一种部分氧化注蒸汽正逆燃气轮机联合循环的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种部分氧化注蒸汽正逆燃气轮机联合循环。
【背景技术】
[0002]简单循环燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平(简称透平)组成。压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩，压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧成为高温燃气，随即流入透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转，余功作为燃气轮机的输出机械功并可产生电力。透平进口前的燃气温度称为燃气初温，为充分利用燃气轮机的排气余热，一般在燃气轮机后部设置余热锅炉，用于产生蒸汽并在汽轮机中做功，由此即构成了燃气-蒸汽联合循环。
[0003]当将锅炉产生的蒸汽回注到燃气轮机的燃烧室同燃气混合加热、膨胀做功，即构成注蒸汽循环。同联合循环相比，注蒸汽循环的特点和优势亦十分突出:注蒸汽循环的效率稍低，但比功高；由于蒸汽回注抑制了燃烧过程氮氧化物的生成，污染物排放降低；省去了蒸汽轮机及冷凝器等，系统结构简单，造价下降；当将余热锅炉产生的蒸汽对外供热时，即可实现热电联供，且热电调节范围大；启动关停快速，操作简单、易维护；部分负荷性能好、对负荷的快速跟踪能力强；占地面积小。
[0004]另一方面，由于空气加湿，水(蒸汽)跟随排烟一同被排到大气，而系统需要时时补充新水，需要消耗大量水，要达到回收水与耗水自平衡的投入大，难度高。这在一定程度上阻碍了注蒸汽循环的发展。
[0005]一般情况下，从透平排出的烟气的压力只稍高于大气压力，其中高出部分仅用于克服后部余热回收装置等部件产生的排气阻力。此时，燃气轮机循环是正向(热机)循环。当将燃气轮机透平排出的烟气的压力故意设置为大气压力以下，之后再跟随一个烟气的等压冷却过程及一个压缩过程时，由上部的燃气轮机正向循环和逆压缩过程即构成了所谓的正逆燃气轮机联合循环。由于烟气再压缩前的等压冷却过程的存在，烟气中的水份凝结，烟气流量下降，烟气从低于大气压再压缩到大气压的耗功远小于烟气在透平中从大气压膨胀到低于大气压的膨胀功。由于存在逆循环，循环的优化压比下降。由于压比下降，燃料的压缩功减少。由于这些因素的存在，同等条件下，可使得整个联合循环效率较单纯的正向循环提高约I?2个百分点，对烟气中蒸汽含量高的循环，如注水循环、注蒸汽循环等尤其有效。同时，烟气中凝结的水亦可补充于循环，大大克服需消耗水的循环的天然缺陷。
[0006]部分氧化循环是先进燃气轮机循环的重要发展方向之一。部分氧化循环最主要的特征是燃料先在部分氧化反应器中实现部分氧化，燃料不完全燃烧，产生高温富氢可燃气体，然后此富氢可燃气体在顶置循环后燃烧利用。由于燃料化学能的分级释放和利用，循环效率提高；部分氧化反应过程基本无NOx生成；由于工质的热物性大，空气需求量少，循环比功高；由于部分氧化器生成的还原性可燃气体中没有氧气，其后的高压透平可以采用特殊材料制成的耐高温叶片，不需要冷却空气；由于燃料分级利用而类似于再热循环，可构成双轴型循环，部分负荷性能好。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种高效、低排放的部分氧化注蒸汽正逆燃气轮机联合循环，并实现循环中注蒸汽耗水和回收水的自平衡。
[0008]为实现上述目的，本发明提供的部分氧化注蒸汽正逆燃气轮机联合循环，包括:
[0009]空气由空气输入端进入低压压气机中，低压压气机的输出端分别与高压压气机的输入端、燃烧室的空气输入端、低压透平的冷却空气输入端相连；
[0010]高压压气机的空气输出端与部分氧化反应器的空气输入端相连；部分氧化反应器的输出端与混合器的可燃气体输入端相连；
[0011]混合器的输出端与高压透平的输出端相连；
[0012]高压透平的输出端与燃烧室的可燃气体输入端相连；
[0013]燃烧室的烟气输出端与低压透平的烟气输入端相连；
[0014]低压透平的烟气输出端与第二燃料加热器的烟气输入端相连；
