[发明专利]利用凝汽器冷却水回水废热加热气体燃料的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用凝汽器冷却水回水废热加热气体燃料的方法及装置，属于节能减排发电设备技术领域。

技术背景

目前，由于燃气轮机具有效率高、造价低、环境友好、占地少、调控灵活等优点，因此在以燃气轮机为主机的发电机组中得到广泛应用，已经成为世界各国为实现节能减排而积极发展的发电技术。

以燃气轮机和蒸汽轮机为主机的发电机组，是在燃气轮机中通过燃烧一定参数的气体燃料，产生的烟气做功发电，其排烟将剩余的热量带入余热锅炉内加热介质水变为蒸汽，高参数蒸汽进入蒸汽轮机，同时蒸汽轮机配置凝汽器，通过冷却水冷却蒸汽轮机的排汽形成负压，使得蒸汽轮机能做功发电或者供热。

燃料的传统加热方式一般需要消耗额外的燃料或其他能源来实现，其主要形式可以分为一次能源加热和二次能源加热两种类别。

在电厂里普遍采用的是电加热方式和水浴炉方式等一次能源加热方式。电加热方式是通过在燃料管道上缠绕发热电阻丝，或者使燃料通过电加热器进行加热，这种方式都需要消耗较多的电能，使机组厂用电增加，降低供电效率。水浴炉方式是从气体燃料中间抽取部分燃料燃烧加热介质水，通过高温水汽再加热主气体燃料，这种方式直接消耗了额外的燃料，效率较低并增加发电成本。

近年发展有二次能源加热燃料气方式，包括辅助蒸汽加热方式和采暖回水加热方式。辅助蒸汽加热方式是从蒸汽轮机中抽出高品位蒸汽直接加热燃料气，这种方式不像一次能源加热方式直接消耗燃料或者能源成品，而是使燃料进入发电机组燃烧做了一部分功后中间抽取能量，较一次能源有节能改进，但是高品位蒸汽本可以在蒸汽轮机继续做功，因此这种方式仍旧是高能低用方式。采暖回水加热方式，则是北方地区通过采暖回水先加热燃料，回水被冷却后再回到热力系统中继续加热到供暖热水温度，虽然回水温度较低，属于低能低用的方式，但回水被冷却后需要更多的热量加热到供暖热水温度，本质上仍需要消耗额外的能源加热燃料气。

如图3所示，目前，大多数联合循环电厂采用水浴炉加热燃料气。在电厂外管网供气管道上分一部分在水浴炉中单独燃烧，其高温烟气加热常温介质水成为热水和水蒸气，利用水蒸气的气化潜热继而加热主燃料气。介质水在壳体内由水变成水蒸气，然后又由水蒸气冷凝成水，密闭循环，启动前一次性加入水之后不需要再补水。系统主要由水浴炉、烟囱、启动电加热器、调压器和燃料气管线组成。该技术利用了燃料气的特性，燃烧燃料气产生的热量加热自身主燃料气，系统设置简单，但存在如下缺点：(1)在机组运行的全过程更需要长期保持燃料气的额外消耗，浪费能源，增加电厂运营成本。(2)通过中间介质水二次加热燃料气，能源利用效率较低，排放的烟气温度较高，污染环境。(3)水浴炉内存在热水和水蒸气并存的介质，使得管道“两相流”振动风险较大，容易产生爆管等安全事故，存在安全隐患。(4)燃料气分多支路运行和控制，不利于可燃气体泄漏监测，存在较高的燃气泄漏和爆燃等安全风险。

此外，如图4所示，可以利用电厂内部蒸汽循环系统中的高品位辅助蒸汽加热主燃料气。具体是：燃料气通过燃气轮机做功发电，排烟余热加热蒸汽进入蒸汽轮机做功发电，高热值的蒸汽在蒸汽轮机内中间被抽取一部分，通往燃气轮机燃料加热系统，通过蒸汽-燃气换热器加热主燃料气。系统效率较消耗一次能源加热方式得到改进，但存在如下缺点：(1)加热介质品位高，高能低用，不符合能源梯级利用的节能思路。(2)被抽取辅助蒸汽加热低品位的燃料气，使电厂的发电效率减小，降低了运行经济性。(3)蒸汽温度较高，管道的安全要求等级较高，提高了加热系统设备造价。(4)由于换热器有破管的风险，燃料气有可能窜入蒸汽和凝结水系统中，泄漏的燃料气随即被带入热力系统的管道和设备中，有再泄漏和爆燃的安全隐患。

发明内容

本发明的目的之一，是为了解决现有加热燃料气存在浪费能源、污染环境和安全隐患的问题，提供一种利用凝汽器冷却水回水废热加热气体燃料的方法。具有节能高效、减少污染物排放和保障机组安全运行的特点。

本发明的目的之二，是为了解决现有加热燃料气存在浪费能源、污染环境和安全隐患的问题，提供一种利用凝汽器冷却水回水废热加热气体燃料的装置。

本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：

利用凝汽器冷却水回水废热加热气体燃料的方法，其特征在于：

1)在燃气-蒸汽联合循环机组的凝汽器排水端设置一升压泵，以抽取位于蒸汽轮机蒸汽循环冷端的凝汽器的冷却水回水，经过升压泵提升压力后，送入燃料气加热系统的水-气换热结构中，由升压泵提升的压力以克服加热系统设备的阻力为准；