基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電裝置。凈化后的空氣進入壓氣機增壓，壓縮空氣進入回熱器或與飽和蒸汽混合后，進入回熱器，回熱器利用燃氣透平的尾氣對上述工質氣體加熱，回收部分余熱。經回熱器加熱的工質氣體再經太陽能集熱器加熱后，進入燃燒室，與燃料燃燒，產生的高溫煙氣進入燃氣透平做功，尾氣依次進入回熱器、蒸汽發生器，后者再次回收尾氣余熱并產生回注用的飽和蒸汽，尾氣中的蒸汽經冷凝后回收。當無太陽輻射或輻射不足時，工質氣體通過旁路直接進入燃燒室。飽和蒸汽回注到燃氣輪機系統，降低了壓氣機的耗功，提高了燃氣輪機發電效率與比功；同時利用太陽能加熱工質氣體，減少燃料耗量。
【專利說明】
基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及燃氣輪機技術領域，特別是基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電裝置。
【背景技術】
[0002]開發利用太陽能這種清潔、無污染的可再生能源，對于減輕目前化石能源壓力、環境污染壓力等具有重要意義。太陽能熱發電技術是將太陽能熱能轉變為電能，主要有碟式、塔式、槽式、菲涅爾式四種利用方式，其中對于分布式發電來說，碟式太陽能集熱系統聚光性能好、系統結構簡單、分布靈活、場地適應性好，有著更廣闊的前景。但是太陽能直接熱發電效率較低一般在20%左右，大量的光熱轉換能量沒有得到利用。另外，單獨的太陽能熱發電系統在夜間或者陰雨天無法提供能量。因此，考慮到可以將太陽能集熱與其他發電系統，比如燃氣輪機發電系統結合起來，互為補充從而提高整體的發電能力和發電穩定性。
[0003]燃氣輪機發電系統具有效率高、起動快、調峰性能好、建設周期短、占地面積小，耗水少，以及環境污染小等一系列優點，特別是小型燃氣輪機發電系統(25kW_lMW)分布更靈活、可操作性更好。由于天然氣原料供應問題，燃氣輪機發電技術在一定程度上受到了制約。因此，在保證系統效率和功率的條件下，盡量減少燃料耗量有利于燃氣輪機發電系統的更廣泛的使用。因此，太陽能集熱與燃氣輪機發電系統結合，利用太陽輻射能代替部分需要的燃料熱能，從而減少燃氣輪機發電系統需要的燃料量。
[0004]此外，隨著節能與環保壓力日益增加，燃氣輪機氣汽混合工質循環成為當前研究的熱點。回注蒸汽循環是混合工質循環中研究較早技術較為成熟的一種。在注蒸汽燃氣輪機循壞(簡稱注蒸汽循環)中，燃氣輪機的排氣通入補燃或不補燃的余熱鍋爐，鍋爐產生的蒸汽回注到燃氣輪機的燃燒室或其它適當部位，同燃氣混合加熱、膨脹做功，再進入余熱鍋爐。這一種循環具有高效率與高比功的顯著優點，并可降低NOx的排放。因此，結合太陽能集熱的燃氣輪機發電系統再通過蒸汽回注技術，進一步提高發電系統效率，減少燃料消耗。

【發明內容】

[0005]本實用新型提出了一種基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電裝置，解決了太陽能單獨熱發電效率低的問題，并提高燃氣輪機發電效率，同時可以實現多能源綜合利用。
[0006]—種基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電裝置，包括壓氣機、回熱器、太陽能高溫集熱器、燃燒室、燃氣透平、控制閥、蒸汽發生器、尾氣冷凝器、給水混合器、給水栗，壓氣機、回熱器空氣側、太陽能高溫集熱器、燃燒室、燃氣透平順次相連，燃氣透平、回熱器煙氣側、蒸汽發生器煙氣側、尾氣冷凝器順次相連，尾氣冷凝器回收水側、給水混合器、給水栗、蒸汽發生器水側順次相連，蒸汽發生器水側出口管路與壓氣機出口管路相連。
