專利名稱：布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，具體屬火力發(fā)電廠動力裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)因其熱效率高、啟動速度快、環(huán)保條件好、安裝周期短、投資費用低等一系列優(yōu)點，加上近年來燃氣輪機技術(shù)的飛速發(fā)展，燃氣輪機單機功率也不斷加大，聯(lián)合循環(huán)研究已經(jīng)弓丨起世界各國的重視和實施。國外聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的研究始于上個世紀60年代末，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前，美國、英國、日本等許多發(fā)達國家的燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)已比較成熟，其供電效率已達到50%以上。如美國CE公司為53%左右；ABB公司為48% 5L 9% ;三菱重工為51% 52%。許多公司(如美國Texco公司、比利時CMI公司等)都具有比較成熟的聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐性能設(shè)計、系統(tǒng)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生產(chǎn)制造技術(shù)，而且已經(jīng)完全掌握了聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐的熱力特性和運行特性。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)以及目前正在開發(fā)中的雙流體循環(huán)-燃氣輪機回注蒸汽的程氏循環(huán)和在燃氣輪機的壓氣機出口噴水蒸發(fā)的回熱循環(huán)，正是這種技術(shù)發(fā)展的代表，前者已經(jīng)發(fā)展成熟，取得了巨大的經(jīng)濟效益，后兩者正在加緊研究之中，而程氏循環(huán)已有應(yīng)用實例和正式產(chǎn)品?，F(xiàn)代大中型蒸汽動力裝置毫無例外地全都采用抽汽加熱給水回熱循環(huán)，采用抽汽回熱加熱給水后，使給水溫度提高，從而提高了加熱平均溫度，除了顯著地提高了循環(huán)熱效率以外，汽耗率雖有所增加，但由于逐級抽汽使排汽率減少，這有利于實際做功量和理論做功量之比即該循環(huán)的相對內(nèi)效率Htji的提高，同時解決了大功率汽輪機末級葉片流通能力限制的困難，凝汽器體積也可相應(yīng)減少。但蒸汽在凝汽器中凝結(jié)時仍釋放出大量的汽化潛熱，需要大量的水或空氣進行冷卻，即浪費了熱量、造成熱污染，又浪費了電能、水資源。因此如何有效利用凝汽器中蒸汽凝結(jié)時釋放的大量的汽化潛熱，值得深入研究。電站鍋爐生產(chǎn)過程中排放出大量的煙氣，其中可回收利用的熱量很多。電站鍋爐運行過程中還需通過連續(xù)排污和定期排污保障鍋爐的水質(zhì)符合安全需求，同時必須將鍋爐給水中的氧氣除去，以避免對鍋爐系統(tǒng)的腐蝕。目前熱力除氧器是電站鍋爐的首選技術(shù)，除氧器在工作的同時，夾帶大量的工作蒸汽排入大氣。由于鍋爐連排水和除氧器排汽中含有大量的熱量及優(yōu)良的水質(zhì)，如果直接排放將造成極大的能源和資源浪費，而且對環(huán)境造成污染。雖然這兩部分余熱資源浪費巨大，但回收利用有較大的難度，其主要原因是:(I)余熱的品質(zhì)較低，未找到有效的利用方法；(2)回收者三部分的余熱，往往對鍋爐原有熱力系統(tǒng)做出較大改動，具有一定的風險性；(3)熱平衡問題難以組織，難以在工廠內(nèi)部全部直接利用，往往需要向外尋找合適的熱用戶，而熱用戶的用熱負荷往往會有波動，從而限制了回收方法的通用性。張紅(低沸點工質(zhì)的有機朗肯循環(huán)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)[J].水泥.2006.N0.8)以正戊烷為例比較了常規(guī)的水蒸氣朗肯循環(huán)和有機朗肯循環(huán)在回收低等及中等焓熱時的各自特點。當利用低溫有機工質(zhì)時，主要設(shè)備有:蒸發(fā)器、汽輪機、冷凝器和正戊烷循環(huán)泵。對于低等及中等的焓熱，ORC技術(shù)比常規(guī)的水蒸氣朗肯循環(huán)有很多優(yōu)點，主要是在回收顯熱方面有較高的效率，由于循環(huán)中顯熱/潛熱比例不相等，ORC技術(shù)中此比例大。因此采用ORC技術(shù)比水蒸氣循環(huán)會回收較多的熱量。