[0015]第二燃料加热器的烟气输入端与过热器的烟气输入端相连；
[0016]过热器的烟气输出端与蒸发器的烟气输入端相连；
[0017]过热器的蒸汽输出端分别连接部分氧化反应器和混合器的蒸汽输入端；
[0018]蒸发器的烟气输出端与省煤器的烟气输入端相连；
[0019]省煤器的烟气输出端与第一燃料加热器的烟气输入端相连；
[0020]第一燃料加热器的烟气输出端与烟气复热器的烟气输入端相连；
[0021]烟气复热器的烟气输出端与烟气冷却器的烟气输入端相连；
[0022]烟气冷却器的烟气输出端与排气压缩机的烟气输入端相连；
[0023]排气压缩机的烟气输出端与烟气复热器的冷烟气输入端相连；
[0024]第二水泵的水输出端与省煤器的水输入端相连；
[0025]省煤器的水输出端与蒸发器的水输入端相连；
[0026]蒸发器的饱和蒸汽输出端入与过热器的饱和蒸汽输出端相连；
[0027]过热器的过热蒸汽输出端与混合器和部分氧化反应器的过热蒸汽输入端相连；
[0028]第一水泵的水输出端与冷却水冷却器的水输入端连接；
[0029]冷却水冷却器的水输出端与烟气冷却器的水输入端连接；
[0030]烟气冷却器的水输出端与第一水泵的水输入端相连；
[0031]第一燃料加热器的燃料输出端与第二燃料加热器燃料输入端相连；
[0032]第二燃料加热器的燃料输出端与部分氧化反应器的燃料输入端相连；
[0033]高压透平推动第二发电机运转；
[0034]低压透平推动第一发电机运转。
[0035]其中，烟气复热器、烟气冷却器均设有冷凝水回收装置，回收的冷凝水经处理后可用作余热锅炉给水。
[0036]其中，设置第一燃料加热器，其燃料输入端连接燃料压缩机的燃料输出端。
[0037]其中，低压透平出口的燃气轮机烟气低于大气压力。
[0038]其中，低压透平出口的燃气轮机烟气压力为0.1?0.95bar。
[0039]其中，部分氧化反应器中的汽碳比一般大于0.5，较佳地可取为3.5，以消除部分氧化过程中的碳黑的生成。
[0040]其中，燃料包括天然气、各类蒸馏油、甲醇、乙醇中的一种或几种。
[0041]其中，设置冷却水冷却器，该冷却水冷却器的入口与烟气冷却器的冷却水出口相连，该冷却水冷却器的出口与烟气冷却器的冷却水入口相连。
[0042]其中，烟气冷却器与排气压缩机之间设有水滴过滤器，水滴过滤器的烟气输入端连接烟气冷却器的烟气输出端，水滴过滤器的烟气输出端连接排气压缩机的烟气输入端。
[0043]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0044]I)由于部分氧化、注蒸汽循环、正逆循环耦合、燃料加热等措施的综合采用，实现了燃气轮机联合循环效率大幅提高，排放降低；
[0045]2)透平出口气体经冷却，大量水凝出，可实现注蒸汽耗水和回收水的自平衡。
[0046]本发明利用能的梯级利用原理，通过系统集成将部分氧化方法和先进注蒸汽循环、逆布雷登循环有机结合起来，可大幅提高能源利用效率、降低污染物排放，并实现注蒸汽耗水和回收水的自平衡。
【附图说明】
[0047]图1是本发明的部分氧化注蒸汽正逆燃气轮机联合循环具体实施例的示意图；
[0048]图2是本发明的部分氧化注蒸汽正逆燃气轮机联合循环流程示意图。附图中符号说明:
[0049]低压压气机1，高压压气机2，部分氧化反应器3，混合器4，高压透平5，燃烧室6，低压透平7，第一燃料加热器8，过热器9，蒸发器10，省煤器11，第二燃料加热器12，烟气复热器13，烟气冷却器14，水滴过滤器15，排气压缩机16，第一水泵17，冷却水冷却器18，第二水泵19，燃料压缩机20，第一发电机21，第二发电机22。
【具体实施方式】
[0050]请结合图1，本发明的部分氧化注蒸汽正逆燃气轮机联合循环的组成包括低压压气机1、高压压气机2、部分氧化反应器3、混合器4、高压透平5、燃烧室6、低压透平7、第二燃料加热器8、过热器9、蒸发器10、省煤器11、第一燃料加热器12、烟气复热器13、烟气冷却器14、水滴过滤器15、排气压缩机16、水泵17、冷却水冷却器18、水泵19、燃料压缩机20、第一发电机21、第二发电机22。
[0051]具体连接方式为:
[0052]空气由低压