一种燃煤机组与燃气轮机联合发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种燃煤机组和燃气轮机联合发电系统，属于联合发电领域，包括燃煤机组、燃气轮机、余热锅炉、给水加热器，给水加热器集成在余热锅炉内，燃煤机组高压加热器系统设置出口旁路，高压加热器出口旁路和给水加热器相连，给水加热器另一端和燃煤机组燃煤锅炉相连，燃煤机组轴封加热器出口设置旁路，冷凝水通过旁路进入余热锅炉，受热后形成蒸汽补充到燃煤机组汽轮机中。本发明大大提高了热循环效率，提高了能源的利用率，降低了发电企业的煤耗，实现了节能减排的目的。
【专利说明】一种燃煤机组与燃气轮机联合发电系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种联合发电系统，特别是涉及一种燃煤机组与燃气轮机联合发电系 统。
【背景技术】
[0002] 燃气轮机排烟烟气具有很高的能量，现有的能量利用形式是配置是用余热锅炉与 下位汽轮机组成联合循环下位电站，但整个联合循环下位汽轮机电站的效率较低，E级燃气 轮机联合循环的下位电站汽轮机循环热效率约为33%，F级燃气轮机联合循环下位电站汽 轮机循环热效率约为35%，大部分能量损耗在冷端，效率相对较低，而一般余热锅炉的效率 在84%左右，这样整个燃气-蒸汽联合循环的下位电站效率约27%?29%，即假如燃气轮 机排烟余热中有100%的能量，最后只有27?29%转化为可用能（即电能），因此燃气轮机 排烟烟气能量利用效率不高，热循环效率低下，热量损失较大，经济性不高。
[0003] 与之相比较，燃煤机组汽轮机循环具有较高的效率，尤其对百万机组，全厂的循环 效率一般都在45 %以上，因此，通过合理的途径将百万燃煤机组与燃气轮机进行联合，使 得燃气轮机排烟的能量利用在百万级燃煤机组循环中，进一步提高燃气排烟能量的利用效 率，可以提高整个系统的经济性，达到节能降耗的目的。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中燃气轮机排烟烟气能量利用效率不高，热循环效率低下，热 量损失较大，经济性不高的不足，本发明提供了一种燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，包 括燃煤机组、燃气轮机、余热锅炉和给水加热器，所述燃煤机组包括燃煤锅炉、汽轮机、凝汽 器、轴封加热器、低压加热器系统、除氧器、高压加热器系统，所述余热锅炉和所述燃气轮机 烟气出口相连，所述给水加热器集成在所述余热锅炉内，所述高压加热器系统设置高压加 热器出口旁路，所述高压加热器出口旁路连接到所述给水加热器一端，所述给水加热器另 一端和所述燃煤锅炉相连。
[0005] 将给水加热器集成进入余热锅炉内，高压加热器出口给水旁路一部分，全部或部 分给水进入给水加热器，降低了排烟温度，减少传热温差，提高了整个系统的循环热效率。
[0006] 进一步的，所述的燃煤机组与燃气轮机联合发电系统包括下位汽轮机、下位凝汽 器，所述余热锅炉、所述下位汽轮机、所述凝汽器顺序相连，组成封闭的燃气轮机的下位电 站，所述高压加热系统为三级高压加热，所述高压出口旁路设置在第二级高压加热器和最 后一级高压加热器之间，所述余热锅炉为双压锅炉，所述余热锅炉包括余热锅炉高压过热 器、余热锅炉高压蒸发器、余热锅炉高压省煤器、余热锅炉低压过热器、余热锅炉低压蒸发 器、余热锅炉低压省煤器，所述余热锅炉高压过热器、所述余热锅炉高压蒸发器、所述给水 加热器、所述余热锅炉低压过热器、所述余热锅炉高压省煤器、所述余热锅炉低压蒸发器、 所述余热锅炉低压省煤器沿烟气行进方向顺序设立在所述余热锅炉内。
