专利名称：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的制作方法
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
4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。
根据本发明的能量循环以示范性设计示出，其中，图1示出了含有冷却的燃烧室 的连接，燃烧室用于燃烧矿物燃料和可替代燃料以及废弃物，并伴随有布雷顿湿式循环和 郎肯_克劳修斯蒸汽循环，图2示出了利用尾气或者各种集合气体混合物焓热的布雷顿湿 式循环连接图，图3到25示出了蒸汽-燃气能量循环的可选择的设计方案，其中，图3是含 有冷却燃烧室的连接图，其采用布雷顿湿式循环和郎肯_克劳修斯循环来使用剩余尾气或 者燃气混合物的焓热并把来自蒸汽_燃气混合物的冷凝物返回循环系统中，图4是含有冷 却燃烧室或者热汇集器的连接图，其仅采用布雷顿循环同时把来自蒸汽_燃气混合物的冷 凝物返回，图5是含有布雷顿循环的连接图，其利用喷水预热的尾气的焓热并把冷凝物返 回，图6是含有附加冷却介质预热的连接图，图7是在进入压缩机之前预热空气的连接图， 图8是喷入介质的可选择连接图，图9是等温压缩的连接图，图10是通过尾气或者废气来 加热汽轮机之后提高蒸汽_燃气混合物的温度的连接图，图11是通过附加燃烧例如天然 气的燃料来加热燃气轮机之后的蒸汽-燃气混合物以提高它的温度的连接图，图12是含有利用尾气预热冷却介质的连接图，图13是含有预热与郎肯_克劳修斯循环装置30相连 接的喷入介质的连接图，图14是含有冷却燃烧室之后尾气中的蒸汽的过热器的连接图，图 15是含有叠置高压汽轮机的连接图，图16是不含附加涡轮机的蒸汽过热器的连接图，图17 是含有附加冷凝汽轮机的连接图，图18是含有带有背压式汽轮机的蒸汽过热器的连接图， 图19是含有带有可控提取的冷凝汽轮机的蒸汽过热器的连接图，图20是含有带有可控提 取背压式汽轮机的蒸汽过热器的连接图，图21是在冷却燃烧室内含有独立的蒸汽过热器 的连接图，图22是含有一个蒸汽过热器的连接图，图23是一连接图，其中在冷却燃烧室中 含有蒸汽_燃气混合物过热器的进口部分，图24是一连接图，其中在冷却燃烧室中含有蒸 汽_燃气混合物加热器的出口部分，图25是一连接图，其中在冷却燃烧室中含有蒸汽_燃 气混合物加热器的内部部分。
具体实施例方式图1可选择设计示例性设计的能量循环包括冷却燃烧室1。冷却燃烧室1具有燃 料供给端2和燃烧空气供给端3，进一步具有冷却介质蒸汽供给端4和冷却介质蒸汽输出端 5，燃烧室1通过热尾气管6连接到蒸汽-燃气混合物加热器7，其中加热器7具有蒸汽-燃 气混合物供给端8和输出端9并连接至烟囱17。冷却燃烧室1和蒸汽-燃气混合物加热器 7封装在蒸汽-燃气发生器装置87。在该示例中，冷却燃烧室1可以具有机械加料的，粉碎 燃料的示例性设计或可以燃烧各种类型的煤、其它燃料以及废弃物的流化床炉或者任何其 他合适的炉。冷却介质供给端4连接到带有给料泵19的管18，所述泵19连接至冷却介质 罐20。冷却介质蒸汽输出端5被连接至混合部21，所述混合部21被连接到包括空气吸入 管23的压缩机22。混合部21进一步通过连接管24被连接到蒸汽-燃气混合物供给端8。 蒸汽_燃气混合物的输出端9是输送管27，在输送管27内可以设置燃气燃烧器85，所述燃 烧器85连接至带有发电机的燃气轮机28，燃气轮机28的输出端可以通过蒸汽_燃气混合 物输出管29连接至郎肯_克劳修斯循环装置30，所述装置30包括利用废热的蒸气发生器 31,其带有冷凝物排放管49c，所述排放管49c被连接至冷凝物汇集管50，装置30进一步包 括带有发电机的蒸汽轮机32、冷凝器33、冷却塔34、冷凝物罐35和冷凝给料泵36。从所述 郎肯_克劳修斯循环装置30输出的蒸汽-燃气混合物被连接至工作介质的排放管48。如图2所示的可选择设计设计的能量循环，其包括产生必要温度的废气或燃气混 合物的汇集器61，所述废气或燃气混合物可以来自例如加热炉、高温燃料单元，所述汇集器 61被连接至蒸汽_燃气混合物的加热器7并通过燃气管62进一步连接至烟@ 17。蒸汽-燃 气混合物供给端8通过蒸汽-燃气管54被连接至具有空气吸入管23的压缩机22的输出 端上，其中在蒸汽燃气管54处设置有混合冷却器55’、用于废热再利用的换热器56以及混 合冷却器55。蒸汽-燃气混合物的输出端9通过输送管27连接至燃气轮机28的输入端， 在输送管27处设置有燃气然烧器85，燃气轮机28的输出端通过输出管29连接至再生换热 器56，再生换热器56的输出端连接至工作介质排放管48。混合冷却器55和55’通过喷射 管60和60’连接至带有喷射泵71的压力管59，所述喷射泵71连接至喷射介质储液器69。如图3所示的可选择设计设计中，能量循环包括冷却燃烧室1，燃烧室1具有燃 料供给端2和燃烧空气输入端3，还具有冷却介质的输入端4和冷却介质蒸汽的输出端5， 所述燃烧室1通过热尾气管道6连接到蒸汽-燃气混合物加热器7，所述加热器7具有蒸
6汽_燃气混合物的输入端8和输出端9。加热器7通过尾气管道10连接至具有热空气输出 12和预热空气输入13的燃烧空气加热器11。冷却燃烧室1、蒸汽-燃气混合物加热器7和 燃烧空气加热器11封装在蒸汽_燃气发生器87中。在燃烧空气加热器11之后进一步连 接有固体尘粒分离器14、用于净化尾气的装置15、尾气风扇16和烟囱17。冷却介质输入端 被连接至带有给料泵19的冷却介质管18，所述泵19连接至冷却介质罐20。冷却介质蒸汽 的输出端5被连接至混合部21，所述混合部21被连接至带吸入管23的压缩机22的输出 端。混合部21通过在其内具有喷射冷却器25的连接管24进一步连接至蒸汽_燃气混合 物供给端8，其中所述喷射冷却器25通过喷射介质管26连接至冷却介质管18。蒸汽-燃 气混合物的输出端9通过在其内设有燃气燃烧器85的输送管27连接至带有发电机的燃气 轮机28，所述燃气轮机28的输出端是连接至郎肯_克劳修斯循环装置30的蒸汽-燃气混 合物的输出管29。