用燃气轮机从固体燃料和废热中发电的方法以及实现该方法的设备技术

一种燃气轮机发电方法，作为原始能量来源，固体矿物燃料、可替代燃料以及它们与空气或氧气燃烧后的废热都可以为之利用。其工作介质是由压缩机２２提供的气体和冷却燃烧室１的冷却介质蒸汽的蒸汽燃气混合物。在压缩机之前或者在蒸汽－燃气混合物进入加热器（７）之前，或者至少在进入加热器（７）的多个部分之间之前，喷射介质被喷射到通过压缩机输送的气流中。燃气轮机（２８）可以与再生换热器相联接使用，或者与利用来自燃气轮机（２８）的废气的废热的郎肯－克劳修斯蒸汽循环装置相连接使用。燃气轮机进行所谓的湿式循环，这使得其可以利用燃烧室（１）的冷却介质的热量以及使得用于生成压缩机（２８）的工作介质的气体等温压缩。工作介质和混合气体一起作为燃烧室（１）的冷却介质流。经过燃气轮机（２８）之前或者之后的蒸汽－燃气混合物的温度可以通过再热而提升，经过燃气轮机（２８）之后的蒸汽－燃气混合物的温度可以通过燃烧的原始燃料的废气再热而提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发电方法，并最终进行热电联产的方法，该方法建立在下述基础 上，利用矿物燃料和其它可替代的燃料和废弃物的原始能量，通过它们的燃烧，最终利用了 废气的热量，也就是通过间接加热和湿式循环(HAT)的燃气轮机的应用，最终将燃气轮机 和蒸汽循环相结合，其中蒸汽循环是生成蒸汽-燃气混合物作为燃气轮机的工作介质的过 程，该蒸汽_燃气混合物被加热至工作温度，并被冷却以最大程度地达到蒸汽_燃气混合物 的蒸汽用量。
技术介绍
如今，大部分电能通过蒸汽轮机发电厂产生，该发电厂利用郎肯-克劳修斯蒸汽 循环将工作介质(蒸汽)的热能转化为机械能，在超临界蒸汽参数c下，原始能量(例如， 煤的燃烧能量)转化为电能的效率为45%。如今，为了全效地将燃料的原始能量转化为电能，最成功的循环是包括具有湿式 循环(HAT)的汽轮机的联合蒸汽-燃气循环(GTCC)，该循环获得的效率高于50%，甚至如 今可达到60%。然而，其必须采用高品质的气态或液态燃油作为燃料。为了利用固体矿物燃料、可替代燃料和废弃物的原始能量来发电或者进行热电联 产，主要是郎肯-克劳修斯循环，最终使用有组织的郎肯-克劳修斯循环(ORC)进行生物质 燃料的燃烧。发电时其达到的能量转化效率明显低于采用联合蒸汽-燃气循环所获得的转 化效率。如今，为了通过布雷顿循环的方式利用固体燃料(尤其是煤)的原始能量，建立 了例如IGCC (整体煤气化联合循环)系统，该系统是一种循环，该循环建立在下述基础上， 将固体燃料和废弃物气化，并在燃气轮机中后继燃烧所获得的气体；该系统或者是以煤在 HITAF(高温空气炉)中的燃烧为基础的联合循环。也可利用间接加热工作介质的燃气轮机，例如采用生物质或者废弃物燃烧的尾气 来加热，同时，将固体燃料燃烧生成的尾气直接作为工作介质的系统也已被研发出。在采用布雷顿循环的所有系统中，必须确保进入到燃气轮机中的燃气或尾气的必要纯度。还研发出燃料与氧气燃烧的系统，其目的是为了分离从燃烧产生的CO2和获得随 后可能的使用，或者实现消除其对环境的负面影响而沉积的更大可能性。
技术实现思路
