一种采用注氢燃烧混合式加热的超高温蒸汽动力循环系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于蒸汽动力循环发电技术领域，特别设及一种采用注氨燃烧混合式加热 的超高溫蒸汽动力循环系统。
【背景技术】
[0002] 目前火电厂的常规火电机组大多采用基于朗肯循环基本原理的带回热和再热的 蒸汽动力循环系统，新蒸汽的初溫初压不断提高，超临界机组的新蒸汽压力已经达到26MPa W上，溫度达到600°C，发电效率可达45%，而进一步研发的超高参数机组则希望将蒸汽初 溫提高到700°CW上，实现高达50%的发电效率。然而将蒸汽初溫提高到700°C并非易事， 高溫高压的蒸汽对管道金属材料性能要求极其严苛，庞大的锅炉系统需要耗费大量的高性 能高溫金属材料，造价昂贵。另外，由于在常规锅炉中蒸汽和高溫烟气隔着金属壁面进行换 热，中间有很大的热阻，超高溫蒸汽对金属壁溫冷却效果很差，受热面管道金属溫度很高， 尤其是烟气侧金属壁溫更高，如此恶劣的工作环境致使管道寿命缩短，机组整体可靠性不 佳。为了实现进一步提高蒸汽初参数的目标，在改良高溫金属材料性能的同时，创新蒸汽换 热方式，改善换热器金属部件工作环境也是提高系统稳定性的一个重要出路。
[0003] 与此同时，IGCC(整体煤气化联合循环）发电因其零污染物排放的优越环保性能 成为未来煤电技术发展的另一个重要方向，而适用于IGCC的燃烧前C02捕集技术在众多 C02捕集技术中具有显著的低能耗优势，是最有可能大规模实施的C02捕集方法。IGCC技 术首先通过气化炉将煤气化成合成气，而合成气的主要成分是C0和肥，燃烧前C02捕集技 术可通过水煤气变换将C0与肥0反应生成肥和C02,C02被分离捕集W后，剩余的合成气 燃料中的主要成分就是H2,因此，燃烧前C02捕集W后将得到大量的H2燃料。我国在天津 已经建成并投产了一座IGCC示范电厂，经过调试运行，已经取得了良好的效果，基于IGCC 的燃烧前C02捕集装置也在该厂建成，即将投产。因此，一旦燃烧前C02捕集技术成熟，在 进行C02捕集之后，将产生大量的氨气资源。氨气作为一种高热量无污染的高品质燃料，必 须采用最有效的利用手段才能发挥其价值。
[0004] 目前还没有报道显示将火力发电厂蒸汽动力循环和IGCC(整体煤气化联合循环） 发电联合起来。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种采用注氨燃烧混合式 加热的超高溫蒸汽动力循环系统，适用于大型火力发电厂，可使蒸汽动力循环的蒸汽初溫 提高到700°cW上，机组发电效率提高到50%W上，可有效降低金属壁面溫度，提升机组的 可靠性和稳定性。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0007] 一种采用注氨燃烧混合式加热的超高溫蒸汽动力循环系统，包括汽轮机高压缸1， 汽轮机高压缸1、汽轮机中压缸2和汽轮机低压缸3依次串联共轴布置并与发电机4连接， 汽轮机高压缸1出口与第二级注氨燃烧混合式加热器18蒸汽入口连接，第二级注氨燃烧混 合式加热器18蒸汽出口与汽轮机中压缸2蒸汽入口连接，汽轮机中压缸2蒸汽出口与汽轮 机低压缸3蒸汽入口连接，汽轮机低压缸3蒸汽出口与凝汽器5蒸汽入口连接，凝汽器5热 井与凝结水累6入口相连，凝结水累6出口与8#低压加热器7凝结水入口相连，8#低压加 热器7加热蒸汽入口与汽轮机低压缸3最后一级抽汽口连接，8#低压加热器7凝结水出口 