[0007] 进一步的，所述高压加热器系统为三级高压加热，所述高压加热器出口旁路设置 在第二级高压加热器和最后一级高压加热器之间，所述余热锅炉为双压锅炉，所述余热锅 炉包括余热锅炉高压过热器、余热锅炉高压蒸发器、余热锅炉高压省煤器、余热锅炉低压过 热器、余热锅炉低压蒸发器、余热锅炉低压省煤器，所述余热锅炉高压过热器、所述余热锅 炉高压蒸发器、所述给水加热器、所述余热锅炉低压过热器、所述余热锅炉高压省煤器、所 述余热锅炉低压蒸发器、所述余热锅炉低压省煤器沿烟气行进方向顺序设立在所述余热锅 炉内，所述余热锅炉低压过热器和所述汽轮机低压缸补气口相连，所述余热锅炉高压过热 器和所述汽轮机高压缸补气口相连，所述轴封加热器出口设置轴封加热器出口旁路，所述 轴封加热器出口旁路和所述余热锅炉低压省煤器相连。
[0008] 给水加热器集成进入余热锅炉内，高压加热器出口给水旁路一部分，全部或部分 给水进入给水加热器，降低了排烟温度，减少传热温差，提高了整个系统的循环热效率。 [0009] 轴封加热器出口旁路分出一部分凝结水进入余热锅炉，余热锅炉产生高压和低压 蒸汽补入汽轮机高压和低压补气，最后全部进入凝汽器凝结后由凝结水泵打出。这部分旁 路的凝结水原先是直接进入燃煤锅炉的，本发明把一部分凝结水旁路出来进入余热锅炉吸 收燃气轮机排烟能量，燃气轮机排烟中的热量通过余热锅炉产生蒸汽及给水换热，全部投 放到燃煤机组热力循环，这部分蒸汽参与了燃煤机组的给水回热，流过燃煤机组加热器系 统的水量减少，可以排挤部分抽汽回汽轮机做功，大大提高蒸汽能量的利用效率，减少了蒸 汽在凝汽过程中的损失，从而提高整个联合循环的热循环效率，由于燃煤锅炉充分利用了 燃气轮机排烟烟气的热量参与热力循环，减少了燃煤锅炉烧煤量，大大降低了煤耗，节约了 企业的燃煤成本，同时减少了有害气体的排放，达到了节能减排的目的。
[0010] 进一步的，所述余热锅炉为单压锅炉，包括余热锅炉高压过热器、余热锅炉高压蒸 发器、余热锅炉高压省煤器、余热加热器，所述余热锅炉高压过热器、所述余热锅炉高压蒸 发器、所述给水加热器、所述余热锅炉高压省煤器、所述余热加热器沿烟气行进方向顺序设 立在所述余热锅炉内，所述余热锅炉高压过热器和所述汽轮机高压缸补气口相连，所述轴 封加热器出口设置轴封加热器出口旁路，所述轴封加热器出口旁路和所述余热锅炉高压省 煤器相连，所述余热加热器和外部热水供应系统相连。
[0011] 余热加热器和外部热水供应系统相连，提高机组发电效率的同时，在有热负荷的 时候，利用余热锅炉的排烟余热，加热生活热水，提高机组的能量利用效率。
[0012] 进一步的，所述余热锅炉为单压锅炉，包括余热锅炉高压过热器、余热锅炉高压蒸 发器、余热锅炉高压省煤器，所述余热锅炉高压过热器、所述余热锅炉高压蒸发器、所述给 水加热器、所述余热锅炉高压省煤器沿烟气行进方向顺序设立在所述余热锅炉内，所述余 热锅炉高压过热器和所述汽轮机高压缸补气口相连，所述轴封加热器出口设置轴封加热器 出口旁路，所述轴封加热器出口旁路和所述余热锅炉高压省煤器相连，所述余热锅炉连接 烟气直燃性溴化锂制冷机组。
[0013] 余热锅炉和烟气直燃性溴化锂制冷机组相连，在提高机组发电效率的同时，在有 冷负荷的时候，利用余热锅炉的排烟余热，通过溴化锂制冷机组进行制冷，提高机组的能量 利用效率。
[0014] 进一步的，所述三级高压加热器系统最后一级高压加热器作为备用或旁路。
[0015] 进一步的，所述燃气轮机为E级燃气轮机或F级燃气轮机。
[0016] 进一步的，所述燃煤机组和燃气轮机联合发电系统发电效率高于燃煤机组和燃气 轮机各自独立运行时的总发电效率。
[0017] 进一步的，所述燃煤机组为1000MW级燃煤机组。
