[发明专利]联合循环发电厂

说明书

本发明涉及一种根据权利要求1所述的联合循环发电厂，其包括：兰金循环(10)，具有涡轮机(11)、废气热交换器(12)、泵(13)、冷凝器(15)和由涡轮机(11)驱动的第一发电机(G1)；多轴燃气涡轮机循环(20)，具有至少两个压缩机级(21，22，23)、燃烧器(25)、至少一个涡轮机级(24，24'，24”，24”')和由至少一个涡轮机级(24，24'，24”，24”')驱动的第二发电机(G2)；其中在两个压缩机级(21，22，23)之间的压缩空气路径中布置有中间冷却器(27，28)，使得用于燃烧器(25)的压缩空气的温度被降低。来自中间冷却器(27，28)的冷侧路径与兰金循环(10)的废气交换器(12)并行连接，使得除了来自废气热交换器(12)的废气热之外，来自中间冷却器(27，28)的余热也供给兰金循环。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的联合循环发电厂。

背景技术

简单的循环燃气涡轮机发电厂的效率相对较低并且废气的温度较高(400至600℃)。因此，很大一部分的燃料能量被倾倒并且没有被转换成期望形式的电能。因此，简单的循环燃气涡轮机发电厂不太适合用于基本负载发电。但是废气的高温允许热回收技术的使用，以便提高整个电厂的效率。图1中示出了针对这种联合循环发电厂的示例，其中燃气涡轮机循环与底部兰金循环或特别是有机兰金循环(ORC)组合。

最常用在联合循环发电厂中的是用于从废气中回收能量的底部兰金循环。这种兰金循环通常基于水蒸汽流体，而有机兰金循环则基于使用有机高分子量流体。废气的低温被转换成有用功，其可以包括转换成电能。

此外，燃气涡轮机循环的效率可以通过中间冷却器来提高，其中在两个压缩机级之间，压缩空气是冷却的，或者利用同流换热器来提高，其中压缩空气在进入燃烧室之前被废气加热。

还可以将所有这些技术组合以提高联合循环发电厂的整体效率。当使用同流换热时，废气将具有通常在180至300℃的范围内的较低的温度。在这种情况下，由于有机流体的蒸发温度较低，使用有机兰金循环将是合适的。但在这里，来自中间冷却器的热量通常会被排放到大气中而不被使用。

这个问题已经在由R.Braun、K.Kusterer、T.Sugimoto、K.Tanimura和D.Bohn在第六届International Conference on Pumps and Fans with Compressors and WindTurbines提出的文献“Thermodynamic and design considerations of organic Rankinecycles in combined application with a solar thermal gas turbine”中得到解决。这里建议在联合循环发电厂中将来自中间冷却器的余热输出到有机兰金循环，以便在冷的有机流体被废气热交换器加热到最终温度之前将该冷的有机流体加热。由此，有机流体具有在有机兰金循环内串联定位的两个热源。第一热源是中间冷却器，以及第二热源是燃气涡轮机的废气。这种现有技术布置的问题在于，通过两个串联加热器加热ORC流体并且使用上部温度水平的加热器中的废气将导致高的排气温度，该温度高于离开第一ORC流体加热器的ORC流体的温度。这会限制废气中能量的最大使用。该设计不易控制，因为当蒸发温度随压力变化时，特别是在部分负载下，两个热源的操作彼此相关。

发明内容

因此，本发明的目的是提供具有进一步改进的总体效率的联合循环发电厂。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1的联合循环发电厂来实现，该联合循环发电厂包括：

-兰金循环，具有涡轮机或膨胀机、废气热交换器、泵、冷凝器和由涡轮机驱动的第一发电机，

-多轴燃气涡轮机循环，具有至少两个压缩机级、燃烧器、至少一个涡轮机级和由至少一个涡轮机级驱动的第二发电机，