一种高压再热燃气-蒸汽联合循环发电系统及发电方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高压再热燃气-蒸汽联合循环发电系统及发电方法。该系统由燃气轮机子系统和蒸汽轮机子系统组成，燃气轮机子系统包含用于两级空气压缩、两次燃烧及高压、中压两次透平做功的装置；高温燃气初次做功后，进入中压燃烧室再热后二次做功，提高了整体循环的平均吸热温度；两级压气机中间设置至少一级间冷器，间冷器热流和两级压气机相连。蒸汽轮机子系统采用三压再热式的锅炉和蒸汽轮机，间冷器冷却水和高压水相连，高中低压水和间冷器冷却水多次分级吸热，高效利用了热能。本发明专利技术在最佳参数下运行时，联合循环效率较F级燃气轮机为主的联合循环系统提高3至5个百分点，单机输出功率提高70%以上，达到800MW级。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。该系统由燃气轮机子系统和蒸汽轮机子系统组成，燃气轮机子系统包含用于两级空气压缩、两次燃烧及高压、中压两次透平做功的装置；高温燃气初次做功后，进入中压燃烧室再热后二次做功，提高了整体循环的平均吸热温度；两级压气机中间设置至少一级间冷器，间冷器热流和两级压气机相连。蒸汽轮机子系统采用三压再热式的锅炉和蒸汽轮机，间冷器冷却水和高压水相连，高中低压水和间冷器冷却水多次分级吸热，高效利用了热能。本专利技术在最佳参数下运行时，联合循环效率较F级燃气轮机为主的联合循环系统提高3至5个百分点，单机输出功率提高70%以上，达到800MW级。【专利说明】
本专利技术涉及一种燃气-蒸汽联合循环发电装置，特别涉及一种高压再热燃气-蒸汽联合循环发电系统。本专利技术还涉及可使用该发电系统的发电方法。
技术介绍
传统的火力发电最常用的蒸汽循环方式是朗肯循环(Rankine Cycle),但是基于朗肯循环的发电技术存在发电效率低，燃煤消耗量大，污染严重等问题。传统的蒸汽循环发电方式已无法满足社会经济持续发展需要，作为化石能源，煤炭和石油资源的不可再生性以及环境问题的日益严峻使研究人员将越来越多的目光投向节能、清洁的发电技术上。燃气轮机是一种采用布雷顿循环(Brayton Cycle)，以空气和燃气为工质的热动力设备，燃气轮机及其联合循环具有污染低、供电效率高和负荷调整范围宽等特点，天然气可以直接应用在燃气轮机装置上，而不需要单独的工质发生设备。世界天然气资源充足、价格低廉，在国家经济发展战略和国际竞争的需求推动下，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。世界上著名的一些燃气轮机制造商已研制成功一系列性能先进的机组。如GE公司9FA，ABB公司的GT26等。这些机组单机功率在200MW以上，燃气初温达到1260_1300°C以上，压比10-30 ，简单循环效率为40%左右。为了进一步提高发电设备的效率，使用一种新的发电技术-燃气-蒸汽联合循环(GTCC:Gas Turbine Combined Cycle),将蒸汽轮机朗肯循环与燃气轮机的布雷顿循环循环结合起来，同时利用了燃气轮机循环平均吸热温度高和蒸汽轮机循环平均放热温度低的优点，又克服了两者的缺点，所以循环效率大大高于单独的燃气轮机或蒸汽轮机发电机组。目前，燃气轮机组成联合循环后效率超过55%，如9FA组成的联合循环系统效率可达56.7%，而GT26组成的KA26联合循环系统效率超过58%。在F级燃气轮机为代表的燃气-蒸汽联合循环的基础上，联合循环效率还有较大幅度提升的空间。而对于GT26系统,其采用了顺序燃烧装置(Sequential CombustionSystems)，利用了再热循环，实现了较高压比，由一组22级高效亚音速压气机将空气以两倍于常规燃机压比的高压压入环形环保燃烧室，对燃机设备的工艺要求极高，造价昂贵。
技术实现思路