但ORC技術(shù)也有其固有的缺點:由于有機工質(zhì)可能具有可燃、爆炸等特點，在鍋爐或工業(yè)爐窯尾部煙道利用煙氣余熱組織ORC時，必須要考慮煙氣中粉塵等對布置于煙道中的換熱器的磨損、腐蝕等引起的泄漏，必須要考慮由此引出的爆炸防護以及環(huán)境與工作地點的防護等。這是ORC技術(shù)在電站系統(tǒng)中回收含塵、有腐蝕物質(zhì)的煙氣余熱時必須要解決的難題。熊一權(quán)(高功率輸出的多級朗肯循環(huán)[J].電力情報.1997.N0.1)摘譯的電力情報指出，當邊界條件相同，即有相同的冷熱源入口溫度、熱容比、換熱器傳導率時，則多級朗肯循環(huán)比單級朗肯循環(huán)有更好的運行特性。多級朗肯循環(huán)所以有這種優(yōu)良性能，主要是由于在匹配最大動力循環(huán)傳熱過程中通過調(diào)整鍋爐壓力及相應(yīng)溫度所特有的靈活性。顯然該熱源對于鍋爐，即高溫的煙氣。上述提及的ORC發(fā)電技術(shù)也有其固有的缺點:如有機工質(zhì)可能具有可燃、爆炸等特點，在鍋爐或工業(yè)爐窯尾部煙道利用煙氣余熱組織ORC時，必須要考慮煙氣中粉塵等對布置于煙道中的換熱器的磨損、腐蝕等引起的泄漏，必須要考慮由此引出的爆炸防護以及環(huán)境與工作地點的防護等。這是ORC發(fā)電技術(shù)在電站系統(tǒng)中回收含塵、有腐蝕物質(zhì)的煙氣余熱、乃至直接應(yīng)用于火力發(fā)電廠時必須要解決的難題。因此如何利用蒸汽朗肯循環(huán)火力發(fā)電廠的熱力學基本規(guī)律，借鑒復式朗肯循環(huán)組織思路及朗肯-Kalina等復合循環(huán)等理論的創(chuàng)新方法，保留基于朗肯循環(huán)原理的動力裝置技術(shù)的優(yōu)點，探討新的復合循環(huán)理論，真正找到大幅度提高熱力循環(huán)動力裝置熱效率的新途徑，成為該領(lǐng)域研究的難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為解決上述蒸汽朗肯循環(huán)以及有機朗肯循環(huán)等技術(shù)存在的缺點，提出一種新的布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)體系，能夠替代傳統(tǒng)的蒸汽朗肯循環(huán)、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)及程氏循環(huán)機組，同時解決了有機朗肯循環(huán)機組安全運行的關(guān)鍵問題及凝汽器中蒸汽凝結(jié)時釋放的大量的汽化潛熱回收的難題，采用凝汽器正壓運行方式，回收蒸汽朗肯循環(huán)中蒸汽凝結(jié)時的汽化潛熱用于低溫端有機朗肯循環(huán)發(fā)電，從而實現(xiàn)有效提高整個聯(lián)合循環(huán)機組的熱效率，最終達到節(jié)能降耗、提高系統(tǒng)熱效率的目的。本發(fā)明的目的是通過以下措施實現(xiàn)的:
一種布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，該裝置包括布列頓循環(huán)、蒸汽朗肯循環(huán)、低溫端有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:
空氣35經(jīng)壓氣機36送入燃燒設(shè)備37，與進入的燃料38充分燃燒，生成的高溫煙氣進入燃氣輪機39,拖動燃氣輪機發(fā)電機41發(fā)電,完成燃氣輪機機組布列頓循環(huán)。所述的燃氣輪機39排出的高溫煙氣40作為蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱源，高溫煙氣40經(jīng)余熱鍋爐本體1、過熱器2、給水加熱器8、蒸發(fā)器13-1降低溫度后排出。
所述的蒸汽朗肯循環(huán)，是指由余熱鍋爐本體I出來的飽和蒸汽2，經(jīng)過熱器3形成過熱蒸汽3-1，送入汽輪機4帶動蒸汽發(fā)電機21發(fā)電；汽輪機4出來的乏汽5經(jīng)過熱器9、冷凝蒸發(fā)器10形成凝結(jié)水6，凝結(jié)水6經(jīng)給水泵7、給水加熱器8、余熱鍋爐本體1，再產(chǎn)生飽和蒸汽，從而形成蒸汽朗肯循環(huán)回路。所述的有機朗肯循環(huán)，是指液態(tài)有機工質(zhì)11經(jīng)循環(huán)泵12分別或依次送入冷凝蒸發(fā)器10、冷卻蒸發(fā)器12、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14，產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)過熱器9形成有機工質(zhì)過熱蒸汽16，再進入有機工質(zhì)汽輪機17，拖動有機工質(zhì)發(fā)電機20發(fā)電，從有機工質(zhì)汽輪機17排出的乏汽經(jīng)有機工質(zhì)冷凝器18冷卻形成液態(tài)有機工質(zhì)11，再進入循環(huán)泵12，從而形成有機朗肯循環(huán)回路。