所述郎肯-克劳修斯循环装置30蒸汽-燃气混合物的输出通过输送管 37连接至燃烧空气预热器38，所述预热器38位于冷却介质侧并通过热空气输出管道39连 接至燃烧空气加热器11，并通过冷空气输入管道40连接至燃烧空气风扇41。从燃烧空气 预热器38输出的蒸汽-燃气混合物通过排放管42连接至供家用暖水加热器43。供家用暖 水加热器43位于蒸汽-燃气混合物的输出侧并通过输出管44连接至具有冷却介质供给端 46和输出端47的分离冷凝器45。工作介质的输出端侧连接至工作介质排放管48，而冷凝 物输出侧连接至冷凝物管49，冷凝物管49连接至冷凝物汇集管50，来自供家用暖水加热器 43、燃烧空气预热器38以及蒸汽发生器31的冷凝物分别通过管道49a、49b、49c进入冷凝 物汇集管50，并且冷凝物汇集管50被连接到冷却介质罐20。作为可选择的连接，燃烧空气 预热器38和家用暖水加热器的连接顺序可以颠倒，或者省去分离冷凝器43，最终上述的可 能的结合都可以使用。 如图4所示的可选择的方案，能量循环包括可以例如是蒸发冷却式加热炉的冷却 热汇集器51或是冷却燃烧室，其具有燃料供给端2和燃烧空气输入端3以及冷却介质供给 端4和冷却介质蒸汽输出端5，并通过热尾气管6连接至具有蒸汽混合物的输入端8和输 出端9的蒸汽-燃气混合物加热器7，加热器7通过尾气管道10连接至具有热空气输出端 12和预热空气输入端13的燃烧空气加热器11。在燃烧空气加热器11之后，进一步连接有 尾气风扇16和烟@ 17。冷却介质供给端4通过冷却介质输送管52连接至冷却介质排出 管53，排出管53内具有给料泵19，所述给料泵19连接至冷却介质罐20。冷却介质蒸气的 输出端5连接至混合部21，混合部21通过蒸汽-燃气管54连接至压缩机22的输出端和 蒸汽_燃气混合物供给端8两者，蒸汽-燃气管54上具有混合物冷却器55以及再生换热 器56和混合冷却器55’。蒸汽-燃气混合物输出端9是输送管27，输送管27中设有燃气 燃烧器85并连接至燃气轮机28的输入端，燃气轮机28的输出端通过蒸汽_燃气混合物的 输出管29连接至再生换热器56的输入端。再生换热器通过喷射介质预热器58和家用暖 水加热器43的连接管57连接至分离冷凝器45，分离冷凝器45在工作介质输出端侧连接至 工作介质排放管48，而在冷凝物侧连接至冷凝物管49，冷凝物管49与来自家用暖水加热器 43和喷射介质加热器58的冷凝物管49'、49”一起进入到冷凝物汇集管50，冷凝物汇集管 50连接至冷却介质罐20。喷射介质的压力管59连接至冷却介质排出管53，冷却介质排出 管53连接至冷却介质预热器58的输入端，冷却介质预热器58的输出端通过喷射管60和 60，连接至混合冷却器55和55，。
如图5所示的可选择设计，所述能量循环由汇集器61组成，汇集器61生成一定温 度的尾气或气体混合物，例如来自加热炉、高温燃料单元，汇集器61通过气体管道62连接 至蒸汽_燃气混合物加热器7，还通过气体管道63连接至带有污染冷凝物输出端65的喷 射介质加热器64，并进一步通过带有吸入风扇67的输出管道66连接于烟 17。蒸汽-燃 气混合物供给端8通过其上连接有混合冷却器55’、再生换热器56和混合冷却器55的蒸 汽_燃气管54连接至具有吸入管23的压缩机22。蒸汽-燃气混合物输出端9通过其上设 置有燃烧器85的供给管27连接至带有发电机的燃气轮机28的输入端。燃气轮机28的输 出端通过蒸汽_燃气混合物输出管29连接至蒸汽-燃气混合物的输入端进入到再生换热 器56中，再生换热器56的蒸汽-燃气混合物的输出端通过连接管57连接至喷射介质预热 器58。喷射介质预热器通过输出管68连接至家用暖水加热器43，并通过输出管44连接至 分离冷凝器45，分离冷凝器45的工作介质输出端连接至工作介质排放管48，且冷凝物的输 出端连接至冷凝物管49。管49与来自供家用暖水加热器43和喷射介质预热器58的冷凝 物管49’和49”一起并入到冷凝物汇集管50，汇集管50然后连接至具有附加喷射介质输入 端70的喷射介质供应罐69。喷射介质供应罐69通过具有喷射泵71的压力管59连接至喷 射冷却介质预热器58，喷射冷却介质预热器通过输入管72连接至喷射介质加热器64的输 入端，加热器64的输出端通过喷射介质管60和60’连接至混合冷却器55和55’。在该可选择设计设计的可选择连接中，可采用根据图6所示的可选择设计设计连 接以预热来自附加介质输入管78的附加冷却介质，在图7中用于进一步预热进入到压缩机 22之前的空气，在图9中用于在压缩机22处进行等温压缩而在图12中用于在进入燃气轮 机28之前提升温度。在如图6所示的可选择设计中，在分离冷凝器45之前设置了用于预热附加冷却介 质的换热器77，换热器77在冷却介质输入端侧连接至附加冷却介质的输入管78，在冷却介 质输出端侧连接至冷却介质罐20。如图7所示的可选择设计中，在燃烧空气预热器38之后设置吸入工作燃气的加热 器79，加热器79在燃气输入端侧连接于吸入管23，在燃气输出端侧连接至连接管88，连接 管88连接至压缩机22并在其上具有喷射冷却器25a，喷射冷却器25a通过喷射介质管26a 连接至冷却介质管18。在图8所示的可选择设计中，喷射冷却器25b设置在蒸汽燃气混合物加热器7的 两部分7'和7”之间，冷却器25c设置在输入管27中，在输入管27处设置有燃烧器85。因 此喷射冷却器通过喷射介质管26b和26c连接至冷却介质管18。同时，蒸汽燃气混合物加 热器7可具有比图示的两个更多个的部分，例如屏式壁，这些部分可以作为加热器的对流 部分，可以作为加热器的辐射部分，在它们之间可以设置比图示更多的喷射冷却器25b。如图9所示的可选择的设计中，用于等温压缩的冷却介质喷雾器80位于压缩机22 的吸入部分，压缩机22通过其中内置有用于加热喷射介质的换热器82的喷射介质管81连 接于冷却介质管18和/或连接在如图9下面所示的压缩机22的各个单级之间，所述级的 数目可比图示更多，通过冷却介质管26d设置混合中间冷却器92，冷却介质管26d最终通过 喷射管60连接至冷却介质管18，最终进入到压力管59，最终进入喷射管60。