本专利技术发展了现有的燃气-蒸汽联合循环的发电方法，针对现有的以9FA级燃机联合循环系统为代表的联合循环发电系统进行改进，在燃气循环中加入高压再热和中间冷却过程，并针对间冷热量的利用在蒸汽循环方式上进行了改进，使得该发电系统联合循环效率比以F级燃气轮机为主的联合循环提高3到5个百分点，单机输出功率提高70%以上，达到800MW级；本专利技术同时提供了改造后的高压再热燃气-蒸汽联合循环发电方法。为实现以上专利技术目的，本专利技术改造现有的9FA燃机联合循环，在燃气轮机原有的简单布雷顿循环中加入高压再热和中间冷却两项过程，形成进行复杂布雷顿循环的燃气轮机系统；将蒸汽循环部分汽水系统进行改进，将间冷器冷却水热能在蒸汽循环中回收利用；本专利技术热力循环和现有的9FA和GT26联合循环系统对比见图2，相比现有的系统，本专利技术比功明显增加，整体循环效率也可获得一定提升。本专利技术的技术方案具体为:(I)本专利技术方法为，步骤包括:燃气循环。以布雷顿循环为基础，通入压缩空气与燃料混合燃烧，产生的高温燃气透平做功推动发电机发电，排气导入蒸汽循环回收余热；所述空气为过量空气，压缩过程为两级，用一级压气机压至一级压力，用二级压气机压至二级压力，此压力即空气压缩后的最高压力；空气两级压缩之间经过至少一级间冷过程；所述燃气循环中加入再热过程，一次循环中燃气两次透平做功，将通过高压燃气透平后压力降低的燃气再热，再通过中压燃气透平。蒸汽循环。以朗肯循环为基础，将燃气循环排气余热作为热源，由蒸汽做功推动发电机发电。基于该发电方法的一种发电系统，由燃气轮机子系统和蒸汽轮机子系统组成，燃气轮机子系统包括中压系统和高压系统，中压系统包括一级压气机、中压燃烧室和中压燃气透平，高压系统包括二级压气机、高压燃烧室和高压燃气透平，一级和二级压气机之间设有至少一级间冷器；空气顺序通过所述一、二级压气机两级压缩后，进入高压燃烧室燃烧加热，高温燃气高压透平后进入中压燃烧室，再热后中压透平做功；中压系统排气口连通蒸汽轮机子系统，排气在蒸汽轮机子系统回收热量。(2)根据(I)所述的发电系统和方法，运行系统时设置空气一级压力为1.5-2.4MPa，二级压力为6_20MPa ;设置一级间冷过程，间冷温度为100_200°C。(3)根据(2)所述的发电系统和方法，运行系统时，参数进一步设置为，所述高压燃气透平进气温度为1000-1500°C，中压燃气透平进气温度为1200-1500°C。(4)根据(I)至(3)任一项所述的发电系统和方法，为进一步提高联合循环效率，将所述间冷过程的冷却水引入所述蒸汽循环中，在蒸汽循环中回收利用冷却水冷却压缩空气时交换的热量。对应的发电系统中，间冷器的冷却水连通蒸汽轮机子系统。(5)根据(I)至(4)任一项所述的发电系统和方法，发电过程中进行蒸汽循环的蒸汽轮机子系统使用余热锅炉型，包括余热锅炉和蒸汽轮机；余热锅炉用来回收、转换和利用燃气轮机的排气余热，通常是汽包、省煤器、蒸发器、过热器以及集箱等换热管簇和容器等组成的。(6)根据(I)至(5)任一项所述的发电系统和方法，发电过程中进一步使用三压再热式余热锅炉和蒸汽轮机；三压式给水结构分为高、中、低压水三路，给水在余热锅炉中分级吸热，经过了水的加热、饱和水蒸发和饱和汽的过热三个阶段；蒸汽轮机设置有高、中、低压三个缸，高压缸排气口与中压缸进气口之间连接余热锅炉中的再热器，高压缸排汽经再热器再热后，进入中压缸做功。(7)根据(6)所述的发电系统和方法，将间冷过程中的冷却水接入三压再热式蒸汽循环的高压水路。对应的发电系统中，间冷器冷却水流可选择与余热锅炉中的高压气包连通，冷却水经间冷器吸热后变为部分汽化的高压给水进入高压汽包，与另一部分直接来自蒸汽轮机子系统的高压给水混合汽化，进入高压汽水流程。由于间冷水的加入，三压给水中的高压给水量有很大的提高，高压给水所占比重较一般三压再热给水系统高。(8)根据根据(6)至(7)任一项所述的发电系统和方法，所述蒸气循环中高、中、低三路压力分别设置为9.63MPa、2.16MPa和0.367MPa。(9)根据(8)所述的发电系统和方法，设置一级压力1.54MPa，二级压力14MPa，间冷温度100°c，高压燃气透平进气温度和中压燃气透平进气温度均为1325°C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压再热燃气‑蒸汽联合循环发电系统，由燃气轮机子系统和蒸汽轮机子系统组成，其特征在于：燃气轮机子系统包括中压系统和高压系统，中压系统包括一级压气机、中压燃烧室和中压燃气透平，高压系统包括二级压气机、高压燃烧室和高压燃气透平，一级和二级压气机之间设有至少一级间冷器；运行时过量空气通过所述一、二级压气机两级压缩后，进入高压燃烧室燃烧加热，产生的高温燃气经高压燃气透平后进入中压燃烧室，再热后经中压燃气透平做功；中压系统排气口连通蒸汽轮机子系统，排气在蒸汽轮机子系统回收热量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭桦，付忠广，杨天亮，卢可，贾金祥，
申请(专利权)人：国电新能源技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11