所述的液態(tài)有機工質(zhì)11為單一組分的有機工質(zhì)，或以有機工質(zhì)為低沸點組分、高沸點組分為吸收劑的混合溶液等。所述的液態(tài)有機工質(zhì)為多組分溶液時，液態(tài)有機工質(zhì)11經(jīng)循環(huán)泵12、或和回熱器15依次或分別送入冷凝蒸發(fā)器10、冷卻蒸發(fā)器12、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14，形成的貧液經(jīng)回熱器15、返流管線19返回有機工質(zhì)冷凝器18，產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)過熱器9、有機工質(zhì)汽輪機17、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14、有機工質(zhì)冷凝器18形成液態(tài)有機工質(zhì)11，再回到循環(huán)泵12，從而形成有機朗肯循環(huán)回路。所述的汽輪機4排出的乏汽5的壓力高于大氣壓力。所述的蒸汽朗肯循環(huán)回路與有機朗肯循環(huán)回路通過過熱器9、冷凝蒸發(fā)器10、或和冷卻蒸發(fā)器13、或和有機工質(zhì)蒸發(fā)器14，將高溫端蒸汽朗肯循環(huán)和低溫端有機朗肯循環(huán)有機復合在一起，高效回收高溫端蒸汽朗肯循環(huán)的蒸汽冷凝時釋放的汽化潛熱用于低溫端有機朗肯循環(huán)發(fā)電。所述的冷卻蒸發(fā)器13的換熱介質(zhì)有機工質(zhì)與煙氣采用分離式換熱方式，冷卻蒸發(fā)器13包括蒸發(fā)器13-1、冷凝器13-2，其中蒸發(fā)器13-1布置于煙道23中，冷凝器13_2布置于煙道23外，其中的相變工質(zhì)采用水或其他適宜的物質(zhì)；相變工質(zhì)在蒸發(fā)器13-1中吸收煙氣的熱量產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽作為液態(tài)有機工質(zhì)11的熱源，通過冷凝器13-2與液態(tài)有機工質(zhì)11間壁式換熱，冷卻后形成凝結(jié)液再由蒸發(fā)器13-1吸收煙氣的熱量再產(chǎn)生蒸汽，從而形成相變工質(zhì)的內(nèi)循環(huán)回路；相變工質(zhì)采用自然循環(huán)或強制循環(huán)方式。設(shè)有乏汽回熱器22:有機工質(zhì)蒸發(fā)器14產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)乏汽回熱器22、過熱器9、有機工質(zhì)汽輪機17、乏汽回熱器22、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14、有機工質(zhì)冷凝器18、循環(huán)泵12回到有機工質(zhì)蒸發(fā)器14，從而形成有機朗肯循環(huán)回路。設(shè)有與蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)配套的補給水系統(tǒng):蒸餾水箱25中的蒸餾水24，經(jīng)補水泵26、常溫除氧器27除氧、混合床28除鹽后補入蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)。所述的給水加熱器8、過熱器9、冷凝蒸發(fā)器10、冷卻蒸發(fā)器13、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14、乏汽回熱器22可分別設(shè)置一個或多個，采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式連接。所述的有機工質(zhì)冷凝器18按照常規(guī)技術(shù)進行設(shè)置，采用水或空氣等作為冷卻介質(zhì)。本發(fā)明中所提及的前述設(shè)備的換熱元件可采用列管、翅片管、蛇形管或螺旋槽管，或采用其他強化傳熱措施的管子或其他型式的中空腔體換熱元件。控制蒸發(fā)器13-1換熱面的壁面溫度稍高于煙氣酸露點溫度，或采用耐腐蝕的材料有效減輕煙氣的低溫腐蝕，能夠有效降低排煙溫度、避免煙氣低溫腐蝕的同時，高效回收煙氣余熱。