本专利技术的优点在于用来发电或者热电联产的固体矿物燃料、已很好地证实能够 与空气或氧气一起燃烧的可替代的燃料或废弃物、通常使用种类的燃烧设备——例如机械 加煤的、粉碎燃料的、燃气的或油的燃烧炉或流化床——可用作原始能量源。燃烧设备具有常规设计。燃烧室连接作为传统锅炉的蒸发器，其生成的蒸汽随后4与燃气轮机的压缩机生成的燃气混合生成蒸汽_燃气混合物，该混合物随后进一步被燃烧 室之后的尾气所加热，然后作为燃气轮机的工作介质。冷却燃烧室而获得的热量在这里被 用来给进入到燃气轮机中的工作介质提供必要的热量输入。作为原始能量源，不仅是燃料，各种设备的废热都可以使用，例如尾气、蒸汽、水的 废热。其优点还在于，可以使用常规可得的技术用于尾气处理这个事实。其优点还在于，可以把燃气轮机与再生换热器以及使用来自燃气轮机的废气热 (尾气热)的郎肯_克劳修斯蒸汽循环装置连接在一起来使用。其优点还在于，燃气轮机以所谓的湿式循环工作这一事实，这使得可以利用燃烧 室的冷却介质的热量，并在压缩燃气时轻松地实现部分等温压缩，所述燃气是燃气轮机工 作介质的组成部分。其优点还在于，经过燃气轮机之前或者之后的蒸汽-燃气混合物的温度可以通过 附加加热例如天然气而升高这一事实，通过这种方式，蒸汽_燃气混合物中的蒸汽含量提 高，且经过燃气轮机之后的蒸汽-燃气混合物的温度可以通过燃烧后的原始燃料的尾气的 再加热而提高。其优点还在于，可以通过抽取因为冷却燃烧室以及为确保燃烧室得到充分冷却而 生成的不可使用蒸汽，根据热回路的需要对燃气轮机进口处的蒸汽-燃气混合物中的蒸汽 含量进行控制这一事实。其优点还在于，带有高温工作介质的设备的热交换表面暴露在较低的压力下这一事实。其优点还在于，通过合当的连接，可以获得经过燃气轮机后的蒸汽-燃气混合物 的最大程度的冷凝，采用这种方式可以减少附加冷却介质的必要量。其优点还在于，所述系统可以仅仅作为发电源而使用，也可以作为热电联产源。其优点还在于，蒸汽-燃气混合物的蒸汽可以通过所述混合物中的液体的蒸发而获得。附图说明根据本专利技术的能量循环以示范性设计示出，其中，图1示出了含有冷却的燃烧室 的连接，燃烧室用于燃烧矿物燃料和可替代燃料以及废弃物，并伴随有布雷顿湿式循环和 郎肯_克劳修斯蒸汽循环，图2示出了利用尾气或者各种集合气体混合物焓热的布雷顿湿 式循环连接图，图3到25示出了蒸汽-燃气能量循环的可选择的设计方案，其中，图3是含 有冷却燃烧室的连接图，其采用布雷顿湿式循环和郎肯_克劳修斯循环来使用剩余尾气或 者燃气混合物的焓热并把来自蒸汽_燃气混合物的冷凝物返回循环系统中，图4是含有冷 却燃烧室或者热汇集器的连接图，其仅采用布雷顿循环同时把来自蒸汽_燃气混合物的冷 凝物返回，图5是含有布雷顿循环的连接图，其利用喷水预热的尾气的焓热并把冷凝物返 回，图6是含有附加冷却介质预热的连接图，图7是在进入压缩机之前预热空气的连接图， 图8是喷入介质的可选择连接图，图9是等温压缩的连接图，图10是通过尾气或者废气来 加热汽轮机之后提高蒸汽_燃气混合物的温度的连接图，图11是通过附加燃烧例如天然 气的燃料来加热燃气轮机之后的蒸汽-燃气混合物以提高它的温度的连接图，图12是含有利用尾气预热冷却介质的连接图，图13是含有预热与郎肯_克劳修斯循环装置30相连 