如图10所示的可选择设计设计中，在来自以并联或者其他方式形成的冷却燃烧 室1以及蒸汽燃气混合物加热器7的尾气流的通路中，设有蒸汽燃气混合物再加热器83，再加热器83在输入端侧通过输出管29'连接至燃气轮机28的输出端，在输出端侧通过输出 管29”连接至蒸汽发生器31的输入端，因此蒸汽燃气混合物再加热器83可以设计成由多 部分组成。如图11所示的可选择设计设计中，在位于蒸汽发生器31之前的输出管29中内置 有附加燃烧装置85’，例如燃烧室或燃烧器，其被连接至燃料供给端86 ‘，燃料采用气体或 者液体燃料，例如天然气。如图12所示的可选择设计设计中，在蒸汽燃气混合物加热器7之后设置了用于冷 却介质的尾气加热器73，其通过连接管74连接至冷却介质管18，并通过连接管75连接至 冷却燃烧室1的冷却介质供给端4。如图13所示的可选择设计设计中，可以例如在燃烧空气预热器38之后，在蒸汽 燃气混合物通路中设置用于加热喷射介质的换热器90，其在喷射介质输入端连接至输送管 91，通过该输送管91供给喷射介质，例如冷却的冷凝物，在其输出端连接至喷射介质管26， 然后是26b，26c，最终连接至喷射介质管26d，喷射介质管26d连接至位于压缩机22各个单 级之间的混合中间气体冷却器92。中间混合冷却器92可以通过管26d有选择地连接至冷 却介质管18，或者连接至压力管52，或者连接至喷射管60。如图14所示的可选择设计设计中，在来自以并联或者其他方式形成的未冷却燃 烧室1以及蒸汽燃气混合物加热器7之后的尾气流的通路中设有冷却介质蒸汽的过热器 106，过热器106的蒸汽输入端107连接至冷却燃烧室1的冷却介质蒸汽输出端5，过热器 106的冷却介质蒸汽输出端105连接至混合部21。蒸汽过热器106也可以由多个部分组成， 其可以设计成例如屏式壁，悬浮管，平板区域，迂回系统。在图15所示的可选择设计设计中，能量循环由背压式蒸汽轮机104组成，其在蒸 汽输出端连接至混合部21，在蒸汽输入端连接至蒸汽过热器106的蒸汽输出端105，过热器 106的输入端107连接至冷却燃烧室1的冷却介质蒸汽输出端5，因此蒸汽过热器106在尾 气侧与蒸汽燃气混合物加热器7或者至少其中的某些部分并联，可选择地，也可以将蒸汽 过热器106与蒸汽燃气混合物加热器7的某些部分串联，最后也可以以串联和并联相结合 的方式连接。可以与图14中相同的方式来设计蒸汽过热器106，然而其蒸汽压力更高且其 对应于背压式蒸汽轮机104输入端的蒸汽压力。在图16所示的可选择设计设计中，如图14所示那样，冷却介质过热器106中的蒸 气输入端107通过供给蒸气管108连接于冷却介质蒸气输出端5和混合部21之间的装置， 而冷却介质过热器106的冷却介质输出端105通过蒸气输出管109连接至郎肯-克劳修斯 蒸汽循环装置30的蒸汽轮机32，在蒸气输出管109内有流量控制装置110。如图17所示的可选择设计设计中，以与图14中相同的方式设计的蒸汽过热器106 的蒸汽输入端105通过具有流量控制装置110的输出蒸汽管109连接至具有冷凝器33的 冷凝蒸汽轮机111，冷凝器33的输出端通过冷凝物管112连接至冷却介质罐20。输入到冷 凝蒸汽轮机111的蒸气压力对应于压缩机22之后的气体压力。在图18所示的可选择设计设计中，以与图15中相同的方式设计的背压式蒸汽轮 机104的其输出端通过主管113连接至混合部21，并通过带有流量控制装置110的旁路管 114连接至郎肯_克劳修斯蒸汽循环装置30的蒸汽轮机32。背压式汽轮机104输出端的 压力对应于压缩机22后的气体的压力。
在图19所示的可选择设计设计中，以与图15中相同的方式设计的蒸汽过热器106 的蒸汽输出端105连接至具有受控的抽取端118的冷凝汽轮机115，受控的抽取端118通过 抽取管116连接至混合部21，且冷凝器33的输出端通过冷凝物管112连接至冷却介质罐 20。冷凝汽轮机115输入侧的压力高于压缩机22输出端的气体压力，且受控的抽取端118 的压力对应于该压力。在图20所示的可选择设计设计中，以与图15中相同的方式设计的冷却介质蒸汽 过热器106的蒸汽输出端105连接至具有受控抽取端的背压式汽轮机119，汽轮机119的输 出端通过抽取管116连接至混合部21，且受控的抽取端118’通过旁路管114连接至至郎 肯_克劳修斯蒸汽循环装置30的蒸汽轮机32。背压式汽轮机119输入端的压力和受控抽 取端中的压力高于压缩机22输出端的气体压力，背压式汽轮机119的输出端的压力对应于 压缩机22输出端的压力。在图21所示的可选择设计设计中，以与图14和15中相同的方式设计的冷却介 质蒸汽过热器106可以设计成由多部分组成，因此，其中至少一个部分106'(例如输出部 分)设置于冷却燃烧室1中，并且蒸汽过热器106的输入端107连接至冷却燃烧室1的蒸 气输出端5，而在前部分的蒸汽输出端105连接至过热器106'的输出部分的输入端107’， 过热器106'的输出端105'可连接至混合部21、或者背压式汽轮机104、或者蒸汽轮机32、 或者冷凝汽轮机111、或者具有受控抽取端的冷凝汽轮机115或者具有受控抽取端的背压 式汽轮机119。在图22所示的可选择设计中，整个冷却介质蒸汽过热器106设置在冷却燃烧室1 中，且其输入端107连接至冷却燃烧室1的蒸汽输出端5，其冷却却介质输出端105可以连 接至混合部21、或者背压式汽轮机104、或者蒸汽轮机32、或者冷凝汽轮机111、或者具有受 控抽取端的冷凝汽轮机115或者具有受控抽取端的背压式汽轮机119。在图23所示的可选择设计中，蒸汽燃气混合物加热器7被分成更多部分，例如 7'、7”和7”，，因此其输入部分V设置在冷却燃烧器1中，且蒸汽燃气混合物输入端8通 过具有喷射冷却器25的连接管24连接至混合部21，蒸汽燃气混合物输出端9’通过具有 喷射冷却器25e的内部管117连接至蒸汽燃气混合物加热器7的后级部分7”的蒸汽燃气 混合物输入端8，。