[发明专利]一种集成垃圾‑燃气‑蒸汽的整体联合循环发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多源(垃圾、燃气、蒸汽的能源)互补的整体联合循环发电系统，尤其涉及一种集成垃圾、燃气和蒸汽的整体联合循环发电系统。

背景技术

随着我国城市化进程的不断推进，城市产生的垃圾也日益增多，垃圾处理问题迫在眉睫。据相关资料显示，我国城市垃圾正以每年8-10％的增长速率增加，而与此同时垃圾处理量的增长速率却滞后于垃圾产生的速率，垃圾侵占和污染了城市郊区大片土地，垃圾围城现象严重，我国约有1/3的城市处于垃圾包围之中。垃圾处理的方法不外乎三种：填埋、堆肥、焚烧发电。填埋处理占据大量的土地资源，容易造成土壤和水质的污染，其中填埋发酵产生的甲烷等气体，易引起火灾和温室效应。堆肥成本高昂，减量化程度小。同时二者的处理周期均较长，难以适应当前的城市发展要求。焚烧发电相较于前两者具有占地面积小、减量化程度高、对环境影响小、资源形成循环利用等特点。国家“十二五”规划将垃圾焚烧处理列为优先发展的领域。

由于我国还未真正全方位实行垃圾分类，垃圾始终处于混合收集的状况，导致垃圾的平均热值较低，同时含有较多的氯、碱金属和硫等成分，这些成分容易造成焚烧炉的腐蚀，影响机组的寿命与运行安全，在较高参数的机组上尤为明显，如采用次高温高压的广州李坑垃圾焚烧发电厂。因此，为了减少腐蚀，垃圾焚烧炉一般限制为中温中压锅炉，其主蒸汽参数为4MPa/400℃。为防止垃圾焚烧炉出口处低温腐蚀，排烟温度较高。较低的垃圾热值和主蒸汽参数以及较高的排烟温度的三重影响，使得其发电效率仅在10-20％左右。在减少设备的腐蚀、安全运行的前提下，如何进一步提高垃圾焚烧发电系统的效率迫在眉睫。

专利文献(美国发明专利，申请公布号US005724807A，申请号790247)公开了一种垃圾-燃气轮机联合循环发电系统。这种垃圾-燃气轮机联合循环发电系统由燃气轮机、垃圾焚烧炉以及汽轮机等组成。目的是在减少垃圾焚烧炉高温腐蚀的情况下，提高垃圾焚烧炉出口的蒸汽温度。其实现途径为利用燃气轮机透平排出的高温燃气对垃圾焚烧炉产生的蒸汽过热，产生的高温蒸汽进入汽轮机做功，燃气轮机排出的高温燃气加热蒸汽后温度降低，再用于加热进入焚烧炉的给水和空气。该发电系统提高了蒸汽的温度，汽轮机做功能力增大，也提高垃圾焚烧炉产生的蒸汽发电系统的热效率，避免了由于提高蒸汽的温度使焚烧炉腐蚀加剧的问题，使垃圾焚烧炉的寿命不至于因为提高蒸汽的温度而缩短。整个系统结构紧凑，占地面积相对较少。

但是如上所述，燃气轮机排出的高温燃气用于加热垃圾焚烧炉产生的蒸汽，使之过热后，再用于加热进入焚烧炉的给水和空气，由于燃气与进入焚烧炉的给水和空气的温差较大，传热导致的损很大，从按照能量品位合理综合用能的观点看，这样的配置方式很不合理，未实现真正的能量按照品位合理梯级利用。

专利文献(美国发明专利，申请公布号US6604354B2，申请号09/988,143)公开了一种针对现运行低容量蒸汽循环发电机组改造的联合循环发电系统，此专利也适用于垃圾焚烧蒸汽循环发电机组。该种联合循环发电系统由燃气轮机、余热锅炉、汽轮机以及现运行低容量锅炉构成。目的是解决现运行的蒸汽循环发电机组存在的功率小、热效率低，面临淘汰的问题，利用燃气-蒸汽联合循环的高循环热效率提高整套装置的功率和热效率，实现高效、环保、经济运行。余热锅炉产生的蒸汽和现运行锅炉产生的蒸汽一同混合进入汽轮机做功，做功后的乏汽经冷凝和加压后进至余热锅炉和现运行锅炉。汽轮机和燃气轮机分别驱动发电机发电，产生电能。该系统提高了整套装置的出力，系统简单，同时减少汽轮机的台数，避免新建电厂带来的额外高设备费和建造费。

如上所述，这种联合循环发电系统只是简单地将余热锅炉和现运行锅炉的蒸汽混合，并未提高现运行锅炉出口的主蒸汽参数，现运行蒸汽发电系统的效率未得到提高。同时由于两股蒸汽参数在运行时较容易产生温度偏差和压差，混合时操作难度较大，运行操作不便，而且一旦两股蒸汽参数在运行中存在偏差，简单混合使不可逆损失增大，能量贬值，整个装置热效率下降。还有，这种方式还限制了新增加的联合循环发电系统余热锅炉出口的蒸汽参数的优化选择，使之必须与原来运行的低容量蒸汽循环发电机组锅炉出口的蒸汽参数一致，不利于按照综合用能各部件参数的优化选择，整套装置没有达到参数优化匹配，热效率不是最优。另外，由于蒸汽流量增加，原来的汽轮机也需要扩容更换。

发明内容