接的喷入介质的连接图，图14是含有冷却燃烧室之后尾气中的蒸汽的过热器的连接图，图 15是含有叠置高压汽轮机的连接图，图16是不含附加涡轮机的蒸汽过热器的连接图，图17 是含有附加冷凝汽轮机的连接图，图18是含有带有背压式汽轮机的蒸汽过热器的连接图， 图19是含有带有可控提取的冷凝汽轮机的蒸汽过热器的连接图，图20是含有带有可控提 取背压式汽轮机的蒸汽过热器的连接图，图21是在冷却燃烧室内含有独立的蒸汽过热器 的连接图，图22是含有一个蒸汽过热器的连接图，图23是一连接图，其中在冷却燃烧室中 含有蒸汽_燃气混合物过热器的进口部分，图24是一连接图，其中在冷却燃烧室中含有蒸 汽_燃气混合物加热器的出口部分，图25是一连接图，其中在冷却燃烧室中含有蒸汽_燃 气混合物加热器的内部部分。具体实施例方式图1可选择设计示例性设计的能量循环包括冷却燃烧室1。冷却燃烧室1具有燃 料供给端2和燃烧空气供给端3，进一步具有冷却介质蒸汽供给端4和冷却介质蒸汽输出端 5，燃烧室1通过热尾气管6连接到蒸汽-燃气混合物加热器7，其中加热器7具有蒸汽-燃 气混合物供给端8和输出端9并连接至烟囱17。冷却燃烧室1和蒸汽-燃气混合物加热器 7封装在蒸汽-燃气发生器装置87。在该示例中，冷却燃烧室1可以具有机械加料的，粉碎 燃料的示例性设计或可以燃烧各种类型的煤、其它燃料以及废弃物的流化床炉或者任何其 他合适的炉。冷却介质供给端4连接到带有给料泵19的管18，所述泵19连接至冷却介质 罐20。冷却介质蒸汽输出端5被连接至混合部21，所述混合部21被连接到包括空气吸入 管23的压缩机22。混合部21进一步通过连接管24被连接到蒸汽-燃气混合物供给端8。 蒸汽_燃气混合物的输出端9是输送管27，在输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有应用间接加热和湿气循环的燃气轮机的能量循环，所述能量循环是含有相同的燃气轮机和蒸汽轮机的蒸汽－燃气联合循环，所述燃气轮机是具有再生换热器的燃气轮机，是在所述燃气轮机之前或者之后具有再加热的相同的燃气轮机，是等温压缩的相同的燃气轮机，其通过燃烧矿物燃料，可替代燃料和废弃物来使用它们的原始能量，并最终利用各种废气或者气体混合物的焓热，其特征在于：燃气轮机（２８）的工作介质是由压缩机（２２）提供的气体和来自冷却的燃烧室（１）或来自冷却的热汇集器（５１）的冷却介质蒸汽生成的蒸汽－燃气混合物，或是由压缩机（２２）提供的气体和来自冷却燃烧室（１）或来自冷却的热汇集器（５１）的冷却介质蒸汽生成的蒸汽－燃气混合物，进入到压缩机（２２）提供的气体中的喷射介质的蒸汽，和／或进入到由压缩机（２２）提供的气体的蒸汽－燃气混合物或由压缩机（２２）提供的气体的蒸汽－燃气混合物，所述运行介质还可以是由所述喷射介质中的蒸汽进入到压缩机（２２）提供的气体中和／或进入到所述蒸汽－燃气混合物，为了加热所述蒸汽－燃气混合物至燃气轮机（２８）的运行介质温度，或者为了将进入燃气轮机（２８）之前的所述蒸汽－燃气混合物加热至可达到的温度，而使用了来自冷却燃烧室（１）的将要离开的尾气的热量，或者来自冷却的热收集器（５１）或来自收集器（６１）的焓热，或者所述冷却燃烧室（１）的火焰和尾气的热量。...

