燃气电站的热功循环发电系统及方法
本发明公开燃气电站的热功循环发电系统及方法，通过空气分段压缩得到压力空气与膨胀后的燃气换热；压力空气一是为燃料燃烧供氧，二是控制燃烧后的温度。天然气分段压缩得到压力天然气与膨胀后的燃气换热，一方面使燃料天然气得以预热，另一方又回收了膨胀后的燃气中的余热。换热后的压力天然气和压力空气在燃烧室中定压燃烧形成高压高温燃气经多级涡轮膨胀做功用于发电，同时燃气温度降低。本发明不再需要设置废锅汽轮机发电部分。本发明的新热功循环天然气电站方案，在目前同等设备性能参数及工程条件下，天然气发电效率可以从目前的50%‑55%提高至65%‑70%。
发明专利
CN202410647409.6
2024-05-22
CN118407841A
2024-07-29
F02C7/08(2006.01)
福州一滴通企业管理有限公司
尤彪;童庆松;陈旭;王晓玲
350000 福建省福州市台江区新港街道五一中路169号利嘉城二期16#楼23层2328单元
福州君诚知识产权代理有限公司
戴雨君
福建;35
1.燃气电站的热功循环发电系统，其特征在于：其包括依次连接的空气燃气多段压缩系统、燃气换热器、定压燃烧室、燃气膨胀机和发电机； 空气燃气多段压缩系统包括并行设置的空气多段压缩系统和燃气多段压缩系统，空气多段压缩系统连接空气源，空气多段压缩系统将常压空气进行多段压缩成具有第一力压的压力空气；燃气多段压缩系统连接燃气源，燃气多段压缩系统将燃气源提供的燃气进行多段压缩成具有第一力压的压力燃气； 燃气换热器具有具有至少三个输入口；压力空气和压力燃气分别通过各自对应的输入口接入燃气换热器；燃气换热器的另一输入口为膨胀燃气接口，并且膨胀燃气接口接入燃气膨胀发电系统输出的具有第四压力且第三温度的膨胀燃气；压力空气和压力燃气在燃气换热器内分别与膨胀燃气换热得到第二压力且第一温度的换热压力空气和换热压力燃气；第三温度大于第一温度，且第一温度等于第三温度减去燃气换热器中换热温差； 定压燃烧室连接燃气换热器的输出端，换热压力空气和换热压力燃气在定压燃烧室内定压燃烧得到第三压力且第二温度的高温高压燃气；第二温度大于第三温度； 定压燃烧室连接燃气膨胀机，定压燃烧室输出高温高压燃气至燃气膨胀机；燃气膨胀机将高温高压燃气经多级涡轮绝热膨胀为膨胀燃气； 燃气膨胀机分别连接发电机和燃气换热器，燃气膨胀机在膨胀过程带动发电机发电，燃气膨胀机向燃气换热器提供具有第四压力且第三温度的膨胀燃气用于换热； 空气多段压缩系统包括依次串接的至少五段空气压缩机，每段空气压缩机的输出端连接一冷却器，每段冷却器将对应段空气压缩机输出的压力空气冷却至常温； 燃气多段压缩系统包括依次串接的两段燃气压缩机，每段燃气压缩机的输出端连接一冷却器，每段冷却器将对应段燃气压缩机输出的压缩燃气冷却至常温。 2.根据权利要求1所述的燃气电站的热功循环发电系统，其特征在于：换热温差为20~30摄氏度；压力空气具有第四温度，压力燃气具有第五温度；第一温度大于第四温度且第一温度大于第五温度。 3.根据权利要求2所述的燃气电站的热功循环发电系统，其特征在于：燃气源为天然气管网，空气源为大气，天然气管网的压力为10bar，大气压力为1bar，第一压力为38bar，第二压力为38bar，第三压力为38bar，第四压力为1.1bar；第一温度为500摄氏度；第二温度为1300摄氏度；第三温度为520摄氏度；第四温度和第五温度均为25摄氏度；空气多段压缩系统采用五段空气压缩机，五段空气压缩机中前4段压缩比均为2，第五段的压缩比为2.4；两段燃气压缩机的压缩比均为1.95。 4.