然气气源；

[0035] 所述凝汽器14的冷却介质进口接到脱硫塔7的排气口，其冷却介质出口接到燃气压气机18的进气口，其气腔补水口接到外部水源，其气腔抽气口经一真空泵15接到外部排烟管道，其气腔凝结水出口经一凝结水泵16接到水处理器17的进水口。

[0036] 本发明实施例的工作流程如下：

[0037] 外部空气依次经电除尘器1除尘处理、低压空气压气机3升压后进入间冷器8，在间冷器8内与水处理器17的排水换热后进入高压空气压气机4，经高压空气压气机4二次升压后进入后冷器9，在后冷器9内与汽水分离器10排放的水蒸汽换热后进入燃烧室2；

[0038] 天然气经脱硫塔7脱硫处理后进入凝汽器14，在凝汽器14内与燃气轮机5的排气换热升温后进入燃气压气机18，经燃气压气机18升压后进入混合器6，在混合器6中与水蒸汽混合后进入燃烧室2燃烧，进一步提高温度后推动燃气轮机5做功，从而带动发电机发电；

[0039] 燃气轮机5的排气先进入省煤器11，在省煤器11内与水处理器17的排水换热降温后进入凝汽器14，在凝汽器14内与天然气换热降温后，其中的水蒸汽在高真空状态下凝结成水从凝汽器14的气腔凝结水热水井出口排出，水中溶解的二氧化碳等气体可以在真空下脱除，不凝结气体经凝汽器14的气腔抽气口，由真空泵15抽除；

[0040] 凝汽器14排出的凝结水经凝结水泵16升压后进入水处理器17，在水处理器17内经阴阳离子交换除去各种污染物，成为纯净的化学除盐水；

[0041] 水处理器17的排水分成两路，其中一路先流入间冷器8，在间冷器8内与压缩空气换热后再流入汽水分离器10，另一路先流入省煤器11，在省煤器11内与燃气轮机5的排气换热升温后，再流入汽水分离器10，水处理器17多余的排水可供应外部；

[0042] 汽水分离器10的排水经给水泵13升压后进入热端冷却器12，在热端冷却器12内吸热后变为水蒸汽排回汽水分离器10，汽水分离器10排放的饱和水蒸汽先进入后冷器9，在后冷器9内与高温压缩空气换热后，成为过热水蒸汽进入混合器6与天然气混合。