氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了属于氢氧联合循环发电领域的一种氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电系统及方法。该系统由压气机、氢氧燃烧室、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、发电机组成。本发明专利技术以氢氧燃烧室代替传统燃煤电厂锅炉的再热过程，以低压燃气透平的高温排气分别先后预热高压蒸汽透平排气和锅炉给水。本发明专利技术以氢氧联合循环和传统燃煤电厂为参考模型,提出了氢氧联合循环与传统燃煤电厂相结合的氢气与煤粉双燃料系统，同时联合循环借鉴了二次再热循环系统，使能量的转化更高效；采用回热系统实现了能量的梯级利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氢氧联合循环发电领域，特别涉及一种氢氧与煤粉燃烧结合的二次再 热联合循环发电系统及方法。
技术介绍
中国的传统发电模式是燃煤发电，燃煤发电是消耗了全国近一半的煤炭产量。为 了解决不断增长的能源需求与日益严重的环境污染之间的尖锐矛盾，人们迫切需要新的 洁净能源以逐步取代现有的化石燃料，达到减少污染物与温室气体排放的目的。 在众多新能源中，氢能具有热值高、无污染、不产生温室气体等独特优点。氢为完 全不含碳、最清洁的二次能源，燃烧时释放能量、产生水，不会对环境造成任何污染.从长 远看，零污染排放、无碳的氢能有着广阔的发展前景.早在上世纪90年代初，中、日、美等国 科技工作者几乎同时提出了氢氧联合循环的设想。大部分联合循环在顶循环和底循环之间 需要一个余热锅炉来耦合，而余热锅炉的排烟温度一般在150°C左右，因而损失了很大一部 分能量，但对于氢氧联合循环，就没有这部分损失，所以是非常理想的。当前氢能源的制取 发展迅速，同时在动力设备方面，可以通过内燃机的稍加改装，来适应氧燃料。氢氧联合 循环是氢能应用的主要途径。以燃气透平为核心的燃气蒸汽联合循环系统在技术上和商业 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，氢氧联合循 环以氢氧循环和传统燃煤电厂为参考模型，同时也借鉴了二次再热循环系统，在循环效率 和排放物污染问题上取得了重大突破，符合温度对口、梯级利用的热力系统集成原理和 可持续发展的绿色能源战略。 本专利技术通过氢氧循环系统与传统燃煤发电系统相耦合，同时采用二次再热氢气煤 粉双燃料系统，进而组合成完整的一种氢氧内燃与煤粉外燃结合的二次再热联合循环发 电系统。
技术实现思路
本专利技术在于提供一种， 其特征在于，该系统主要由第一氧气压气机1、第一氢气压气机2、第二氧气压气机4、第二 氢气压气机5、第一氢氧燃烧室3,第二氢氧燃烧室6、锅炉7、高压蒸汽透平8,低压蒸汽透 平13,以及高压燃气透平10,低压燃气透平11、第一回热加热器9、第二回热加热器12、凝 结水泵17、给水泵18、凝汽器14、除氧器15、发电机19组成。 所述第一氧气压气机1，第一氢气压气机2之间连接第一氢氧燃烧室3,第二氧气 压气机4、第二氢气压气机5之间连接第二氢氧燃烧室6 ;氧气管道与第一氧气压气机1和 第二氧气压气机4相连接；氢气管道与第一氢气压气机2，和第二氢气压气机5相连接；第 一氢氧燃烧室3连接。高压燃气透平10,高压燃气透平10分别连接。高压蒸汽透平8,第 一发电机19,第二氢氧燃烧室6和第二氧气压气机4 ;第二氢氧燃烧室6和第二燃气透平11 连接，第一回热加热器9分别连接高压蒸汽透平8,第一氧气压气机1，第一氢氧燃烧室3,低 压燃气透平11和第二回热加热器12,低压燃气透平11，低压蒸汽透平13,凝汽器14,除氧 器15,凝结水分流器16,凝结水泵17、第二回热加热器12,给水泵18,锅炉7和。高压蒸汽 透平8串联，第二蒸汽透平13与第二发电机20连接。 所述低压燃气透平11、低压蒸汽透平13与第二发电机20同轴连接。 所述高压蒸汽透平8、高压燃气透平10与第一发电机19同轴连接。 