[发明专利]用多台燃气轮机进行燃气蒸汽联合循环发电的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气、蒸汽联合循环发电的方法以及使用该方法 的系统，具体地，涉及一种用多台燃气轮机进行燃气、蒸汽联合循环 发电的方法以及使用该方法的系统。

背景技术

在现有技术中，利用燃气轮机的燃气、蒸汽联合循环发电技术是 将燃气首先在燃气轮机中进行顶部动力循环，然后再利用燃气轮机出 口的高温烟气构造底部蒸汽动力循环，形成燃气、蒸汽联合循环。由 于顶部燃气动力循环的高热源温度较高，而底部蒸汽动力循环的低热 源温度较低，因而，燃气、蒸汽联合循环具有较高的循环效率，其循 环的净发电效率可以超过55％。

在现有的燃气、蒸汽联合循环发电系统中，空气利用燃气轮机的 压气机进行压缩，燃气则通过一个专门的燃气压缩机进行压缩。经压 缩机压缩后的燃气在燃气轮机的燃烧室内与燃气轮机压气机后的压缩 空气混合并燃烧，燃烧后的高温烟气用于推动燃气轮机的涡轮，以维 持燃气轮机自身的循环，并将余功供出发电。燃气轮机涡轮后的高温 烟气进入余热锅炉，进入蒸汽发电和供热循环。

当燃料的热值较高时，燃料在整个燃气轮机循环中所占的比例较 小，燃气轮机的压气机和涡轮的流量平衡关系较好。燃气热值越低， 燃气量相对于空气量就越大，这将带来两个问题：

其一，目前成熟的燃气轮机大都是针对高热值燃料开发的，燃气 量增大后会破坏燃气轮机压气机与涡轮的流量平衡，因此，需要对现 有的燃气轮机进行改造，或重新设计制造新型号的燃气轮机。根据计 算，不论采用何种可能的改造方法，例如，增加压气机的压比、关小 压气机进口可调导叶角度，减小压气机进口空气流量、降低涡轮前温 度、从压气机末级抽气、增加涡轮的通流面积，都将降低燃气轮机的 循环效率。重新设计制造新的燃气轮机，不仅周期长，费用高，而且 针对某一热值开发的燃气轮机，仍然难以应用到其它不同热值的燃料 上。

其二，燃料热值越低，所需的燃气压缩机也越大。燃气轮机压气 机的空气压缩压力一般在1.5～2.2MPa之间，因此燃气也需要压缩到 相应的压力。这样的燃气压缩机要消耗掉整个燃气轮机净输出轴功的 一个可观比例，例如，对热值为800×4.18kJ/m³的高炉煤气，燃气压 缩机要消耗燃气轮机输出轴功的35～40％。通常，燃气压缩机的效率 低于燃气轮机压气机的效率，而燃气压缩机用燃气轮机同轴或旁轴驱 动时，还有联轴机构和减速机的机械传动损失，如果用电机驱动，还 有从涡轮轴到发电机、再到电动机和压缩机各个环节之间的电力转换 和机械传动损失。

由于上述两个问题，低热值燃气用于燃气、蒸汽联合循环发电系 统时，其效率低于高热值燃气。例如，对于天然气，热电转换效率可 达56％，而对热值为800×4.18kJ/m³的高炉煤气，其热电转换效率却 低于46％。另外，针对不同热值的燃气燃料，需要对现有燃气轮机的 压气机、燃烧室和涡轮均进行相应的改造，甚至研发新的燃气轮机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用多台燃气轮机进行燃气、蒸汽联合 循环发电的方法以及使用该方法的系统。

本发明的一种用多台燃气轮机进行燃气、蒸汽联合循环发电的方 法，包括：1)用部分燃气轮机的压气机压缩燃气，用其余燃气轮机的 压气机压缩空气；2)将所述用于压缩燃气的燃气轮机和用于压缩空气 的燃气轮机在各自的压气机后分别取出部分气体供给对方的燃烧室进 行混合燃烧，使在各自的燃烧室中混合燃烧的燃气与空气的比例符合 燃气燃值所要求的比例；3)用所述燃烧产生的高温烟气推动燃气轮机 的涡轮，以维持各燃气轮机的自身循环并对外发电；4)将燃气轮机涡 轮后的高温烟气引入余热锅炉，进入蒸汽发电和供热循环。

本发明的另外一种用多台燃气轮机进行燃气、蒸汽联合循环发电 的方法，包括：1)用部分燃气轮机的压气机压缩燃气，用其余燃气轮 机的压气机压缩空气；2)将用于压缩燃气的燃气轮机和用于压缩空气 的燃气轮机在各自的压气机后取出全部气体，送往外部的燃烧室进行 掺混燃烧，使在外部燃烧室内掺混燃烧的燃气与空气的比例符合燃气 燃值所要求的比例；3)将外部燃烧室燃烧生成的高温烟气送回到各燃 气轮机的涡轮前，推动各自的涡轮，维持各燃气轮机的自身循环并对 外发电；4)将燃气轮机涡轮后的高温烟气引入余热锅炉，进入蒸汽发 电和供热循环。