蒸汽燃气混合物经过喷射冷却器25b后被引入到蒸汽燃气混合物加热 器的输出部分V”，蒸汽燃气混合物输出端9通过设置有附加气体燃烧装置85的输送管27 连接至蒸汽轮机28。在图24所示的可选择设计中，蒸汽燃气混合物加热器7被分成更多部分，例如 7'、7”和7”’，因此，其输出部分7”’设置在冷却燃烧器1中，且其蒸汽燃气混合物输入端8 通过设有喷射冷却器25d的内部管117连接至蒸汽燃气混合物加热器7的前级部分7”的 蒸汽燃气输出端9’，因此蒸汽燃气混合物的输出端9通过设有附加气体燃烧装置85的输送 管27连接至蒸汽轮机28。在图25所示的可选择设计中，蒸汽燃气混合物加热器7被分成更多部分，例如 7'、7”和7”’，内部部分的其中一个(例如7”)被设置在冷却燃烧室1中，且其蒸汽燃气混 合物输入端8’通过具有喷射冷却器25b的内部管117连接至蒸汽燃气混合物加热器7的前 级部分7’的蒸汽燃气混合物输出端9’，而其蒸汽混合物出口 9”通过设有喷射冷却器25d 的内部管117’连接至蒸汽燃气加热器7的后级部分7”’的蒸汽燃气混合物输入端8”，蒸汽燃气混合物输出端9通过设置有附加气体燃烧装置85的输送管27连接至燃气轮机28。在如图1设计的能量循环中，原始能量源燃料可以利用例如煤的矿物燃料，也可 以是替代燃料，例如生物质和废弃物，它们通过燃料输送端2输送到冷却燃烧室1中。冷却 燃烧室1具有适于燃烧所提到燃料的常规结构，例如通过机械加料、粉碎燃料、燃气、燃油 或者流化床炉，与空气或者氧气一起燃烧，可以采用任何合适的炉，所述的炉的炉壁通过例 如处理过的水的冷却介质的蒸发而冷却。燃烧室的尺寸通过以下方式设计使其出口处的 尾气温度达到最高但不超过烟尘的熔点，例如1100°C。关于排放，为了减少有害物质的生成 和有害物质量，通常在所采用类型的炉中采取预防措施。在蒸汽燃气混合物加热器7中，将 尾气进一步大量冷却至从蒸汽燃气发生器87到烟囱17的输出温度。用于冷却燃烧室1的冷却介质从冷却介质罐20中抽取出来，并通过给料泵19和 冷却介质管18送至冷却介质供给端4，从冷却介质输出端5抽出的生成蒸汽在混合部21中 与来自压缩机22的压缩空气混合，这意味着冷却燃烧室1的冷却系统的压力与压缩机22 的输出压力相一致。所生成的蒸汽燃气混合物通过连接管24引导至蒸汽燃气混合物加热器7，所述加 热器的传热表面可以分成多个部分，在那里蒸汽燃气混合物被加热到适合燃气轮机28的 最低温度，例如至少800°C到950°C，这取决于冷却燃烧室1所燃烧的燃料。在输入蒸汽轮 机28之前，蒸汽燃气混合物可以在进一步燃烧例如天然气的燃料的装置85中加热到更高 的温度，例如1200°C到1300°C。 在经过蒸汽轮机28膨胀之后，蒸汽燃气混合物的热量进一步用于获取更多能量 的郎肯_克劳修斯循环装置30，尤其用于热量回收蒸汽发生器31 (HRSG)，其中产生的蒸汽 进一步用于蒸汽轮机32，并且所形成的低温冷凝物通过给料泵36从冷凝器33送回蒸汽发 生器31。由于冷凝物的低温，来自蒸汽发生器31冷却端的蒸汽燃气混合物的部分蒸汽冷 凝，在那种情形下冷凝物可以通过管49c经过汇集管50引入到冷却介质罐20。在图2所示的示范性设计的能量循环中，废气或各种大部分未被冷却的气体混合 物汇集器61的焓热都可以作为原始能量源，利用汇集器61，例如炉、高温燃料单元、活塞式 发动机。所述焓热在蒸汽燃气混合物加热器7中用于将蒸汽燃气混合物加热至燃气轮机28 的工作温度。来自压缩机22的空气被引导至蒸汽燃气混合物加热器7的供给端8，而所述空气 逐步被冷却，首先因混合冷却器55中的喷射介质的挥发冷却至最小程度地高于所产生的 蒸汽燃气混合物的露点的温度，随后所产生的蒸汽燃气混合物在再生换热器56中被加热 并随后因混合冷却器55’的喷射介质的挥发冷却至同样最小程度地高于所述混合物中包含 的蒸汽的露点之上的温度。通过这种方式产生的蒸汽燃气混合物在蒸汽燃气混合物加热器7中加热至适宜 燃气轮机的必要温度，例如80(TC，或者其被加热到最大可能温度，而且为了达到汽轮机28 所需的温度，蒸汽燃气混合物在附加燃烧例如天然气的燃料的装置85中被加热，在经过燃 气轮机28膨胀之后，蒸汽燃气混合物可观量的余热在排放管48输出端之前被用于再生换 热器56中的预热。图3所示的可选择设计的能量循环中，原始能量源是类似于图1所示的示范性方案中的燃烧燃料。离开冷却的燃烧室1的尾气在蒸汽燃气混合物加热器7中进一步显著地冷却，且 其在燃烧空气加热器11中被冷却至蒸汽燃气发生器87的输出温度。尾气通过尾气风扇16排放到烟囱17，通过固体尘粒分离器(或者过滤器14)和尾 气净化设施15对尾气进行处理。燃烧空气风扇41吸入的燃烧空气在燃烧空气预热器38中被加热，以达到消除燃 烧空气加热器11的低温腐蚀所需要的温度，且其被加热至在燃烧空气加热器11中燃烧所 必需的温度，最终加热空气的温度被选择来达到蒸汽燃气加热器7之后的必要的尾气温度。用于冷却燃烧室1的冷却介质从冷却介质罐20中提取，并通过给料泵19和管18 向前输送到冷却介质输入端4，从冷却介质输出端5排出的生成的蒸汽与来自压缩机22的 压缩空气在混合部21中混合，也就是说冷却燃烧室1的冷却系统的压力与压缩机22的输 出压力相一致。生成的蒸汽燃气混合物在喷射冷却器25中被冷却介质冷却至必要温度，所述冷 却介质通过来自冷却介质管18的喷射介质管26抽取，所述必要温度低于尾气离开蒸汽燃 气混合物加热器7的温度，但是必须高于前面蒸汽燃气混合物中蒸汽的露点，采用这种方 式冷却蒸汽燃气混合物并将其引导到蒸汽燃气混合物加热器7的蒸汽燃气混合物输入端 8。在蒸汽燃气混合物加热器7中，其热交换表面可以分成多个部分，蒸汽燃气混合 物被加热至适于蒸汽轮机28的温度，例如达到800°C，或者被加热至最大可能温度，为了获 得适于燃气轮机的必要温度，所述混合物在附加燃料例如天然气的燃烧装置85中被加热， 且在该温度下其被引至带有发电机的燃气轮机28的输入端。在燃气轮机28中膨胀之后，所述蒸汽燃气混合物的热量进一步在郎肯-克劳修斯 循环装置30中得到利用以进一步获得能量，具体地进入到热回收蒸汽发生器31。