所述氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电方法，其特征在于，在燃气侧， 氧气从氧气管道进入第一氧气压气机1和第二氧气压气机4,氢气从氢气管道进入第一氢 气压气机2和第二氢气压气机5,经过压缩后，氢氧混合进入第一氢氧燃烧室3和第二氢氧 燃烧室6燃烧，燃烧产物高温蒸汽分别进入高压燃气透平10、低压燃气透平11做功；高压 燃气透平10的排汽分两股进入燃烧室6,高压燃气透平10带动发电机19发电；低压燃气 透平11排汽经再热预热器9、第二回热加热器12后进入低压蒸汽透平13 ;蒸汽侧，经锅炉 7加热后，高温蒸汽进入高压蒸汽透平8,排汽经回热加热器9吸热后，分两股进入燃烧室3 ; 低压燃气透平11排汽经回热后进入低压蒸汽透平13做功，带动第二发电机20发电；在回 热系统侧，低压蒸汽透平13排汽经凝汽器14后，依次经除氧器15、凝结水分流器16、凝结 水泵17、给水预热器12、给水泵18后进入锅炉7。 所述的给水经燃煤锅炉7加热后，生成的高温蒸汽进入高压蒸汽透平8,排汽经再 热预热器9加热，温度提高后分成两股，其中一股与第一氢气压气机2出口的氧气混合以控 制反应速率，另一股直接进入第一氢氧燃烧室3与氢氧燃烧产物高温蒸汽混合；实现氢氧 与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电。 所述的高压燃气透平1〇的排汽分成两股，其中一股与与第一压气机4出口的氧气 混合后进入第二氢氧燃烧室6,以控制反应速率；另一股与第二氢气压气机5中氧气混合进 入第二氢氧燃烧室6,与高温水蒸汽混合，然后进入低压燃气透平11，排汽经再热预热器9、 给水预热器12放热后进入低压蒸汽透平13,放热后蒸汽经低压蒸汽透平13的出口进入凝 汽器14,后经除氧器15除去水中溶解的气体，之后经过凝结水分流器16,分离出氢氧燃烧 产生的水量后依次经凝结水泵17、回热加热器12、给水泵18后进入锅炉7,实现氢氧与煤粉 燃烧结合的二次再热联合循环发电。 本专利技术的有益效果是： 1.本专利技术通对氢氧燃烧室对蒸汽透平排汽和燃气透平排汽进行两次混合式再 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°C的条件下采用二次再热系统使系统的效 率达到了 62%以上。 2.本专利技术充分利用低压燃气透平的高温排汽，使其先后对高压蒸汽透平排汽和锅 炉给水进行加热，实现了能量的梯级利用，提高了循环的效率。 3.本专利技术基于现有的氢氧联合循环，充分利用氢氧联合循环现有的设备，在二次 再热发电系统的基础上，采用氢气煤粉双燃料系统以及纯氧燃烧技术，使能量的转换更加 1?效。 【附图说明】 图1为一种氢氧内燃与煤粉外燃结合的二次再热联合循环发电系统结构的示意 图。 图不1-第一氧气压气机，2-第一氢气压气机，3-第一氢氧燃烧室，4-第二氧气压 气机，5-第二氢气压气机，6-第二氢氧燃烧室，7-燃煤锅炉，8-高压蒸汽透平，9-再热预热 器，10-高压燃气透平，11-低压燃气透平，12-给水预热器，13-低压蒸汽透平，14-凝汽器， 15-除氧器，16-凝结水分流器，17-凝结水泵，18-给水泵，19-第一发电机，20-第二发电 机。 【具体实施方式】 本专利技术为一种，该系统 主要由第一氧气压气机1、第一氢气压气机2、第二氧气压气机4、第二氢气压气机5、第一氢 氧燃烧室3,第二氢氧燃烧室6、锅炉7、高压蒸汽透平8,低压蒸汽透平13,以及高压燃气透 平10,低压燃气透平11、第一回热加热器9、第二回热加热器12、凝结水泵17、给水泵18、凝 汽器14、除氧器15、发电机19组成；下面结合附图和【具体实施方式】予以进一步说明。 图1所示为氢氧内燃与煤粉外燃结合的二次再热联合循环发电系统结构的示意 图，图中，第一氧气压气机1，第一氢气压气机2之间连接第一氢氧燃烧室3,第二氧气压气 机4、第二氢气压气机5之间连接第二氢氧燃烧室6 ;氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电系统，其特征在于，该系统主要由第一氧气压气机(1)、第一氢气压气机(2)、第二氧气压气机(4)、第二氢气压气机(5)、第一氢氧燃烧室(3),第二氢氧燃烧室(6)、锅炉(7)、高压蒸汽透平(8),低压蒸汽透平(13)，以及高压燃气透平(10),低压燃气透平(11)、第一回热加热器(9)、第二回热加热器(12)、凝结水泵(17)、给水泵(18)、凝汽器(14)、除氧器(15)、第一发电机(19)，第二发电机(20)组成；所述第一氧气压气机(1),第一氢气压气机(2)之间连接第一氢氧燃烧室(3)，第二氧气压气机(4)、第二氢气压气机(5)之间连接第二氢氧燃烧室(6)；氧气管道与第一氧气压气机(1)和第二氧气压气机(4)相连接；氢气管道与第一氢气压气机(2)和第二氢气压气机(5)相连接；第一氢氧燃烧室(3)连接高压燃气透平(10)，高压燃气透平(10)分别连接；高压蒸汽透平(8)，第一发电机(19)，第二氢氧燃烧室(6)和第二氧气压气机(4)；第二氢氧燃烧室(6)和第二燃气透平(11)连接，第一回热加热器(9)分别连接高压蒸汽透平(8)，第一氧气压气机(1)，第一氢氧燃烧室(3)，低压燃气透平(11)和第二回热加热器(12)，低压燃气透平(11)，低压蒸汽透平(13)，凝汽器(14)，除氧器(15)，凝结水分流器(16)，凝结水泵(17)、第二回热加热器(12)，给水泵(18)，锅炉(7)和高压蒸汽透平(8)串联，第二蒸汽透平(13)与第二发电机(20)连接。...

【技术特征摘要】
1. 一种氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电系统，其特征在于，该系统主要 由第一氧气压气机（1)、第一氢气压气机（2)、第二氧气压气机（4)、第二氢气压气机（5)、第 一氢氧燃烧室（3)，第二氢氧燃烧室（6)、锅炉（7)、高压蒸汽透平（8)，低压蒸汽透平（13)， 以及高压燃气透平（10)，低压燃气透平（11)、第一回热加热器（9)、第二回热加热器（12)、 凝结水泵（17)、给水泵（18)、凝汽器（14)、除氧器（15)、第一发电机（19)，第二发电机（20) 组成； 所述第一氧气压气机（1)，第一氢气压气机（2)之间连接第一氢氧燃烧室（3)，第二氧 气压气机（4)、第二氢气压气机（5)之间连接第二氢氧燃烧室（6);氧气管道与第一氧气压 气机（1)和第二氧气压气机（4)相连接；氢气管道与第一氢气压气机（2)和第二氢气压气 机（5)相连接；第一氢氧燃烧室⑶连接高压燃气透平（10)，高压燃气透平（10)分别连接； 高压蒸汽透平（8)，第一发电机（19)，第二氢氧燃烧室（6)和第二氧气压气机（4);第二氢 氧燃烧室（6)和第二燃气透平（11)连接，第一回热加热器（9)分别连接高压蒸汽透平（8)， 第一氧气压气机（1)，第一氢氧燃烧室（3)，低压燃气透平（11)和第二回热加热器（12)，低 压燃气透平（11)，低压蒸汽透平（13)，凝汽器（14)，除氧器（15)，凝结水分流器（16)，凝结 水泵（17)、第二回热加热器（12)，给水泵（18)，锅炉（7)和高压蒸汽透平（8)串联，第二蒸 汽透平（13)与第二发电机（20)连接。2. 根据权利要求1所述一种氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电系统，其特 征在于，所述低压燃气透平（11)、低压蒸汽透平（13)与第二发电机（20)同轴连接。3. 根据权利要求1所述一种氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电系统，其特 征在于，所述高压蒸汽透平（8)、高压燃气透平（10)与第一发电机（19)同轴连接。4. 一种氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电方法，其特征在于，在燃气侧，氧 气从氧气管道进入第一氧气压气机（1)和第二氧气压气机（4)，氢气从氢气管道进入第一 氢气压气机（2)和第二氢气压气机（5)，经过压缩后，氢氧混合进入第一氢氧燃烧室（3)和 第二氢氧燃烧室（6)燃烧，燃烧产物高温蒸汽分别进入高压燃气透平（10)、低压燃气透平 (11)做功；高压燃气透平（10)的排汽分两股进入燃烧室（6)，高压燃气透平（10)带动发电 机（19)发电；低压燃气透平（...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐钢，周璐瑶，赵世飞，宋晓童，杨勇平，刘文毅，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11