[发明专利]布列顿-蒸汽朗肯-氨蒸汽朗肯联合循环发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种布列顿-蒸汽朗肯-氨蒸汽朗肯联合循环发电装置，具体属火力发电厂动力装置技术领域。 

背景技术

燃气一蒸汽联合循环因其热效率高、启动速度快、环保条件好、安装周期短、投资费用低等一系列优点，加上近年来燃气轮机技术的飞速发展，燃气轮机单机功率也不断加大，联合循环研究已经引起世界各国的重视和实施。 

国外联合循环发电技术的研究始于上个世纪60年代末，经过几十年的发展，目前，美国、英国、日本等许多发达国家的燃气一蒸汽联合循环发电技术已比较成熟，其供电效率已达到50％以上。如美国CE公司为53％左右；ABB公司为48％～51.9％；三菱重工为5l％ ～52％。许多公司(如美国Texco公司、比利时CMI公司等)都具有比较成熟的联合循环余热锅炉性能设计、系统优化、结构优化、生产制造技术，而且已经完全掌握了联合循环余热锅炉的热力特性和运行特性。燃气-蒸汽联合循环以及目前正在开发中的双流体循环-燃气轮机回注蒸汽的程氏循环和在燃气轮机的压气机出口喷水蒸发的回热循环， 正是这种技术发展的代表，前者已经发展成熟，取得了巨大的经济效益，后两者正在加紧研究之中， 而程氏循环已有应用实例和正式产品。 

以水蒸汽为工质的火力发电厂，是大规模地进行着把热能转变成机械能，并又把机械能转变为电能的工厂。发电厂应用的循环很复杂，然而究其实质，主要是由锅炉、汽轮机、凝汽器、水泵等设备所组成的朗肯循环来完成，其工作原理是：给水先经给水泵加压后送入锅炉，在锅炉中水被加热汽化、形成高温高压的过热蒸汽，过热蒸汽在汽轮机中膨胀做功，变为低温低压的乏汽，最后排入凝汽器凝结为冷凝水，重新经水泵将冷凝水送入锅炉进行新的循环。至于火力发电厂使用的复杂循环，只不过是在朗肯循环基础上，为了提高热效率，加以改进而形成的新的循环即回热循环，回热的介质为水。朗肯循环已成为现代蒸汽动力装置的基本循环。 

现代大中型蒸汽动力装置毫无例外地全都采用抽汽加热给水回热循环，采用抽汽回热加热给水后，使给水温度提高，从而提高了加热平均温度，除了显著地提高了循环热效率以外，汽耗率虽有所增加，但由于逐级抽汽使排汽率减少，这有利于实际做功量和理论做功量之比即该循环的相对内效率η_oi的提高，同时解决了大功率汽轮机末级叶片流通能力限制的困难，凝汽器体积也可相应减少。但蒸汽在凝汽器中凝结时仍释放出大量的汽化潜热，需要大量的水或空气进行冷却，即浪费了热量、造成热污染，又浪费了电能、水资源。因此如何有效利用凝汽器中蒸汽凝结时释放的大量的汽化潜热，值得深入研究。 

电站锅炉生产过程中排放出大量的烟气，其中可回收利用的热量很多。虽然这部分余热资源浪费巨大，但回收利用有较大的难度，其主要原因是：（1）余热的品质较低，未找到有效的利用方法；（2）回收这部分烟气的余热，往往对锅炉原有热力系统做出改动，具有一定的风险性；（3）热平衡问题难以组织，难以在工厂内部全部直接利用，往往需要向外寻找合适的热用户，而热用户的用热负荷往往会有波动，从而限制了回收方法的通用性。 

顾伟等（低温热能发电的研究现状和发展趋势[J].热能动力工程.2007.03.Vol.22，No.2.）介绍了国内外低温热能发电技术的研究现状和发展趋势。从近几年低温热能发电技术研究的发展情况来看，研究工作主要集中在对动力循环工质的研究和循环过程的改进和最优控制等方面。Kalina循环、氨吸收式动力制冷复合循环等在理论上可以达到比简单循环更高的能量利用率。基于有限时间热力学的低温热能发电在考虑时变因素对系统的影响时具有重要意义，可能实现系统的能量利用的最大化。提高发电效率和环保是低温热电技术的核心内容。文中提及的Kalina循环、氨吸收式动力制冷复合循环等理论值得关注。 

上述提及卡琳娜循环发电技术还有其固有的缺点：如氨具有易燃、易爆有毒等特点，在锅炉或工业炉窑尾部烟道利用烟气余热组织卡琳娜循环发电时，必须要考虑烟气中粉尘等对布置于烟道中的换热器的磨损、腐蚀等引起的泄漏，必须要考虑由此引出的爆炸防护以及环境与工作地点的防护等；以氨水混合物为工作介质的卡琳娜循环，氨水中的氨是易燃、易爆、有毒的介质。这是卡琳娜循环发电技术在电站系统中回收含尘、有腐蚀物质的烟气余热时必须要解决的难题。 

因此如何利用蒸汽朗肯循环火力发电厂的热力学基本规律，借鉴复式朗肯循环组织思路及朗肯-Kalina等复合循环等理论的创新方法，保留基于朗肯循环原理的动力装置技术的优点,探讨新的复合循环理论，真正找到大幅度提高热力循环动力装置热效率的新途径，成为该领域研究的难点。