热回收蒸 汽发生器产生的蒸汽被用于蒸汽轮机32，其产生的低温冷凝物通过给料泵36从冷凝器33 送回蒸汽发生器31。由于冷凝物的低温，位于蒸汽发生器31冷却端的蒸汽燃气混合物中的蒸汽会冷 凝，在这种情形下，所产生的冷凝物通过冷凝物管49c排入到冷凝物汇集管50。在燃烧空气预热器38中，可进一步利用蒸汽燃气混合物的余热并进一步获得冷 凝物，在预热器38中，燃烧空气至少被预热至消除燃烧空气加热器11中的低温腐蚀所需要 的温度，然而首先来自所述蒸汽燃气混合物的更多的蒸汽在这里冷凝。冷凝物通过冷凝物管49b排到冷凝物汇集管50中，从燃烧空气预热器38离开的 蒸汽燃气混合物的余热可以用来加热家用暖水加热器43中的家用暖水，其仅在需要家用 暖水时采用。生成的冷凝物通过冷凝物管49a进入到冷凝物汇集管50，来自家用暖水加热器43 的剩余蒸汽燃气混合物被送入到分离冷凝器45中，在这里所述可能的剩余蒸汽得到冷凝。生成的冷凝物通过冷凝物管49排到冷凝物汇集管50中，并通过汇集管50进一步 进入到冷却介质罐20中，分离的工作介质(湿空气)通过工作介质排放管48排放到大气 中。
仅当经过供家用暖水加热器43后(如果没有加热器43，则是经过燃烧空气预热器 38之后)的蒸汽燃气混合物中的蒸汽总量明显高于通过吸入管23所吸入的空气中的蒸汽 总量并因此所述箱20中的冷却介质的添加运行成本较高时才采用分离冷凝器45。由于冷 却介质被输送到分离冷凝器45的冷却输入端46，因此空气可以被利用。根据图4所示的示范性设计的能量循环，在冷却热汇集器51中，通过燃料输入端 2提供的燃料与燃烧空气一起燃烧，其中汇集器51可以是具有蒸发冷却的加热炉或用作热 燃气发生器的冷却燃气燃烧室，所述燃烧空气通过燃烧空气加热器11中的燃气被加热到 需要的温度并通过燃烧空气输入端3提供。可以通过常规方式实现保护燃烧空气加热器11不遭受低温腐蚀，例如通过抽取 的蒸汽在预热空气输入端13之前预热空气，或者使用来自热空气输出端12的加热空气的 循环，使其进入到燃烧空气风扇41的吸入端或者排放端，或者采用这些方式的结合。来自 冷却热的汇集器51的尾气通过尾气风扇16排向烟囱17，并在蒸汽燃气混合物加热器7中 高效地冷却后在燃烧空气加热器11中冷却至蒸汽燃气发生器87的输出温度。冷却介质来自冷却介质罐20并通过给料泵19输送至冷却排放管53，冷却排放管 53中的一部分冷却介质通过输送管52进入到冷却介质输入端4，其在冷却热汇集器51中 挥发之后，蒸汽被送到混合部21，在混合部21中蒸汽与来自压缩机22的空气混合，所生成 的蒸汽燃气混合物通过蒸汽燃气管54被引至蒸汽燃气混合物输入端，在那里其首先在混 合物冷却器55中被冷却，但是其温度最小限度地高于所产生的蒸汽燃气混合物中的蒸汽 的露点，接着在再生换热器56中被加热，并在随后的混合物冷却器55’中再次被冷却至稍 微低于离开蒸汽燃气混合物加热器7的尾气温度的温度，但是最小程度地高于之前的蒸汽 燃气混合物中的蒸汽的露点。蒸汽燃气混合物加热器7被设计成多个部分，在加热器7中，蒸汽燃气混合物被尾 气加热至适于蒸汽轮机28的温度，例如达到80(TC，或者被加热至最大温度并在例如天然 气的附加燃料燃烧装置85中被加热至燃气轮机所需要的温度，在燃气轮机28中膨胀之后 很大一部分的余热进一步用于在再生换热器56中预热蒸汽燃气混合物。于是在冷却至最 低温度之后，在喷射介质预热器58中利用更多部分的余热，在这里通过冷凝来自蒸汽燃气 混合物中的部分蒸汽得到更多的冷凝物，这些冷凝物通过冷凝物管49”输送到冷凝物汇集 管50。蒸汽燃气混合物的余热被家用暖水加热器43利用来加热家用暖水，因此通过冷 凝来自蒸汽燃气混合物中的部分蒸汽而得到更多的冷凝物，这些冷凝物通过管49'排到冷 凝汇集管50中。仅当需要家用暖水时才使用供家用暖水加热器43。来自蒸汽燃气混合物中的最后剩余的蒸汽在分离冷凝器45中通过例如空气的冷 却介质冷凝，所生成的冷凝物通过冷凝物管49输送到冷凝物汇集管50，因此包含剩余蒸汽 (湿空气)的工作介质通过工作介质排放管48排放到大气中。仅在有必要减少制备供应水的运行成本时可以采用分离冷却器45，正如图3所示 的示范性设计那样。生成的冷凝物通过冷凝物汇集管50输送到冷却介质罐20，其中一部分作为喷射 介质从排放管53排出并通过压力管59输送到喷射介质预热器58，冷凝物在这里被加热并 通过喷射管60和60’喷射到混合物冷却器55和55’中。
根据图5所示的示范性设计的能量循环，废气或来自各种大多数未被冷却的汇集 器61的气体混合物的焓热都可以作为原始能量源，其中汇集器61可以是例如炉、高温燃料 单元、活塞发动机。大部分焓热在蒸汽燃气混合物加热器7中用于将蒸汽燃气混合物加热 至燃气轮机28的工作温度，焓热的剩余部分用来预热喷射介质加热器64中的喷射介质。在尾气中的水蒸汽最终产生的冷凝物通过冷凝物输出端65导出并根据其污染程 度而进一步利用。来自压缩机22的空气通过蒸汽燃气管54输送到蒸汽燃气混合物输入端8，在那里 首先通过混合冷却器55中的喷射冷却介质的蒸发被逐步冷却至最小程度地高于接近所产 生的蒸汽燃气混合物中所含的蒸汽的露点的温度，然后所产生的蒸汽燃气混合物在再生换 热器56中被加热，随后通过混合冷却器55’中的喷射冷却介质的蒸发冷却至低于蒸汽燃气 混合物加热器7输出端的废气温度的温度，但是该温度最小程度地高于混合物中所含的蒸 汽的露点。蒸汽燃气混合物加热器7可以被设计成多个部分，蒸汽燃气混合物被加热至燃气 轮机28的工作温度，例如达到800°C，或者被加热至最大温度，为了达到燃气轮机28所需的 温度，其在例如天然气的燃料的附加燃烧装置85中被加热，并在燃气轮机28中膨胀之后， 所述蒸汽燃气混合物的余热的很大一部分被用来在再生换热器56中对其进行预热。余热 的另外一部分被用来预热喷射介质预热器58中的喷射介质，在这里部分蒸汽冷凝并且所 生成的冷凝物通过冷凝物管49”输送到冷凝物汇集管50，而物剩余部分的蒸汽燃气混合物 的焓热用于家用暖水加热器43，家用暖水加热器43仅当需要家用暖水时才采用。