[0018] 本发明的有益效果是降低了燃气轮机排烟温度，减少了传热温差，提高了整个联 合循环的热循环效率，机组发电效率得到了提高，同时提高了能源的使用效率，消耗同样的 燃煤量和燃气消耗量，获得了更多的发电量，对发电企业而言，大大降低了煤耗量，减少了 发电企业的燃煤成本，也减少了燃煤有害气体的排放，改善了大气环境，实现了节能减排的 目的。
[0019] 另外，由于我国天然气量短缺的限制，我国很多燃气轮机电厂的定位是调峰电站， 年利用小时数低，采用本发明燃煤机组和燃气轮机联合发电，可以改变燃气轮机目前仅仅 是调峰电站的定位，而成为带基本负荷的电站，提高了国家和企业投资的利用率。
[0020] 同时，本发明燃煤机组可以保留原有系统作为备用，在燃气轮机停运的情况下可 以按原燃煤机组运行，不影响整体发电，有利于保持电力稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是无热质交换情况下常规百万燃煤机组和常规燃气轮机联合循环分系统流 程图
[0022] 图2是使用燃气轮机排烟直接加热1000MW机组最后一级高压加热器示意图
[0023] 图3是燃煤机组与燃气轮机联合发电系统集成的能量示意图
[0024] 图4是燃煤机组与燃气轮机联合发电系统实施例一系统流程图
[0025] 图5是燃煤机组与燃气轮机联合发电系统实施例二系统流程图
[0026] 图6是燃煤机组与燃气轮机联合发电系统实施例三系统流程图
[0027] 图7是燃煤机组与燃气轮机联合发电系统实施例四系统流程图
[0028] 标号说明：
[0029] 1-余热锅炉2-给水加热器3-燃煤锅炉4-汽轮机高压缸
[0030] 5-汽轮机低压缸6-轴封加热器7-燃气轮机8-余热加热器
[0031] 9-烟气直燃型溴化锂制冷机组11-余热锅炉高压过热器
[0032] 12-余热锅炉高压蒸发器13-余热锅炉低压过热器
[0033] 14-余热锅炉高压省煤器15-余热锅炉低压蒸发器
[0034] 16-余热锅炉低压省煤器20-下位汽轮机21-下位凝汽器
[0035] 22-发电机31-8号低压加热器32-7号低压加热器
[0036] 33-6号低压加热器34-5号低压加热器35-除氧器
[0037] 36-3号高压加热器37-2号高压加热器
[0038] 38-1号高压加热器40-低压汽包41-高压汽包
【具体实施方式】
[0039] 以下结合附图，具体说明本发明。
[0040] 图1示出了无热质交换情况下常规百万燃煤机组和常规燃气轮机联合循环分系 统流程图。燃煤机组包括发电机、燃煤锅炉3、汽轮机、凝汽器、低压加热器系统、除氧器、 高压加热器系统，以及泵、管道等辅助系统，顺序相连组成封闭循环系统，燃气轮机联合循 环系统包括燃气轮机7、发电机和下位电站，下位电站包括余热锅炉I、发电机、下位汽轮机 20、下位凝汽器21以及泵、管道等辅助系统组成封闭的循环系统，余热锅炉和燃气轮机7烟 气出口相连，燃气轮机7排烟烟气进入余热锅炉1，加热冷凝水，形成蒸汽推动下位汽轮机 20把热能转化为电能。
[0041] 我国目前在建的燃煤机组从300MW等级到1000MW等级的热力系统常见的都是三 级高压加热器、四级低压加热器、一个除氧器的配置，系统的设备构成基本都是一样的，只 是炉型、汽轮机形式、给水泵配置型式、冷却方式等有些不一样。1000MW机组的压力和温度 等级更_，循环的初参数越_，循环效率越_，先进的燃煤机组提_发电效率的方式是提_ 初参数，降低终参数，提高初参数就是提高汽轮机进汽的压力温度等级，1000MW是国内在役 机组中现有的初参数最_的，基本都是米用超超临界参数，因此也是循环效率最_的，加上 锅炉、管道等损失，总的效率一般都在45%以上，其他等级的汽轮机，如亚临界300MW等级 汽轮机，其循环热效率40%左右，甚至更低，比超超临界的机组低很多，所以采用百万等级 的燃煤机组进行集成，节能量最好，采用其他级别的节能量少。