本發(fā)明中的燃氣輪機變?yōu)閮?nèi)燃機、斯特林機等其他氣動機時，同樣能形成奧圖循環(huán)-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)、斯特林循環(huán)-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)等發(fā)電裝置。本發(fā)明中未說明的設(shè)備及其備用系統(tǒng)、管道、儀表、閥門、保溫、具有調(diào)節(jié)功能旁路設(shè)施等采用公知的成熟技術(shù)進行配套。設(shè)有與本發(fā)明系統(tǒng)配套的調(diào)控裝置，采用現(xiàn)有蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電廠、程氏循環(huán)發(fā)電廠或燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的公知的成熟調(diào)控技術(shù)進行配套，使蒸汽朗肯-卡琳娜聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置能經(jīng)濟、安全、高熱效率運行，達到節(jié)能降耗的目的。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點:
1、節(jié)能效果顯著:本發(fā)明設(shè)計的布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，有別于傳統(tǒng)的基于朗肯循環(huán)原理的蒸汽朗肯循環(huán)、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)和回注蒸汽的程氏循環(huán)系統(tǒng)和利用煙道氣作為熱源的有機朗肯循環(huán)的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，采用燃氣輪機排氣作為蒸汽朗肯循環(huán)的熱源，蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)的冷凝器作為有機朗肯循環(huán)的蒸發(fā)器，高效回收蒸汽的汽化潛熱用于有機朗肯循環(huán)發(fā)電，利用有機朗肯循環(huán)對中低溫熱源的利用有更高效率的特點，完全有能夠達到、超過原有燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的水平，是對傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的一大改進。采用凝汽器正壓運行方式，將蒸汽朗肯循環(huán)的汽輪機排汽作為有機朗肯循環(huán)的熱源，利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)對中低溫熱源的利用有更高效率的特點，將凝汽器和有機朗肯循環(huán)中的蒸發(fā)器巧妙復合在一起，蒸汽的氣化潛熱得到有效利用，除了蒸汽顯熱利用等較之蒸汽朗肯循環(huán)有更高的效率外，僅利用蒸汽的汽化潛熱發(fā)電這塊就多達50度/噸蒸汽以上，整個系統(tǒng)的絕對熱效率因此提高2%以上；因背壓采用正壓方式運行，汽輪機出口乏汽能保證一定的過熱度，可通過適當提高蒸汽初壓的方法進一步提高循環(huán)熱效率，而且由于汽輪機出口乏汽的比容變小，減小了設(shè)備的尺寸。2、蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備及基建投資大幅度降低，整個聯(lián)合循環(huán)機組的運行費用有較大幅度的降低:
(1)蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)的凝汽器由于采用正壓運行方式，消除了傳統(tǒng)負壓運行技術(shù)不可避免的漏氣、漏水現(xiàn)象，除氧器設(shè)置于朗肯循環(huán)給水管路系統(tǒng)外，除氧器的給水除氧負荷大幅度減輕，除氧設(shè)備容量小，相比傳統(tǒng)的除氧器的大的高層布置空間，所需的空間小，布置靈活方便；
(2)由于取消了凝結(jié)水泵、給水泵的進口壓力提高，給水泵的耗電量有效降低，系統(tǒng)的廠用電量有效降低；同時取消原系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，因蒸汽的汽化潛熱約15%被卡琳娜循環(huán)系統(tǒng)用于發(fā)電，有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)冷卻水系統(tǒng)電耗降低30%以上；考慮到給水泵所需的耐高溫特性及安全性，投資可能高些，可考慮采用凝結(jié)水過冷卻措施；
