CN103670712B - 一种燃气轮机发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用低热值燃气的燃气轮机发电系统，包括：燃气轮机、热回收系统和一系列管路，其中，所述燃气轮机包括低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压透平、低压透平和动力透平组成，所述热回收系统包括第一回热器、第二回热器和中冷换热器；所述中冷换热器通过管路分别与低压压气机、高压压气机相连接，第二回热器通过管路分别与高压压气机、燃烧室相连接，燃烧室、高压透平、低压透平和动力透平之间通过管路依次连接在一起，第一回热器通过管路分别与动力透平、第二回热器相连接。本发明可以燃用1.0‑2.0MJ/kg的低热值燃气，有利于热能充分利用，降低污染物排放。

Description

一种燃气轮机发电系统

技术领域

本发明属于机械领域，特别涉及一种燃气轮机发电系统。

背景技术

在煤炭和石化工程中经常有大量的低热值气体产生，其组成是大量的氮气、二氧化碳、水蒸汽混合极少量的可燃气体，如甲烷、一氧化碳和氢气等，也常混有硫化氢等有毒有害气体。如果将这些低热值气体直接排放，则会影响周围环境安全，一般多采用火炬燃烧等形式做无害化处理，但也浪费了大量的热能，造成了资源和能源浪费。

一般1.0-2.0MJ/kg的低热值气体，在常温情况下不易点燃，不易形成稳定的燃烧过程。特别是在其氧化燃烧反应过程中，空气流量远小于燃气流量，这是与普通高热值燃料燃烧过程一个显著不同的地方。

低热值燃料的热点火和稳燃，一般必须配合一定的热量回收作为反应物的预热过程，以提高燃烧反应温度，使燃烧进行迅速而彻底。

燃气轮机是将热能直接转变为机械能的紧凑型高效涡轮机械。一般的燃气轮机是将助燃空气进行压缩，然后在燃烧室内喷入高热值燃料燃烧放热，推动透平做功。

以压缩助燃空气为主的燃气轮机过程不适应低热值燃料燃烧中助燃空气流量小的特点。一般燃气轮机排烟温度较高，如果采用空气助燃，会造成烟气带走显热较大，也没有达到极限回收余热的要求。

发明内容

基于现有技术中存在的上述技术问题。本发明的目的在于提出了一种燃气轮机发电系统，可以提高燃机整体效率。

本发明提供了一种燃气轮机发电系统，包括：燃气轮机、热回收系统和一系列管路，其中，所述燃气轮机包括低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压透平、低压透平和动力透平组成，所述热回收系统包括第一回热器、第二回热器和中冷换热器；所述中冷换热器通过管路分别与低压压气机、高压压气机相连接，第二回热器通过管路分别与高压压气机、燃烧室相连接，燃烧室、高压透平、低压透平和动力透平之间通过管路依次连接在一起，第一回热器通过管路分别与动力透平、第二回热器相连接。

进一步的，燃气轮机发电系统，还包括：由管路供给的低热值燃料依次经过低压压气机、中冷换热器和高压压气机，被压缩到800-1000kPa和300℃，压缩升温后的低热值燃料经过第二回热器，被高温烟气预热到550℃，然后将排烟温度冷却至300℃；此时富氧或纯氧助燃气体经过第一回热器被预热到600℃，预热后的低热值燃料和助燃气体进入燃烧室进行氧化燃烧反应；燃烧室高温排烟依次经过高压透平、低压透平和动力透平后，带动高压气机和低压压气机转动，同时向外输出轴功，带动发电机运转。

进一步的，燃气轮机发电系统的动力透平排出的烟气温度为600℃，依次经过第一回热器和第二回热器之后，降低至300℃，用于预热锅炉或者吸收式制冷机组的热源.。

进一步的，燃气轮机发电系统的中冷换热器的冷源具体为冷却水、空气冷却或者吸收式制冷机组冷源。

进一步的，燃气轮机发电系统的燃烧室内设置耐高温材料多孔结构，用于稳定燃烧。

本发明的燃气轮机发电系统具有以下效果：充分利用低热值燃料热能，效率高，经济效益显著；根据低热值燃料燃烧反应特点，进行充分的回热操作，提高低热值燃料和助燃气体预热温度，实现稳定的热点火和燃烧过程；根据低热值燃料燃烧反应特点，采用燃料气压缩的方式和中冷回热，提高了燃气轮机出力和效率；根据低热值燃料燃烧反应特点，采用富氧或纯氧作为助燃气体，改善燃烧室内混合气体中氧气浓度，降低了烟气流量，进而降低了系统排烟散热量，提高了系统效率；根据低热值燃料燃烧反应特点，采用先预热助燃气体后预热低热值燃料的回热循环，使得助燃气体和燃料都可以预热到较高同时又较为一致的燃烧室入口温度，达到了充分回收预热的效果，也使得燃烧室入口点火处不会受到较大的冷气流冲击，有助于稳定点火和燃烧；排烟温度较低，实现了热能充分利用。根据低热值燃料燃烧反应特点，燃烧室内配置增加辐射面积的耐高温材料多孔结构，达到稳燃效果。