[0042] 本发明的燃气轮机可以是E级燃气轮机、F级燃气轮机，也可以是其他的燃气轮 机。
[0043] 以某常规E级燃气轮机为例进行说明，其配置的联合循环，高压蒸汽参数取压 力56. 07bar，温度515°C，低压蒸汽补气压力5. 414bar，温度227. 8°C，余热锅炉排烟温度 92°C，联合循环的毛效率约52. 2%，100%工况发电机端出力189. 47MW(背压4. 9kPa)。
[0044] 某常规电厂百万燃煤机组THA工况下，主蒸汽进汽参数：24. 668MPa，600°C，再 热蒸汽参数：5. 275MPa，600°C，平均背压5. 2kPa，机组毛功率1000. 18MW，汽轮机热耗率 7357kJ/kWh，全厂毛热效率46. 19%，全厂毛热耗率7794kJ/kWh。
[0045] 共同组成一个联合平台考虑，两者没有热质交换，如图1所示，总出力1189. 65MW， 燃煤机组侧输入能量2167. 36MW，燃气轮机侧输入能量362. 912MW，根据总的能量输入与输 出，计算分系统总循环发电效率47. 02 %。
[0046] 因此只有集成的系统总循环发电效率大于47. 02%，也就是联合发电系统总效率 大于独立运行总效率的情况下，系统集成方案才可行。
[0047] 常规300?1000MW燃煤机组，根据等效热降法计算可得，其各级的抽汽效率（能 Ui 级效率）见下表，％(j=l4>，即各及加热器中输入 qj的能量，排挤Ikg蒸汽回到汽轮 机做功为&，其能级效率为n」。由表中可以看出，后两级具有较高的能级效率，如果能实现 把燃气轮机排烟中的热量全部利用到具有较高能级效率的给水加热器2中，那么联合循环 的效率将会进一步提升。
[0048]
【权利要求】
1. 一种燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，其特征在于，包括燃煤机组、燃气轮机 (7)、余热锅炉（1)和给水加热器（2)，所述燃煤机组包括燃煤锅炉（3)、汽轮机、凝汽器、轴 封加热器（6)、低压加热器系统、除氧器、高压加热器系统，所述余热锅炉（1)和所述燃气轮 机（7)烟气出口相连，所述给水加热器（2)集成在所述余热锅炉（1)内，所述高压加热器系 统设置高压加热器出口旁路，所述高压加热器出口旁路连接到所述给水加热器（2) -端， 所述给水加热器（2)另一端和所述燃煤锅炉（3)相连。
2. 根据权利要求1所述的燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，其特征在于，所述的燃 煤机组与燃气轮机联合发电系统包括下位汽轮机（20)、下位凝汽器（21)，所述余热锅炉 (I) 、所述下位汽轮机（20)、所述凝汽器顺序相连，组成封闭的燃气轮机（7)下位电站，所述 高压加热系统为三级高压加热，所述高压出口旁路设置在第二级高压加热器和最后一级高 压加热器之间，所述余热锅炉（1)为双压锅炉，所述余热锅炉（1)包括余热锅炉高压过热器 (II) 、余热锅炉高压蒸发器（12)、余热锅炉高压省煤器（14)、余热锅炉低压过热器（13)、余 热锅炉低压蒸发器（15)、余热锅炉低压省煤器（16)，所述余热锅炉高压过热器（11)、所述 余热锅炉高压蒸发器（12)、所述给水加热器（2)、所述余热锅炉低压过热器（13)、所述余热 锅炉高压省煤器（14)、所述余热锅炉低压蒸发器（15)、所述余热锅炉低压省煤器（16)沿烟 气行进方向顺序设立在所述余热锅炉（1)内。