[0007]另一種基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電的裝置包括壓氣機、回熱器、太陽能高溫集熱器、燃燒室、燃氣透平、控制閥、蒸汽發生器、尾氣冷凝器、給水混合器、給水栗，壓氣機、回熱器空氣側、太陽能高溫集熱器、燃燒室、燃氣透平順次相連，所述的燃氣透平、回熱器煙氣側、蒸汽發生器煙氣側、尾氣冷凝器順次相連，所述的尾氣冷凝器回收水側、給水混合器、給水栗、蒸汽發生器水側、燃燒室順次相連。
[0008]發電方法是:利用太陽能高溫集熱器對進入到燃燒室的空氣(或空氣與飽和蒸汽的混合氣體)加熱，太陽能高溫集熱器出口工質的溫度達到700°C以上，降低了燃燒室的燃料消耗量。進入蒸汽發生器中的水是由給水栗提供的，水的壓力為2—30bar左右，利用從回熱器煙氣側出口排出的溫度為270°C左右的高溫煙氣對進入蒸汽發生器中的水進行加熱，使之達到飽和蒸汽溫度100—250°C左右，從而充分利用了煙氣余熱，大大降低了煙氣的排煙溫度和余熱損失，被吸收余熱后的煙氣經過尾氣冷凝器回收部分水后排入大氣。蒸汽發生器產生的飽和蒸汽通到回熱器空氣側進口前，或通到燃燒室，通過回注蒸汽可以在保證輸出功率的情況下，減少壓氣機的進氣量，進而減少壓氣機的耗功，提高燃氣輪機的發電效率和比功。當太陽輻射無太陽輻射或輻射不足時，通過控制閥調節通過太陽能高溫集熱器的工質流量或者直接進入燃燒室，以實現24小時不間斷發電。
[0009]與現有技術相比，本專利提出的系統優點在于:
[0010]1、通過增加太陽能高溫集熱器，提高進入燃燒室空氣(或空氣與飽和蒸汽的混合氣體)溫度，減少燃料用量；
[0011]2、通過回注蒸汽降低燃燒室過高溫度，可減少過量空氣量，減少燃燒室的排放，減少壓氣機耗功，提尚系統比功率；
[0012]3、通過利用回注蒸汽進行煙氣余熱再次回收，在保證系統電功率條件下，提高系統整體發電效率。
【附圖說明】
[0013]圖1是一種太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電的具體方案；
[0014]圖2是另一種太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電的具體方案；
[0015]圖中，1-壓氣機、2-回熱器、3-太陽能高溫集熱器、4-燃燒室、5-燃氣透平、6-控制閥、7-蒸汽發生器、8-尾氣冷凝器、9-給水混合器、I O-給水栗。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合附圖，對設計的兩種方案進行清楚，完整的描述。
[0017]如圖1所示，一種基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電具體方案，該方案包括壓氣機1、回熱器2、太陽能高溫集熱器3、燃燒室4、燃氣透平5、控制閥6、蒸汽發生器7、尾氣冷凝器8、給水混合器9、給水栗10。空氣由壓氣機I吸入增壓后，與蒸汽發生器7水側出口的蒸汽一起進入回熱器2空氣側進口。燃氣透平5排煙進入回熱器2煙氣側進口，加熱空氣蒸汽混合氣體，溫度降低，再進入上述蒸汽發生器7的煙氣側進口加熱給水。經回熱器2預熱的空氣蒸汽混合氣體，再進入太陽能高溫集熱器3，通過太陽能聚光系統(碟式聚光系統、塔式聚光系統、槽式聚光系統或菲涅爾式聚光系統中的一種或多種聚光系統)加熱至700°C以上，之后再進入燃燒室4。燃料(天然氣)由燃燒室4的噴口噴入，與過量空氣蒸汽混合反應，產生950 °C以上高溫燃氣，進入燃氣透平5作功，部分功率被壓氣機I消耗。燃氣透平5的排煙如上述，依次進入回熱器2、蒸汽發生器7回收余熱，最后經過尾氣冷凝器8冷凝后排入大氣，同時回收部分給水。給水由給水栗10增壓至5bar，進入蒸汽發生器7，回熱器2煙氣側出口的排煙進入蒸汽發生器7，進一步放熱加熱一定量的給水至一定壓力下的飽和蒸汽。以此循環。當太陽輻射無太陽輻射或輻射不足時，通過控制閥調節通過太陽能高溫集熱器的工質流量或直接進入燃燒室，以實現24小時不間斷發電。在滿足系統凈輸出功率和燃燒室出口煙氣溫度基本相同的條件下，相比于無太陽集熱、無回注蒸汽的燃氣輪機發電系統，該發電方法減少燃料耗量約50%;由于飽和蒸汽回注降低了燃燒室過高溫度，因此減少了燃燒所需的過量空氣耗量，從而減少壓氣機耗功，系統比功率提高27.7% ;太陽能集熱器輸入熱功率169.4kW;通過余熱回收，系統排煙溫度降低至100°C;系統發電效率提高4個百分點。
