[发明专利]一种使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的方法及装备

说明书

技术领域：本发明涉及一种利用能源方法及设备，尤其是一种使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的方法及装备，属于能源科技领域。

背景技术：我国是以煤炭为主要一次能源的国家，煤炭占据一次能源的65％以上。目前我国煤炭产量和消费总量均列世界首位，而且煤炭产量仍在上升，2009年已经达到近25亿吨。我国大部分电力依靠燃煤电厂产生，每年由于燃煤产生大量的大气污染物的排放，目前我国二氧化硫和氮氧化物的排放均为世界首位。因此，我国面临能源供应安全和环境保护的双重压力，洁净煤技术的发展刻不容缓。根据我国的实际情况，煤基多联产和IGCC以及煤的液化技术将是我国煤炭清洁利用的主流技术，在保障我国能源供应安全方面将发挥巨大作用。

目前技术采用的是氢气与空气的燃烧或富氢气燃气做燃气轮机的燃料，并进行了一些热力学分析。包括西门子公司也正在进行氢气燃气轮机清洁燃烧过程的研究。这些技术目前采用纯氢气和空气以及纯氧为燃烧体系，面临的直接问题是燃气轮机对纯氢燃烧产生的极高温度的容忍程度。一些研究人员提出采用超高温陶瓷为燃气轮机部件，另外一些技术提出第一代氢气燃气轮机技术采用空气为助燃气体。这些均处在概念性研究阶段，同时，虽然尾气中主要产物是水蒸气和氮气，减少了碳排放，但因燃烧温度过高而存在热力氮氧化物生成量增加而导致NOx的排放增加的问题。因此，第一代氢气燃气轮机技术的工业应用难以进行。

发明内容：针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的方法及装备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的方法，采用纯氢气为燃料，以纯氧和再循环高温水蒸气的混合物为助燃气体(氧气分压为15-45％)，在燃气轮机燃烧室中进行氧燃料燃烧，从而产生高温高压水蒸气，驱动燃气透平发电。出口的蒸汽进入蒸汽透平进一步产生电力。

一种使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的装备，包括空分装置，纯氧缓冲罐，压气机，纯氢气源，燃烧室，燃气透平，第一发电机，第二发电机和蒸汽透平，水蒸气再循环装置。空分装置与纯氧缓冲罐连接。纯氧缓冲罐与压气机连接。再循环水蒸气管道连接在纯氧缓冲罐和压气机之间。燃烧室入口端与纯氢气源和压气机连接，出口端与燃气透平连接。第一发电机与燃气透平连接。燃气透平与蒸汽透平连接，蒸汽透平与第二发电机连接。

本发明通过燃气-蒸汽联合发电，提高发电效率。由于尾气中只有水蒸气，很容易得到进一步利用，因此，该技术装备将不产生空气污染物，属于零污染排放系统。利用本发明提出的技术，燃气轮机部件不需要在超高温条件下工作，同时还解决在空气燃烧条件下热力氮氧化物生成量增加的问题，因此具有很大的推广优势。

附图说明：

图1是使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的方法流程图。

图2是使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧设备的组成和原理框图。

图3是基于煤气化制氢、氢气为燃料的燃气轮机氧燃料燃烧的零碳排放新型多联产工艺和技术流程框图。

具体实施方式：

如图1所示：一种使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的方法，该技术的核心部分是采用纯氢气为燃料，以纯氧和再循环高温水蒸气的混合物为助燃气体(氧气分压为15-45％)，在燃气轮机燃烧室中进行氧燃料燃烧，从而产生高温高压水蒸气，驱动燃气透平发电。出口的蒸汽进入蒸汽透平进一步产生电力。通过燃气-蒸汽联合发电，提高发电效率。