根据权利要求2所述的燃气电站的热功循环发电系统，其特征在于：燃气源为煤气化装置且空气源为大气时，取消燃气多段压缩系统，煤气化装置直接输出第一压力的煤气至燃气换热器；大气压力为1bar，第一压力为100bar，第二压力为38bar，第三压力为38bar，第四压力为1.1bar；第一温度为230摄氏度；第二温度为1300摄氏度；第三温度为250摄氏度；第四温度和第五温度均为25摄氏度；空气多段压缩系统采用六段空气压缩机，六段空气压缩机的压缩比均为2.2至2.3。 5.根据权利要求2所述的燃气电站的热功循环发电系统，其特征在于：燃气源为天然气管网且空气源为液化空气储能装置时，取消空气多段压缩系统，液化空气储能装置提供第一压力的压力空气直接输出至燃气换热器；燃气多段压缩系统的两段燃气压缩机的压缩比均为1.95； 第一压力为38bar，第二压力为38bar，第三压力为38bar，第四压力为1.1bar；第一温度为500摄氏度；第二温度为1300摄氏度；第三温度为520摄氏度；第四温度和第五温度均为25摄氏度。 6.根据权利要求2所述的燃气电站的热功循环发电系统，其特征在于：当燃气源为燃油且空气源为大气时，取消燃气多段压缩系统，燃油通过柱塞泵直接加压至第二压力并喷入定压燃烧室；空气多段压缩系统采用段空气压缩机，并去除第五段空气压缩机对应的冷却器，第五段空气压缩机的输出端直接连接燃气换热器；膨胀燃气经燃气换热器形成第六温度的燃气进入溴化锂制冷水系统制取冷冻水；溴化锂制冷水系统分别连接前四段的冷却器以提供冷冻水，以降低空气压缩机的压缩功耗。 7.燃气电站的热功循环发电方法，采用了权利要求1至6任一项所述的燃气电站的热功循环发电系统，适用于气态燃气，其特征在于：方法包括以下步骤： 步骤1，获取空气源提供的空气，判断空气源提供的空气是否为第一压力的压力空气；如果是，执行步骤2；否则，利用空气多段压缩系统将空气源提供的空气处理为具有第一压力的压力空气并执行步骤2； 步骤2，判断燃气源提供的燃气是否为第一压力的压力燃气；如果是，执行步骤3；否则，利用燃气多段压缩系统将燃气源提供的燃气处理为具有第一压力的压力燃气并执行步骤3； 步骤3，具有第一压力的压力空气和压力燃气在燃气换热器内分别与燃气膨胀机提供的具有第四压力且第三温度的膨胀燃气进行换热得到第二压力且第一温度的换热压力空气和换热压力燃气； 步骤4，换热压力空气和换热压力燃气在定压燃烧室内定压燃烧得到第二温度的高温高压燃气； 步骤5，高温高压燃气输送至燃气膨胀机内进行多级绝热膨胀得到具有第四压力且第三温度的膨胀燃气输出至燃气换热器，膨胀过程输出功带动发电机发电。 8.根据权利要求7所述的燃气电站的热功循环发电方法，其特征在于：气态燃气为天然气、煤气，步骤2中换热后的膨胀燃气通过烟囱排入大气。 9.燃气电站的热功循环发电方法，采用了权利要求1至6任一项所述的燃气电站的热功循环发电系统，适用于液态燃气，其特征在于：方法包括以下步骤： 步骤11，获取空气源提供的空气，判断空气源提供的空气是否为第一压力的压力空气；如果是，执行步骤12；否则，利用空气多段压缩系统将空气源提供的空气处理为具有第一压力的压力空气并执行步骤12； 步骤12，压力空气在燃气换热器内分别与燃气膨胀机提供的具有第四压力且第三温度的膨胀燃气进行换热得到第二压力且第一温度的换热压力空气； 步骤13，液态燃气通过柱塞泵加压至第二压力并喷入定压燃烧室，并与换热压力空气定压燃烧得到第二温度的高温高压燃气； 步骤14，高温高压燃气输送至燃气膨胀机内进行多级绝热膨胀得到具有第四压力且第三温度的膨胀燃气输出至燃气换热器，膨胀过程输出功带动发电机发电。 10.根据权利要求9所述的燃气电站的热功循环发电方法，其特征在于：液态燃气为燃油；第一压力等于第二压力；步骤11中空气多段压缩系统采用五段空气压缩机，并去除第五段空气压缩机对应的冷却器，第五段空气压缩机的输出端直接连接燃气换热器；步骤12中换热后的膨胀燃气进入溴化锂制冷冻水系统，制取冷冻水用在空气多段压缩系统的段间冷却器，以降低空压机压缩功耗；步骤13中燃烧温度由柱塞泵注入液态燃气量调整。