3. 根据权利要求1所述的燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，其特征在于，所述高 压加热器系统为三级高压加热，所述高压加热器出口旁路设置在第二级高压加热器和最 后一级高压加热器之间，所述余热锅炉（1)为双压锅炉，所述余热锅炉（1)包括余热锅炉 高压过热器（11)、余热锅炉高压蒸发器（12)、余热锅炉高压省煤器（14)、余热锅炉低压过 热器（13)、余热锅炉低压蒸发器（15)、余热锅炉低压省煤器（16)，所述余热锅炉高压过热 器（11)、所述余热锅炉高压蒸发器（12)、所述给水加热器（2)、所述余热锅炉低压过热器 (13)、所述余热锅炉高压省煤器（14)、所述余热锅炉低压蒸发器（15)、所述余热锅炉低压 省煤器（16)沿烟气行进方向顺序设立在所述余热锅炉（1)内，所述余热锅炉低压过热器 (13)和所述汽轮机低压缸（5)相连，所述余热锅炉高压过热器（11)和所述汽轮机高压缸 (4)相连，所述轴封加热器（6)出口设置轴封加热器出口旁路，所述轴封加热器出口旁路和 所述余热锅炉低压省煤器（16)相连。
4. 根据权利要求1所述的燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，其特征在于，所述余热 锅炉（1)为单压锅炉，包括余热锅炉高压过热器（11)、余热锅炉高压蒸发器（12)、余热锅 炉高压省煤器（14)、余热加热器，所述余热锅炉高压过热器（11)、所述余热锅炉高压蒸发 器（12)、所述给水加热器（2)、所述余热锅炉高压省煤器（14)、所述余热加热器沿烟气行进 方向顺序设立在所述余热锅炉（1)内，所述余热锅炉高压过热器（11)和所述汽轮机高压缸 (4)相连，所述轴封加热器（6)出口设置轴封加热器出口旁路，所述轴封加热器出口旁路和 所述余热锅炉高压省煤器（14)相连，所述余热加热器和外部热水供应系统相连。
5. 根据权利要求1所述的燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，其特征在于，所述余热 锅炉（1)为单压锅炉，包括余热锅炉高压过热器（11)、余热锅炉高压蒸发器（12)、余热锅 炉高压省煤器（14)，所述余热锅炉高压过热器（11)、所述余热锅炉高压蒸发器（12)、所述 给水加热器（2)、所述余热锅炉高压省煤器（14)沿烟气行进方向顺序设立在所述余热锅炉 (1)内，所述余热锅炉高压过热器（11)和所述汽轮机高压缸（4)相连，所述轴封加热器（6) 出口设置轴封加热器出口旁路，所述轴封加热器出口旁路和所述余热锅炉高压省煤器（14) 相连，所述余热锅炉（1)连接烟气直燃性溴化锂制冷机组（9)。
6. 根据权利要求2或3所述的燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，其特征在于，所述三 级高压加热器系统最后一级高压加热器作为备用或旁路。
7. 根据权利要求1、2、3、4或5所述的燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，其特征在于， 所述燃气轮机为E级燃气轮机或F级燃气轮机。
8. 根据权利要求1、2、3、4或5所述的燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，其特征在于， 所述燃煤机组和燃气轮机联合发电系统发电效率高于燃煤机组和燃气轮机各自独立运行 时的总发电效率。
9. 根据权利要求1、2、3、4或5所述的燃煤机组与燃气轮机联合发电系统，其特征在于， 所述燃煤机组为IOOOMW级燃煤机组。
【文档编号】F01K17/02GK104314628SQ201410539729
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】谢大幸, 常浩, 石永锋, 郝建刚, 徐婷婷, 郑健, 李飞飞, 王健 申请人:华电电力科学研究院