生成的冷凝物通过管49’进入到冷凝物汇集管50中，剩余部分的蒸汽燃气混合物 被输送至分离冷凝器45，在那里最终剩余部分的蒸汽冷凝，并且所产生的冷凝物通过冷凝 物管49输送到冷凝物汇集管50，带有余量蒸汽的剩余工作介质通过工作介质排放管48排 放到大气中。如图3、图4所示的示范性设计的分离冷凝器45，其仅当需要减少制备喷射冷却介 质的运行成本时才采用。所述分离的冷凝物通过冷凝物汇集管50输送到喷射介质的储液罐69，并通过喷 射泵71被输送通过喷射介质预热器58和喷射介质加热器64进入到混合冷却器55和55’中。如图6所示的示范性设计的能量循环连接当必须连续地将附加冷却介质添加到 冷却介质罐20中时尤为有用。在分离冷凝器45之前的蒸汽燃气混合物的剩余废热的部分因此用来预热罐20中 的冷却介质，这样，蒸汽燃气混合物中的部分蒸汽的冷凝获得了更多的冷凝物。所述冷凝物 随后通过管49d排出，因此减少了附加冷却介质的消耗。在图7所示的示范性设计的能量循环连接中，例如经过燃烧空气预热器38和吸入 空气加热器79之后利用了蒸汽燃气混合物的废热。在吸入空气加热器中，吸入空气的温度 可以提升到这样的值，在该值下蒸汽燃气混合物中的蒸汽仍然可以冷凝，并且在该值下，在 压缩机22输入端的管26a中所有的喷射介质的蒸发期间，通过在喷射冷却器25a中对其进 行冷却能够达到最大程度地接近吸入管23中的吸入空气温度的温度。在对吸入运行燃气加热器79中的蒸汽燃气混合物进行冷却期间所产生的冷凝物通过冷凝物管49a被输送经过冷凝物汇集管50直至冷却介质罐20。在图8所示的示范性设计的能量循环中，为了降低所述蒸汽燃气混合物的温度， 除了采用喷射冷却器25和25a，还采用了另外的喷射冷却器25b，冷却器25b根据需要设置 在蒸汽燃气混合物加热器7的各个独立部分之间的内部管117上，蒸汽燃气混合物加热器7 用来在加热器7的所选部分T、7”中以及其后的喷射冷却器25c中调整蒸汽燃气混合物 温度，冷却器25c用来控制来自蒸汽燃气混合物加热器7的输出端的蒸汽燃气混合物的参 数(燃气轮机之前的混合物中的温度和蒸汽含量)。在图9所示的示范性设计的能量循环连接中，在压缩机22中采用等温压缩，根据 图9上半部分，在冷却介质喷雾器80中的压缩机的输入端，冷却介质在需要的压力下被喷 出，例如从冷却介质管18抽取并在热交换器82中加热至需要的温度以用于压缩机22中的 蒸发。为了对热交换器82中的冷却介质进行加热，从燃烧室1或汇集器51抽出的尾气 的热量、从热汇集器61抽出的废气的热量、从燃气轮机28排出的蒸汽燃气混合物的废热， 或者从所述郎肯_克劳修斯循环装置30中取走的热量都可以使用。和/或根据图9下半部分所述的设计，在压缩机22的各级之间在中间混合物冷却 器92内，来自冷却介质管18或者从压力管道59或者从喷射管60的冷却介质被喷射，通过 这种方式，在压缩机22的工作介质中，压缩机22适当级的工作介质被冷却至最小程度地低 于压缩机22的冷却介质中的蒸汽的露点的温度。在图10所示的示范性设计的能量循环中，为了提高其效率，在蒸汽发生器31输入 端之前对蒸汽燃气混合物的温度进行提升，这是通过在蒸汽燃气混合物再加热器83中对 尾气进行再加热来实现的。可以根据再加热器83的设计来控制再加热温度，例如通过再热器或者其位于蒸 汽燃气混合物侧的部分的旁路、通过尾气侧的旁路进行控制或者采用两者结合的方式进行 控制。在如图11所示的示范性设计的蒸汽燃气能量循环中，为了提升其效率，可以在例 如天然气的附加燃料燃烧装置85’中加热进入到蒸汽发生器31之前的蒸汽燃气混合物以
使其温度升高。当所述郎肯-克劳修斯循环装置30需要更高的蒸汽参数时采用附加燃烧。由于 附加燃烧，可利用蒸汽燃气混合物中的空气。在图12中所示的示范性设计的蒸气-燃气能量循环中，采用冷却介质尾气加热器 73将尾气冷却至蒸汽燃气发生器87所需的输出温度，尾气加热器73可以设计用来将介质 加热至低于沸点的温度，或者同时也可以作为蒸发式再加热器。尾气加热器73在以下情况下采用，当在空气预热器38(图3)中用于燃料燃烧的 空气必须达到足够的温度时，或者当采用燃烧空气加热器11时蒸汽-燃气混合物加热器 7(图3，图4)之后的尾气达不到需要的温度时，在这些情况下结合使用冷却介质尾气加热 器73和位于其后的燃烧空气加热器11。在图13所示的示范性设计的能量循环连接中，蒸汽-燃气混合物的废热，例如位 于燃烧空气预热器38之后的废热被用来预热热交换器90中的喷射介质，采用这种方式预 热的介质通过管26，26b，26c, 26d喷射到蒸汽-燃气混合物中。
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通过预加热喷射介质，进入到燃气轮机前的蒸汽-燃气混合物中的蒸汽干度增 加，通过采用中间混合物冷却器92，使获得近似的等温压缩成为可能，尤其当用于预热喷射 介质的热交换器90中获得更多来自蒸汽_燃气混合物的冷凝物，所述冷凝物随后通过冷凝 物管49c排出。在图14所示的示范性设计的能量循环中，采用过热蒸汽在混合部21中生成蒸 汽-燃气混合物，所述过热蒸汽是通过在蒸汽过热器106中利用冷却燃烧室1的尾气加热 蒸汽的方式而在冷却燃烧室1的冷却介质蒸气的输出端5的饱和蒸汽中获得的。冷却燃烧 室1的蒸汽输出端5的压力对应于压缩机22后的气体压力。在图15所示的示范性设计的能量循环中，为了在混合部21中生成蒸汽-燃气混 合物，利用在高压蒸汽轮机104中膨胀后的蒸汽，蒸汽压力与压缩机22之后的气体压力相 同。将从冷却的燃烧室1的输出端5抽出的蒸汽过热到所需更高温度是通过蒸汽过热 器106中的冷却的燃烧室1的尾气实现的，过热器106的输出端105连接至高压蒸汽轮机 104。来自冷却的燃烧室1的冷却介质蒸气的输出端5处的压力高于压缩机22之后的蒸汽 压力。在图16所示的示范性方案的能量循环中，为了在混合部21中生产蒸汽-燃气混 合物，仅使用从冷却燃烧室1的输出端5抽出的部分蒸汽，剩余部分的蒸汽通过输送蒸汽管 108抽入到蒸汽过热器106中，在那里其被来自冷却燃烧室1的尾气过热至所需的温度，并 通过输出蒸汽管109输送至郎肯_克劳修斯循环装置30的蒸汽轮机32中。