[0018]如圖2所示，另一種基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電具體方案，該方案包括壓氣機1、回熱器2、太陽能高溫集熱器3、燃燒室4、燃氣透平5、控制閥6、蒸汽發生器7、尾氣冷凝器8、給水混合器9、給水栗10。空氣由壓氣機I吸入，增壓后進入回熱器2空氣側進口，在回熱器2中被燃氣透平5高溫排氣預熱。預熱后的空氣進入集熱器3，通過太陽能聚光系統(碟式聚光系統、塔式聚光系統、槽式聚光系統或菲涅爾式聚光系統中的一種或多種聚光系統)被進一步加熱至700°C以上，進入燃燒室4。燃料(天然氣)由燃燒室3的噴口噴入，與過量空氣混合反應，產生950 0C左右高溫燃氣，進入燃氣透平5做功，部分功率被壓氣機I消耗。燃氣透平5排煙進入回熱器2放熱，預熱壓氣機I出口的空氣，溫度降低后再進入蒸汽發生器7進一步放熱，加熱一定量的給水至一定壓力下的飽和蒸汽，飽和蒸汽直接注入燃燒室4內，煙氣最后經過尾氣冷凝器8冷凝后排入大氣，同時回收部分給水。給水由水栗10增壓至5bar，進入蒸汽發生器7吸收排煙余熱，成為飽和蒸汽。以此循環。當太陽輻射無太陽輻射或輻射不足時，通過控制閥調節通過太陽能高溫集熱器的工質流量或者直接進入燃燒室，以實現24小時不間斷發電。在滿足系統凈輸出功率和燃燒室出口煙氣溫度基本相同的條件下，相比于無太陽集熱、無回注蒸汽的燃氣輪機發電系統，該發電方法減少燃料耗量約50%;系統比功率提高16.2%;太陽能集熱器輸入熱功率160.6kW;通過余熱回收，系統排煙溫度降低至186°C ;系統發電效率提高0.7個百分點。
【主權項】
1.一種基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電裝置，其特征在于包括壓氣機(1)、回熱器(2)、太陽能高溫集熱器(3)、燃燒室(4)、燃氣透平(5)、控制閥(6)、蒸汽發生器(7)、尾氣冷凝器(8)、給水混合器(9)、給水栗(10)，壓氣機(1)、回熱器(2)空氣側、太陽能高溫集熱器(3)、燃燒室(4)、燃氣透平(5)順次相連，燃氣透平(5)、回熱器(2)煙氣側、蒸汽發生器(7)煙氣偵U、尾氣冷凝器(8)順次相連，尾氣冷凝器(8)回收水偵M合水混合器(9)、給水栗(10)、蒸汽發生器(7)水側順次相連，蒸汽發生器水側出口管路與壓氣機(I)出口管路相連。2.—種基于太陽能和余熱回收的蒸汽回注式燃氣輪機發電的裝置，其特征在于包括壓氣機(I)、回熱器(2)、太陽能高溫集熱器(3)、燃燒室(4)、燃氣透平(5)、控制閥(6)、蒸汽發生器(7)、尾氣冷凝器(8)、給水混合器(9)、給水栗(10)，壓氣機(1)、回熱器(2)空氣側、太陽能高溫集熱器(3)、燃燒室(4)、燃氣透平(5)順次相連，所述的燃氣透平(5)、回熱器(2)煙氣側、蒸汽發生器(7)煙氣側、尾氣冷凝器(8)順次相連，所述的尾氣冷凝器(8)回收水側、給水混合器(9)、給水栗(10)、蒸汽發生器(7)水側、燃燒室(4)順次相連。
【文檔編號】F24J2/06GK205503282SQ201620323727
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】肖剛, 陳金利, 周鑫, 楊天鋒, 倪明江, 駱仲泱, 高翔, 岑可法, 方夢祥, 周勁松, 施正倫, 程樂鳴, 王勤輝, 王樹榮, 余春江, 王濤, 鄭成航
【申請人】浙江大學