附图说明

图1 是本发明的一种燃气轮机发电系统结构示意图。

图中，1，低压压气机， 2，高压压气机， 3，燃烧室，4， 高压透平， 5，低压透平，6，动力透平，7，回热器，8，回热器，9，中冷换热器，10，低热值燃料，11，烟气，12，富氧或纯氧助燃气体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种燃气轮机发电系统，该燃气轮机发电系统使用低热值燃料，包括：燃用低热值燃料的燃气轮机、热回收系统和相应管路，其中，燃气轮机包括了低压压气机1、高压压气机2、燃烧室3、高压透平4、低压透平5和动力透平6组成。热回收系统包括回热器7、回热器8和中冷换热器9。中冷换热器9通过管路分别与低压压气机1、高压压气机2相连接，回热器8通过管路分别与高压压气机2、燃烧室3相连接，燃烧室3、高压透平4、低压透平5和动力透平6之间通过管路依次连接在一起，另外，回热器7通过管路分别与动力透平6、回热器8之间连接在一起，回热器7通过管路接收富氧或纯氧助燃气体12。具体的燃气轮机发电系统的工作流程如下：

由管路供给的低热值燃料依次经过低压压气机1、中冷换热器9和高压压气机2，被压缩到800-1000kPa和300℃左右，这里的采用中冷换热器9可以降低高压压气机2的功耗。

压缩升温后的低热值燃料经过回热器8，被高温烟气预热到550℃左右，然后将排烟温度冷却至300℃左右。

此时富氧或纯氧助燃气体经过回热器7，被预热到600℃左右，同时，因为助燃气体量比较小，特别是在采用纯氧的情况下，仅为燃料体积流量的5%左右，使得排烟在回热器7中的温度降不大，烟气侧出口温度可以维持在550℃以上。

预热后的低热值燃料和助燃气体进入燃烧室3进行氧化燃烧反应。因为低热值燃料的火焰传播速度较低，燃烧反应以一种弥散燃烧的形式进行，不需要传统的涡流火焰稳定器，在燃烧室3内可以加入增加辐射面积的耐高温材料多孔结构，以获得更好的稳燃效果。

燃烧室3高温排烟依次经过高压透平4、低压透平5和动力透平6后，带动高压气机2和低压压气机1转动，同时向外输出轴功，带动发电机等设备运转。

动力透平6排出的烟气温度为600℃左右，依次经过回热器7和回热器8之后，降低至300℃左右，可以作为预热锅炉或者吸收式制冷机组的热源。

中冷换热器9的冷源可以采用冷却水、空气冷却或者吸收式制冷机组冷源。

本发明的燃气轮机发电系统具有以下效果：充分利用低热值燃料热能，效率高，经济效益显著；根据低热值燃料燃烧反应特点，进行充分的回热操作，提高低热值燃料和助燃气体预热温度，实现稳定的热点火和燃烧过程；根据低热值燃料燃烧反应特点，采用燃料气压缩的方式和中冷回热，提高了燃气轮机出力和效率；根据低热值燃料燃烧反应特点，采用富氧或纯氧作为助燃气体，改善燃烧室内混合气体中氧气浓度，降低了烟气流量，进而降低了系统排烟散热量，提高了系统效率；根据低热值燃料燃烧反应特点，采用先预热助燃气体后预热低热值燃料的回热循环，使得助燃气体和燃料都可以预热到较高同时又较为一致的燃烧室入口温度，达到了充分回收预热的效果，也使得燃烧室入口点火处不会受到较大的冷气流冲击，有助于稳定点火和燃烧；排烟温度较低，实现了热能充分利用。根据低热值燃料燃烧反应特点，燃烧室内配置增加辐射面积的耐高温材料多孔结构，达到稳燃效果。

上面描述仅是本发明的一个具体实施例，显然在本发明的技术方案指导下本领域的任何人所作的修改或局部替换，均属于本发明权利要求书限定的范围。

Claims (2)

1.一种燃气轮机发电系统，包括：燃气轮机、热回收系统和一系列管路，其特征在于：所述燃气轮机包括低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压透平、低压透平和动力透平组成，所述热回收系统包括第一回热器、第二回热器和中冷换热器；所述中冷换热器通过管路分别与低压压气机、高压压气机相连接，第二回热器通过管路分别与高压压气机、燃烧室相连接，燃烧室、高压透平、低压透平和动力透平之间通过管路依次连接在一起，第一回热器通过管路分别与动力透平、第二回热器相连接；

由管路供给的低热值燃料依次经过低压压气机、中冷换热器和高压压气机，被压缩到800-1000kPa和300℃，压缩升温后的低热值燃料经过第二回热器，被高温烟气预热到550℃，然后将排烟温度冷却至300℃；此时富氧或纯氧助燃气体经过第一回热器被预热到600℃，预热后的低热值燃料和助燃气体进入燃烧室进行氧化燃烧反应；燃烧室高温排烟依次经过高压透平、低压透平和动力透平后，带动高压气机和低压压气机转动，同时向外输出轴功，带动发电机运转；

所述动力透平排出的烟气温度为600℃，依次经过第一回热器和第二回热器之后，降低至300℃，用于预热锅炉或者吸收式制冷机组的热源；所述燃烧室内设置耐高温材料多孔结构，用于稳定燃烧。

2.如权利要求1所述的燃气轮机发电系统，其特征在于，所述中冷换热器的冷源具体为冷却水、空气冷却或者吸收式制冷机组冷源。