抽出蒸汽的总量通过流量控制装置110控制，冷却燃烧室1的输出端5处的压力 对应于压缩机22后的气体压力。在图17所示的示范性方案的能量循环中，为了在混合部21中生产蒸汽-燃气混 合物，仅使用从冷却燃烧室1的输出端5抽出的部分蒸汽，剩余部分蒸汽通过输送蒸汽管 108抽至蒸汽过热器106中，在那里其被来自冷却燃烧室1的尾气过热至所需的温度，并通 过输出管109输送至冷凝汽轮机111，并且冷凝物通过冷凝物管112从冷凝器33输送到冷 却介质罐20中。冷却燃烧室1的蒸气的输出端5处的压力对应于压缩机22后的气体压力。在图18所示的示范性方案的蒸汽能量循环中，为了在混合部21中生产蒸汽-燃 气混合物，仅使用通过主管113从背压式汽轮机104的输出端导入的部分过热蒸汽，剩余部 分的所述蒸汽通过旁路管114输送至郎肯_克劳修斯循环装置30的蒸汽轮机32中。从蒸汽轮机32抽取的蒸汽总量通过流量控制装置110控制，而冷却燃烧室1的蒸 气输出端5处的压力高于压缩机22后的气体压力。在图19所示的示范性设计的能量循环中，为了在混合部21中生产蒸汽-燃气混 合物，仅使用来自蒸汽过热器106的部分过热蒸汽，这部分过热蒸汽在冷凝汽轮机115中部 分膨胀至对应于压缩机22之后的气体压力的某一压力，并通过抽取管116从受控的抽取装 置118中抽出，剩余部分的所述蒸汽在冷凝器33中冷凝，所形成的冷凝物通过冷凝物管112 输送至冷却介质罐20。冷却的燃烧室1的蒸气的出口端5处的压力高于压缩机22后的气 体压力。在图20所示的示范性设计的能量循环中，为了在混合部21中生产蒸汽-燃气混 合物，仅使用来自蒸汽过热器106的部分过热蒸汽，所述过热蒸汽在对应于压缩机22之后的气体压力的压力下通过抽取管116从背压式汽轮机119的排放中抽出，剩余部分的蒸汽 通过旁路管114输送经过受控的抽取装置118’直至郎肯-克劳修斯循环装置30的蒸汽轮 机32中。冷却的燃烧室1的输出端5处的压力高于经过压缩机22之后的气体压力。在图21所示的示范性设计的能量循环中，来自冷却的燃烧室1的输出端5的饱和 蒸气被来自冷却燃烧室ι的尾气在蒸汽过热器106的第一部分中过热，并且在冷却的燃烧 室1内被蒸汽过热器的输出部分106’处的尾气和火焰的辐射过热至最终温度。在可选择的设计中，来自冷却的燃烧室1的输出端5的饱和蒸气在蒸汽过热器106 的输入端部内被冷却燃烧室1之后的尾气部分地加热，然后在冷却的燃烧室1中通过过热 器介质部分106’中的尾气和火焰的辐射进一步加热至更高温度，然后其在冷却燃烧室1之 后的尾气中、在蒸汽过热器106的输出部分中被加热至输出温度。在图22所示的示范性设计的能量循环中，来自冷却燃烧室1输出端5的饱和蒸气 在冷却燃烧室1中通过蒸汽过热器106中的尾气和火焰辐射预热至所需的温度。在图23所示的示范性设计的能量循环中，混合部21中生成的蒸汽_燃气混合物 首先通过冷却的燃烧室1内的蒸汽-燃气混合物加热器7的输入部分7’的尾气和火焰辐 射加热，并通过燃烧室1后面的蒸汽燃气混合物加热器7中的尾气加热至蒸汽_燃气混合 物输出端9中所需的温度，例如，在7”和7”’部分中，在那里，所述蒸汽-燃气混合物可以 在进入到蒸汽-燃气混合物加热器7的各个独立部分7’，7”和7”’之前，在喷射冷却器25， 25b, 25e中被冷却。在图24所示的示范性设计的能量循环中，混合部21生成的蒸汽-燃气混合物首 先被冷却的燃烧室之后的尾气加热，例如在蒸汽_燃气混合物加热器7的部分7’和7”中， 并被冷却燃烧室内1的输出部分7”’的尾气和火焰辐射加热至蒸汽混合物输出端9所需的 温度，在那里所述蒸汽_燃气混合物可以在进入蒸汽_燃气混合物加热器7的各个部分7，， 7”和7”，之前，在喷射冷却器25，25b，25d中被冷却。在图25所示的示范性设计的能量循环中，混合部21生成的蒸汽-燃气混合物首 先在蒸汽_燃气混合物加热器7的输入部分7’中被冷却燃烧室后的尾气加热，进一步的加 热通过蒸汽_燃气混合物加热器7的中间部分7”中的尾气和火焰辐射实现，所述蒸汽-燃 气混合物在蒸汽_燃气混合物加热器7的输出部分V”中被冷却燃烧室后的尾气和火焰辐 射加热至蒸汽-燃气混合物输出端9处所需要的温度。在那里，所述蒸汽-燃气混合物可 以在进入各个部分7，，7”和7”，之前，在喷射冷却器25，25b，25d中被冷却。
1权利要求
一种含有应用间接加热和湿气循环的燃气轮机的能量循环，所述能量循环是含有相同的燃气轮机和蒸汽轮机的蒸汽 燃气联合循环，所述燃气轮机是具有再生换热器的燃气轮机，是在所述燃气轮机之前或者之后具有再加热的相同的燃气轮机，是等温压缩的相同的燃气轮机，其通过燃烧矿物燃料，可替代燃料和废弃物来使用它们的原始能量，并最终利用各种废气或者气体混合物的焓热，其特征在于燃气轮机(28)的工作介质是由压缩机(22)提供的气体和来自冷却的燃烧室(1)或来自冷却的热汇集器(51)的冷却介质蒸汽生成的蒸汽 燃气混合物，或是由压缩机(22)提供的气体和来自冷却燃烧室(1)或来自冷却的热汇集器(51)的冷却介质蒸汽生成的蒸汽 燃气混合物，进入到压缩机(22)提供的气体中的喷射介质的蒸汽，和/或进入到由压缩机(22)提供的气体的蒸汽 燃气混合物或由压缩机(22)提供的气体的蒸汽 燃气混合物，所述运行介质还可以是由所述喷射介质中的蒸汽进入到压缩机(22)提供的气体中和/或进入到所述蒸汽 燃气混合物，为了加热所述蒸汽 燃气混合物至燃气轮机(28)的运行介质温度，或者为了将进入燃气轮机(28)之前的所述蒸汽 燃气混合物加热至可达到的温度，而使用了来自冷却燃烧室(1)的将要离开的尾气的热量，或者来自冷却的热收集器(51)或来自收集器(61)的焓热，或者所述冷却燃烧室(1)的火焰和尾气的热量。
2.根据权利要求1所述的能量循环，其特征在于，喷射到所述燃气中的喷射介质由压 缩机(22)输送，在进入到压缩机前，可预热生产燃气加热器(79)进口处的燃气，进一步在 所述压缩机之后，在所述压缩机(22)的吸入部分和/或在压缩机各级之间设置再生换热器 (56)。
