[发明专利]用燃气轮机从固体燃料和废热中发电的方法以及实现该方法的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电方法，并最终进行热电联产的方法，该方法建立在下述基础上，利用矿物燃料和其它可替代的燃料和废弃物的原始能量，通过它们的燃烧，最终利用了废气的热量，也就是通过间接加热和湿式循环(HAT)的燃气轮机的应用，最终将燃气轮机和蒸汽循环相结合，其中蒸汽循环是生成蒸汽-燃气混合物作为燃气轮机的工作介质的过程，该蒸汽-燃气混合物被加热至工作温度，并被冷却以最大程度地达到蒸汽-燃气混合物的蒸汽用量。

背景技术

如今，大部分电能通过蒸汽轮机发电厂产生，该发电厂利用郎肯-克劳修斯蒸汽循环将工作介质(蒸汽)的热能转化为机械能，在超临界蒸汽参数c下，原始能量(例如，煤的燃烧能量)转化为电能的效率为45％。

如今，为了全效地将燃料的原始能量转化为电能，最成功的循环是包括具有湿式循环(HAT)的汽轮机的联合蒸汽-燃气循环(GTCC)，该循环获得的效率高于50％，甚至如今可达到60％。然而，其必须采用高品质的气态或液态燃油作为燃料。

为了利用固体矿物燃料、可替代燃料和废弃物的原始能量来发电或者进行热电联产，主要是郎肯-克劳修斯循环，最终使用有组织的郎肯-克劳修斯循环(ORC)进行生物质燃料的燃烧。发电时其达到的能量转化效率明显低于采用联合蒸汽-燃气循环所获得的转化效率。

如今，为了通过布雷顿循环的方式利用固体燃料(尤其是煤)的原始能量，建立了例如IGCC(整体煤气化联合循环)系统，该系统是一种循环，该循环建立在下述基础上，将固体燃料和废弃物气化，并在燃气轮机中后继燃烧所获得的气体；该系统或者是以煤在HITAF(高温空气炉)中的燃烧为基础的联合循环。

也可利用间接加热工作介质的燃气轮机，例如采用生物质或者废弃物燃烧的尾气来加热，同时，将固体燃料燃烧生成的尾气直接作为工作介质的系统也已被研发出。

在采用布雷顿循环的所有系统中，必须确保进入到燃气轮机中的燃气或尾气的必要纯度。

还研发出燃料与氧气燃烧的系统，其目的是为了分离从燃烧产生的CO₂和获得随后可能的使用，或者实现消除其对环境的负面影响而沉积的更大可能性。

发明内容

本发明的优点在于：用来发电或者热电联产的固体矿物燃料、已很好地证实能够与空气或氧气一起燃烧的可替代的燃料或废弃物、通常使用种类的燃烧设备——例如机械加煤的、粉碎燃料的、燃气的或油的燃烧炉或流化床——可用作原始能量源。

燃烧设备具有常规设计。燃烧室连接作为传统锅炉的蒸发器，其生成的蒸汽随后与燃气轮机的压缩机生成的燃气混合生成蒸汽-燃气混合物，该混合物随后进一步被燃烧室之后的尾气所加热，然后作为燃气轮机的工作介质。冷却燃烧室而获得的热量在这里被用来给进入到燃气轮机中的工作介质提供必要的热量输入。

作为原始能量源，不仅是燃料，各种设备的废热都可以使用，例如尾气、蒸汽、水的废热。

其优点还在于，可以使用常规可得的技术用于尾气处理这个事实。

其优点还在于，可以把燃气轮机与再生换热器以及使用来自燃气轮机的废气热(尾气热)的郎肯-克劳修斯蒸汽循环装置连接在一起来使用。

其优点还在于，燃气轮机以所谓的湿式循环工作这一事实，这使得可以利用燃烧室的冷却介质的热量，并在压缩燃气时轻松地实现部分等温压缩，所述燃气是燃气轮机工作介质的组成部分。

其优点还在于，经过燃气轮机之前或者之后的蒸汽-燃气混合物的温度可以通过附加加热例如天然气而升高这一事实，通过这种方式，蒸汽-燃气混合物中的蒸汽含量提高，且经过燃气轮机之后的蒸汽-燃气混合物的温度可以通过燃烧后的原始燃料的尾气的再加热而提高。

其优点还在于，可以通过抽取因为冷却燃烧室以及为确保燃烧室得到充分冷却而生成的不可使用蒸汽，根据热回路的需要对燃气轮机进口处的蒸汽-燃气混合物中的蒸汽含量进行控制这一事实。

其优点还在于，带有高温工作介质的设备的热交换表面暴露在较低的压力下这一事实。

其优点还在于，通过合当的连接，可以获得经过燃气轮机后的蒸汽-燃气混合物的最大程度的冷凝，采用这种方式可以减少附加冷却介质的必要量。

其优点还在于，所述系统可以仅仅作为发电源而使用，也可以作为热电联产源。

其优点还在于，蒸汽-燃气混合物的蒸汽可以通过所述混合物中的液体的蒸发而获得。

附图说明