【技术特征摘要】
EP 2008-10-29 08466028.1一种含有应用间接加热和湿气循环的燃气轮机的能量循环，所述能量循环是含有相同的燃气轮机和蒸汽轮机的蒸汽 燃气联合循环，所述燃气轮机是具有再生换热器的燃气轮机，是在所述燃气轮机之前或者之后具有再加热的相同的燃气轮机，是等温压缩的相同的燃气轮机，其通过燃烧矿物燃料，可替代燃料和废弃物来使用它们的原始能量，并最终利用各种废气或者气体混合物的焓热，其特征在于燃气轮机(28)的工作介质是由压缩机(22)提供的气体和来自冷却的燃烧室(1)或来自冷却的热汇集器(51)的冷却介质蒸汽生成的蒸汽 燃气混合物，或是由压缩机(22)提供的气体和来自冷却燃烧室(1)或来自冷却的热汇集器(51)的冷却介质蒸汽生成的蒸汽 燃气混合物，进入到压缩机(22)提供的气体中的喷射介质的蒸汽，和/或进入到由压缩机(22)提供的气体的蒸汽 燃气混合物或由压缩机(22)提供的气体的蒸汽 燃气混合物，所述运行介质还可以是由所述喷射介质中的蒸汽进入到压缩机(22)提供的气体中和/或进入到所述蒸汽 燃气混合物，为了加热所述蒸汽 燃气混合物至燃气轮机(28)的运行介质温度，或者为了将进入燃气轮机(28)之前的所述蒸汽 燃气混合物加热至可达到的温度，而使用了来自冷却燃烧室(1)的将要离开的尾气的热量，或者来自冷却的热收集器(51)或来自收集器(61)的焓热，或者所述冷却燃烧室(1)的火焰和尾气的热量。2.根据权利要求1所述的能量循环，其特征在于，喷射到所述燃气中的喷射介质由压 缩机(22)输送，在进入到压缩机前，可预热生产燃气加热器(79)进口处的燃气，进一步在 所述压缩机之后，在所述压缩机(22)的吸入部分和/或在压缩机各级之间设置再生换热器 (56)。3.根据权利要求1所述的能量循环，其特征在于，所述喷射介质在所述蒸汽-燃气混合 物加热器(7)之前和/或至少在所述蒸汽-燃气混合物加热器(7) —些部分之间，或者在 所述蒸汽-燃气混合物加热器(7)之后，或者在上述提及的所有可能的结合中，被喷射到所 述蒸汽-燃气混合物中。4.根据权利要求1-3所述的能量循环，其特征在于，所述蒸汽-燃气混合物加热器(7) 后的将要离开的尾气或废气的余热被用来加热燃烧空气加热器(11)中的燃烧空气，和/或 用来加热冷却的燃烧室(1)的冷却介质，或用来加热尾气加热气(73)中的冷却的热收集器 (51)，或用来加热喷射介质加热器(64)中的喷射介质，或用于上述所有可能的结合。5.根据权利要求1-4所述的能量循环，其特征在于，离开蒸汽轮机(28)或者郎肯-克 劳修斯装置(30)并最终离开再生换热器(56)的蒸汽_燃气混合物的余热被用来预热所述 燃烧空气。6.根据权利要求1-5所述的能量循环，其特征在于，经过郎肯_克劳修斯循环装置 (30)后，并最终通过燃烧空气预热器(38)后的蒸汽-燃气混合物的余热被用来加热家用暖 水加热器(43)中的家用暖水，或者用于预热换热器(77)中的附加冷却介质，或者用于预热 在加热器(79)中的被压缩机(22)抽入的空气，或者用于加热换热器(90)中的喷射介质， 或者用于上述可能部分的结合。7.根据权利要求1-5所述的能量循环，其特征在于，再生换热器(56)之后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：L维利麦克，K斯塔瑞克，
申请(专利权)人：维特科维策动力工程联合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CZ[捷克]