3.根据权利要求1所述的能量循环，其特征在于，所述喷射介质在所述蒸汽-燃气混合 物加热器(7)之前和/或至少在所述蒸汽-燃气混合物加热器(7) —些部分之间，或者在 所述蒸汽-燃气混合物加热器(7)之后，或者在上述提及的所有可能的结合中，被喷射到所 述蒸汽-燃气混合物中。
4.根据权利要求1-3所述的能量循环，其特征在于，所述蒸汽-燃气混合物加热器(7) 后的将要离开的尾气或废气的余热被用来加热燃烧空气加热器(11)中的燃烧空气，和/或 用来加热冷却的燃烧室(1)的冷却介质，或用来加热尾气加热气(73)中的冷却的热收集器 (51)，或用来加热喷射介质加热器(64)中的喷射介质，或用于上述所有可能的结合。
5.根据权利要求1-4所述的能量循环，其特征在于，离开蒸汽轮机(28)或者郎肯-克 劳修斯装置(30)并最终离开再生换热器(56)的蒸汽_燃气混合物的余热被用来预热所述 燃烧空气。
6.根据权利要求1-5所述的能量循环，其特征在于，经过郎肯_克劳修斯循环装置 (30)后，并最终通过燃烧空气预热器(38)后的蒸汽-燃气混合物的余热被用来加热家用暖 水加热器(43)中的家用暖水，或者用于预热换热器(77)中的附加冷却介质，或者用于预热 在加热器(79)中的被压缩机(22)抽入的空气，或者用于加热换热器(90)中的喷射介质， 或者用于上述可能部分的结合。
7.根据权利要求1-5所述的能量循环，其特征在于，再生换热器(56)之后的余热被用 于预热喷射介质预热器(58)中的喷射介质，和/或预热家用暖水加热器(43)中的家用暖 水。
8.根据权利要求1-6所述的能量循环，其特征在于，燃气轮机(28)后的蒸汽-燃气混合物的温度被来自所述冷却的燃烧室(1)或者来自冷却热汇集器(51)的尾气加热而提升， 或者在蒸汽-燃气混合物预热器(83)中被来自汇集器(61)的气体加热。
9.根据权利要求1-8所述的能量循环，其特征在于，燃气轮机(28)的燃气循环结束时 排放管(48)中的蒸汽-燃气混合物的蒸气含量通过具有环境温度或者低于环境温度冷却 介质的分离冷凝器(45)而降低。
10.根据权利要求1-9所述的能量循环，其特征在于，来自蒸汽发生器(31)、来自燃烧 空气预热器(38)、来自家用暖水加热器(43)加热、来自分离冷凝器45、来自喷射介质预热 器(58)、来自吸入气体加热器(79)的蒸汽-燃气混合物的分离冷凝物作为所述蒸汽-燃气 能量循环的冷却介质和/或喷射介质。
11.根据权利要求1-10所述的能量循环，其特征在于，来自所述冷却燃烧室(1)的输 出端(5)的冷却介质蒸汽的压力对应于压缩机(22)后的气体压力，其在蒸汽过热器(106) 中被过热至更高温度后，用于在混合部(21)中产生蒸汽-燃气混合物。
12.根据权利要求1-10所述的能量循环，其特征在于，仅采用来自所述冷却燃烧室(1) 的输出端(5)的压力对应于压缩机(22)后的气体压力的一部分蒸汽在混合部(21)中产生 蒸汽-燃气混合物，而剩余部分的所述蒸汽在蒸汽过热器(116)中过热至更高温度之后，被 用于所述郎肯-克劳修斯循环装置(30)的蒸汽轮机(32)中，并最终用于冷凝汽轮机(111) 中。
13.根据权利要求1-10所述的能量循环，其特征在于，使用来自所述冷却的燃烧室(1) 的输出端(5)的冷却介质蒸汽，在所述冷却介质蒸汽在所述蒸汽过热器(106)中过热至更 高温度之后，在所述背压式蒸汽轮机膨胀到对应于所述压缩机(22)后的压力后，所述冷却 介质蒸汽的压力高于压缩机(22)后的压力，用于在混合部(21)中产生蒸汽-燃气混合物， 最终仅使用所述蒸汽的一部分，剩余部分的蒸气用于郎肯-克劳修斯循环装置(30)的蒸汽 轮机(32)中，最终来自所述过热器(106)的仅一部分蒸汽在冷凝汽轮机(115)中膨胀后达 到受控抽取装置(118)的压力，所述压力对应于压缩机(22)后的气体压力，来自所述过热 器(116)的剩余部分蒸汽在该汽轮机的冷凝器(33)中冷凝，最终来自蒸汽过热器(116)的 仅一部分蒸汽在所述背压汽轮机(119)中膨胀至对应于压缩机(22)后的气体压力后被使 用，而剩余部分的蒸汽在膨胀至控制抽取装置(118’ )的压力后，被用于郎肯-克劳修斯循 环装置(30)的蒸汽轮机(32)中。
14.根据权利要求11-14所述的用于冷却介质的蒸汽的过热器(106)，其特征在于，所 述过热器被设计一个或多个部分，其中一个部分被设置在所述冷却的燃烧室(1)中。
15.根据权利要求1，3和4所述的蒸汽-燃气混合物加热器(7)，其特征在于，所述加 热器被设计成多个部分，其中输入部分(7’)或一些内部部分(7”)或输出部分(7”’)被设 置在所述冷却燃烧室(1)中，其余部分被设置在所述冷却燃烧室(1)后的尾气通路中。
全文摘要
一种燃气轮机发电方法，作为原始能量来源，固体矿物燃料、可替代燃料以及它们与空气或氧气燃烧后的废热都可以为之利用。其工作介质是由压缩机22提供的气体和冷却燃烧室1的冷却介质蒸汽的蒸汽燃气混合物。在压缩机之前或者在蒸汽-燃气混合物进入加热器(7)之前，或者至少在进入加热器(7)的多个部分之间之前，喷射介质被喷射到通过压缩机输送的气流中。燃气轮机(28)可以与再生换热器相联接使用，或者与利用来自燃气轮机(28)的废气的废热的郎肯-克劳修斯蒸汽循环装置相连接使用。燃气轮机进行所谓的湿式循环，这使得其可以利用燃烧室(1)的冷却介质的热量以及使得用于生成压缩机(28)的工作介质的气体等温压缩。工作介质和混合气体一起作为燃烧室(1)的冷却介质流。经过燃气轮机(28)之前或者之后的蒸汽-燃气混合物的温度可以通过再热而提升，经过燃气轮机(28)之后的蒸汽-燃气混合物的温度可以通过燃烧的原始燃料的废气再热而提升。
文档编号F01K17/02GK101929386SQ20091024907
公开日2010年12月29日 申请日期2009年10月28日 优先权日2008年10月29日
发明者K·斯塔瑞克, L·维利麦克 申请人:维特科维策动力工程联合股份有限公司