与7#低压加热器8凝结水入口连接，7#低压加热器8加热蒸汽入口与汽轮机低压缸3倒数 第二级抽汽口连接，7#低压加热器8凝结水出口与6#低压加热器9凝结水入口连接，6#低 压加热器9加热蒸汽入口与汽轮机低压缸3第一级抽汽口连接，6#低压加热器9凝结水出 口与5#低压加热器10凝结水入口连接，5#低压加热器10加热蒸汽入口与汽轮机中压缸2 最末级抽汽口连接，5#低压加热器10凝结水出口与除氧器11凝结水入口连接，除氧器11 加热蒸汽入口与汽轮机中压缸2第二级抽汽口连接，除氧器11出口与给水累12入口连接， 给水累12出口与3#高压加热器13给水入口连接，3#高压加热器13加热蒸汽入口与汽轮 机中压缸2第一级抽汽口连接，3#高压加热器13给水出口与2#高压加热器14给水入口 连接，2#高压加热器14加热蒸汽入口与汽轮机高压缸1第二级抽汽口连接，2#高压加热器 14给水出口与1#高压加热器15给水入口连接，1#高压加热器15加热蒸汽入口与汽轮机 高压缸1第一级抽汽口连接，1#高压加热器15给水出口与第一级注氨燃烧混合式加热器 16给水入口连接，第一级注氨燃烧混合式加热器16出口与汽水分离器17蒸汽入口连接，汽 水分离器17疏水出口与除氧器11的疏水入口连接，汽水分离器17蒸汽出口与汽轮机高压 缸1蒸汽入口连接，汽水分离器17蒸汽出口设蒸汽旁路与凝汽器5的蒸汽入口连接，第一 级注氨燃烧混合式加热器16、第二级注氨燃烧混合式加热器18氨气入口与氨气系统19连 接，第一级注氨燃烧混合式加热器16、第二级注氨燃烧混合式加热器18氧气入口与氧气系 统20连接，1#高压加热器15疏水出口与2#高压加热器14疏水入口相连，2#高压加热器 14疏水出口与3#高压加热器13疏水入口相连，3#高压加热器13疏水出口与除氧器11疏 水入口相连，从汽轮机来的抽汽加热给水后形成的疏水经过逐级自流汇集至除氧器11 ;5# 低压加热器10疏水出口与6#低压加热器9疏水入口相连，6#低压加热器9疏水出口与7# 低压加热器8疏水入口相连，7#低压加热器8疏水出口与8#低压加热器7疏水入口相连， 8#低压加热器7疏水出口与凝汽器5疏水入口相连，从汽轮机来的抽汽加热凝结水后形成 的疏水经过逐级自流汇集至凝汽器5。
[0008] 所述的第一级注氨燃烧混合式加热器16、第二级注氨燃烧混合式加热器18氨气 入口通过相应调阀与氨气系统19连接，第一级注氨燃烧混合式加热器16、第二级注氨燃烧 混合式加热器18氧气入口通过相应调阀与氧气系统20连接。
[0009] 所述第一级注氨燃烧混合式加热器16、第二级注氨燃烧混合式加热器18包括加 热器外壳29,加热器外壳29内部前段为燃烧区32,后段为混合区28,燃烧区32内壁面设有 水膜/汽膜孔25,燃烧区32出口和混合区28连通，在燃烧区32内发生氨气和氧气的燃烧 反应同时有水/蒸汽注入燃烧区32参混燃烧，燃烧产物蒸汽从燃烧区32出来进入混合区 28,与其余给水/蒸汽混合换热，形成均质高溫蒸汽。
[0010] 本发明有益的效果为：
[0011] 1、本发明省去了火力发电厂庞大的锅炉装置，取而代之的是两级注氨燃烧混合式 加热器，管路流程大大缩短，可使蒸汽动力系统布局更加紧凑，减少管道金属耗量，减少汽 水流程阻力损失。
[0012] 2、通过注氨燃烧混合加热，可W在不提高换热器金属壁溫的条件下使蒸汽动力循 环的新蒸汽溫度从目前的560~600°C提升至700°CW上，使蒸汽动力循环的效率由40~ 45%提局到50%W上，大大提局火电厂的发电效率。
