专利名称：一种提高燃气轮机循环热效率的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高循环热效率的方法，尤其涉及一种提高燃气轮机循环热效率的方法。
背景技术：
现有技术中，燃气轮机循环是直接将燃料和压缩空气在燃烧室中燃烧。由于燃气轮机透平金属材料在高压时能够承受的烟气温度有限，燃烧后的高温烟气需要过量的“二次空气”来进行冷却，以降低烟气温度，满足透平金属材料对温度的要求，最后才将冷却后的烟气输入燃气轮机透平内膨胀做功。上述燃气轮机循环主要存在如下不足一、燃气轮机燃烧室燃烧反应后需要“二次空气”冷却降温，以降低烟气温度才能达到透平要求；二、压气机压缩大量的“二次空气”，需要消耗燃气透平输出的轴功，使循环输出的净功显著减小，降低了燃气循环热效率；三、循环所需要的空气为过量，燃气透平排气热损失增加，造成循环热效率相对较低；四、同时空气过量使得燃气循环的NOx排放浓度较高。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种无需“二次空气”冷却， 便可提高燃气轮机热效率的方法。本发明提供的一种提高燃气轮机循环热效率的方法，该方法包括如下步骤
1)以甲烷作为燃料，将燃气轮机中压气机增压后的空气和一部分燃料流通入燃气轮机燃烧室，在燃气轮机燃烧室中进行燃烧，形成高温烟气；
2)再将一部分燃料流和形成的高温烟气通入重整反应器，在重整反应器中进行甲烷重整反应，形成合成气；
3)将合成气通入燃气轮机透平，实现膨胀做功。与现有技术相比，本发明的一种提高燃气轮机循环热效率的方法，具有以下优占.
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1、本发明利用吸热的甲烷重整反应，用于吸收甲烷燃烧释放的高温热量，来改善燃气轮机循环的热力性能，重整反应后的合成气再输入燃气轮机透平实现膨胀做功，使燃气循环具有较高的热效率。与现有的燃气轮机简单循环相比，循环热效率可提高约25%，同时燃气循环的比功也得到提高，在相同功率下，使得燃气轮机的整个设计结构可更紧凑。2、燃气轮机燃烧室燃烧反应后需要冷却降温，而甲烷重整则需要充足的热量，因此，可以把燃烧生成的高温烟气通过重整反应来冷却，同时还可以实现重整反应的顺利进行。3、本发明采用先燃烧后重整的方法，实现了对化学能与物理能的梯级利用。
图1为提高燃气轮机循环热效率装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细地说明。一种提高燃气轮机循环热效率的方法，该方法采用如图1所示的装置，包括如下步骤
1)将燃气轮机中压气机2增压后的空气和一部分燃料流1通入燃气轮机燃烧室3，在燃气轮机燃烧室3中进行燃烧(化学反应式CH4+202=C02+2H20)，形成高温烟气，烟气中除了 N2夕卜，还含有大量(X)2和H2O组分。2)再将一部分燃料流1和形成的高温烟气通入重整反应器4，在重整反应器4中， 高温烟气中的(X)2和H2O组分和燃料流进行甲烷重整反应(化学反应式CH4+C02=2C0+2H2， CH4+H20=C0+3H2，CO +H20=C02+H2)，形成合成气。3 )将合成气通入燃气轮机透平5实现膨胀做功。在燃气轮机燃烧室3中进行的燃烧化学反应为放热反应；而在重整反应器4中，需要提供大量的热量，碳氢化合物在催化剂的作用下才能进行吸热的重整化学反应。重整反应所需的热量来自于燃烧燃料产生的高温烟气流。高温烟气通过催化剂时，烟气温度降低为重整反应提供热量，同时烟气中的(X)2和H2O组分参加重整反应。燃气轮机燃烧室中进行甲烷燃烧反应时，通入稍过量的空气，为保证适度冷却甲烷燃烧释放的高温热量，保证燃烧室的部件不会受到损坏，同时又能为重整反应提供足够的热量，达到重整反应平衡时，使生成合成气满足燃气轮机透平入口温度的要求。在燃气轮机循环中的重整反应是在高温下进行的，要求催化剂的高温活性较好， 因此可采用整体型催化剂，将催化剂附着于陶瓷等材料表面，做成球形、蜂窝形以及网格状的整体型。在高温下，适合做整体型催化剂的活性组分的有Pt和Ru，或者加稀土氧化物的 Ni基，或六铝酸盐(具有很好的热稳定性，且在高温下可保持大的比表面积)等。应用本发明的基于甲烷重整反应的燃气轮机新循环与现有简单的燃气轮机循环相比，表1所示为两种循环的初始条件，表2所示为燃气组分的变化以及热力性能的变化 (表中3表示高温烟气；5表示合成气)
表权利要求
1. 一种提高燃气轮机循环热效率的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤1)将燃气轮机中压气机增压后的空气和一部分燃料流通入燃气轮机燃烧室，在燃气轮机燃烧室中进行燃烧，形成高温烟气；2)再将一部分燃料流和形成的高温烟气通入重整反应器，在重整反应器中进行甲烷重整反应，形成合成气；3)将合成气通入燃气轮机透平实现膨胀做功。
全文摘要
本发明公开了一种提高燃气轮机循环热效率的方法，包括如下步骤1)将燃气轮机中压气机增压后的空气和一部分燃料流通入燃气轮机燃烧室，在燃气轮机燃烧室中燃烧，形成高温烟气；2)再将一部分燃料流和形成的高温烟气通入重整反应器，在重整反应器中进行甲烷重整反应，形成合成气；3)将合成气通入燃气轮机透平实现膨胀做功。本发明利用吸热的甲烷重整反应，用于吸收甲烷燃烧释放的高温热量，来改善燃气轮机循环的热力性能。重整反应后的合成气再输入燃气轮机透平实现膨胀做功，具有较高的热效率。与现有的燃气轮机简单循环相比，循环热效率可提高约25%，同时燃气循环的比功也得到提高，使得燃气轮机的整个设计在相同功率下结构可更紧凑。
文档编号F02C6/00GK102322353SQ20111014255
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者唐强, 张力, 张晓琴, 毛心茹, 蒲舸, 阳绪东, 陈艳容 申请人:重庆大学