[0013] 3、由于注氨燃烧混合式加热器采用氨氧配比燃烧，生成的产物只有水，燃烧产物 直接与给水或蒸汽进行混合加热，运样省去了分隔式换热器的金属壁面热阻，换热速率提 高。同时由于可W采用水膜或汽膜孔25冷却，使燃烧器金属避免在高溫恶劣环境下工作， 金属寿命延长，因此可W节省昂贵的高性能高溫金属材料，降低系统造价。
[0014] 4、第二级注氨燃烧混合式加热器18作为蒸汽的再热器，在机组启动阶段，当没有 冷再热蒸汽流经再热器时，不注入氨气和氧气燃烧加热。运样就避免了常规锅炉机组在锅 炉启动过程中出现的再热器干烧问题，提高可靠性。
[0015] 5、采用氨、氧燃料，注氨燃烧混合式加热器的启停灵活简单，汽水流程短，热惯性 小，所W整体机组启停灵活迅速，变负荷性能好。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明结构示意图。
[0017] 图2为注氨燃烧混合式加热器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明做详细叙述，本实施例为1000MW级的发电机组。
[0019] 参照图1，一种采用注氨燃烧混合式加热的超高溫蒸汽动力循环系统，包括汽轮机 高压缸1，汽轮机高压缸1、汽轮机中压缸2和汽轮机低压缸3依次串联共轴布置并与发电 机4连接，带动发电机4发电，汽轮机高压缸1出口与第二级注氨燃烧混合式加热器18蒸 汽入口连接，第二级注氨燃烧混合式加热器18蒸汽出口与汽轮机中压缸2蒸汽入口连接， 汽轮机中压缸2蒸汽出口与汽轮机低压缸3蒸汽入口连接，汽轮机低压缸3蒸汽出口与凝 汽器5蒸汽入口连接，凝汽器5热井与凝结水累6入口相连，凝结水累6出口与8#低压加 热器7凝结水入口相连，8#低压加热器7加热蒸汽入口与汽轮机低压缸3最后一级抽汽口 连接，8#低压加热器7凝结水出口与7#低压加热器8凝结水入口连接，7#低压加热器8加 热蒸汽入口与汽轮机低压缸3倒数第二级抽汽口连接，7#低压加热器8凝结水出口与6#低 压加热器9凝结水入口连接，6#低压加热器9加热蒸汽入口与汽轮机低压缸3第一级抽汽 口连接，6#低压加热器9凝结水出口与5#低压加热器10凝结水入口连接，5#低压加热器 10加热蒸汽入口与汽轮机中压缸最末级抽汽口连接，5#低压加热器10凝结水出口与除氧 器11凝结水入口连接，除氧器11加热蒸汽入口与汽轮机中压缸2第二级抽汽口连接，除氧 器11出口与给水累12入口连接，给水累12出口与3#高压加热器13给水入口连接，3#高 压加热器13加热蒸汽入口与汽轮机中压缸第一级抽汽口连接，3#高压加热器13给水出口 与2#高压加热器14给水入口连接，2#高压加热器14加热蒸汽入口与汽轮机高压缸第二 级抽汽口连接，2#高压加热器14给水出口与1#高压加热器15给水入口连接，1#高压加热 器15加热蒸汽入口与汽轮机高压缸第一级抽汽口连接，1#高压加热器15给水出口与第一 级注氨燃烧混合式加热器16给水入口连接，第一级注氨燃烧混合式加热器16出口与汽水 分离器17蒸汽入口连接，汽水分离器17疏水出口与除氧器11的疏水入口连接，汽水分离 器17蒸汽出口与汽轮机高压缸1蒸汽入口连接，汽水分离器17蒸汽出口设蒸汽旁路与凝 汽器5的蒸汽入口连接，第一级注氨燃烧混合式加热器16、第二级注氨燃烧混合式加热器 18氨气入口与氨气系统19连接，第一级注氨燃烧混合式加热器16、第二级注氨燃烧混合式 加热器18氧气入口与氧气系统20连接，分别为第一级注氨燃烧混合式加热器16和第二级 注氨燃烧混合式加热器17提供纯氨和纯氧，图1中带箭头的虚线所示为各级加热器疏水流 向，1#高压加热器15疏水