(3)傳統(tǒng)蒸汽朗肯循環(huán)中的低壓加熱器、抽氣器被取消；
(4)因排出的進入凝汽器的蒸汽比容比傳統(tǒng)凝汽器的小得多，凝汽器體積比傳統(tǒng)技術(shù)的小得多且無需使用傳統(tǒng)凝汽器中大量、價格高的黃銅管，設(shè)備價格因而低得多；有機朗肯循環(huán)中有機工質(zhì)冷凝器因壓力高，比容小，有機工質(zhì)汽輪機(特別是其末級葉片的高度)、排氣管道及冷凝器中的管道尺寸較小，進一步降低投資。3、電廠的三廢實現(xiàn)集成利用:尾部煙道設(shè)置的熱交換器采用相變換熱器時，可以高效回收煙氣的余熱，排煙溫度可降低至120°C左右，相變換熱器蒸發(fā)器采用耐腐蝕材料時，排煙溫度能降低更多，達到85°C左右，對脫硫脫硝系統(tǒng)的運行極為有利，有效避免煙氣低溫腐蝕的同時，回收的熱量用于有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)高效發(fā)電，更符合能量梯級利用原理。蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水、廢汽等余熱均可納入有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)回收利用。從根本上消除了其他廢氣、廢水、廢汽余熱回收裝置對整個機組熱力循環(huán)系統(tǒng)的影響，實現(xiàn)整個電廠系統(tǒng)余熱的真正意義的集成利用，節(jié)水、節(jié)汽、節(jié)電等效果明顯。4、運行安全性明顯提高:
(O以正戊烷為例，正戊烷的密度比水蒸氣大、比容比水蒸氣小，有機工質(zhì)汽輪機(特別是其末級葉片的高度)、排氣管道及空冷冷凝器中的管道尺寸較小。有機工質(zhì)在膨脹做功過程中始終保持干燥狀態(tài)，這就消除了形成濕氣的可能性以及當高速小液滴沖擊損壞膨脹機葉輪的可能性。所以，ORC能比蒸汽汽輪機更有效地適應(yīng)部分負荷運行及大的功率變動，有機蒸汽輪機發(fā)電機組的振動較之有明顯改善；
蒸汽輪機正壓運行，出口蒸汽為過熱蒸汽，從根本上消除了傳統(tǒng)蒸汽朗肯循環(huán)中汽輪機末級葉片因濕蒸汽帶來的問題設(shè)計、制造及運行問題，以及體積大的問題，蒸汽輪機的運行工況得到優(yōu)化，蒸汽輪機發(fā)電機組的振動較之前明顯改善；與水蒸氣相比，由于有機工質(zhì)的聲速低，在低葉片速度時能獲得有利的空氣動力配合，葉輪機在50Hz時即可獲得較高的效率，不需要裝變速箱；
(2)相比于傳統(tǒng)的有機朗肯循環(huán)技術(shù)，采用優(yōu)選方案時，無需在煙道中設(shè)置間壁式的熱交換器，代之采用安全性更好的分體式的相變換熱器冷凝器回收熱量，因煙氣中的粉塵、腐蝕介質(zhì)等引起的磨損、腐蝕導致有機工質(zhì)跟煙氣接觸而引起的眾多安全問題得到根本解決；有機工質(zhì)在相變換熱器冷凝器中進行間壁式換熱，因為水蒸氣的無毒、非助燃物質(zhì)、非可燃、阻燃等優(yōu)良的特點，即使發(fā)生泄漏，事故也容易得到處理、控制，有機朗肯循環(huán)中的蒸發(fā)器或和過熱器的運行工況明顯改善；
(3)由于蒸汽朗肯循環(huán)排汽采用正壓，因此可以通過管道引到采用可靠防護措施的安全處所，有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)(包括相變換熱器冷凝器)可以獨立設(shè)置在安全可靠的防護空間內(nèi)并配備可靠的安全設(shè)施，避免跟蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)直接交錯在一起而引發(fā)的諸多問題，有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的安全性得到可靠保證，為其工業(yè)化應(yīng)用進一步消除安全隱患；
(4)蒸汽鍋爐系統(tǒng)的氧腐蝕安全性能明顯改善，減輕了傳統(tǒng)蒸汽發(fā)電機組因凝汽器負壓運行，空氣不可避免漏入而對系統(tǒng)系統(tǒng)造成的氧腐蝕危害。5、本發(fā)明的方案既可用于新建聯(lián)合動力裝置系統(tǒng)的設(shè)計、建造，也可用于對現(xiàn)有的純凝式、抽凝、抽背機組進行節(jié)能改造，能充分挖掘設(shè)備的潛力，盤活現(xiàn)有資產(chǎn)，同時符合國家的產(chǎn)業(yè)政策，機組運行的經(jīng)濟型、安全性得到可靠保證，能有效提高系統(tǒng)的熱效率。對于新建電廠，蒸汽發(fā)電機組設(shè)備的成套技術(shù)較容易解決:對于新建聯(lián)合循環(huán)中的蒸汽發(fā)電機組，在制造廠場內(nèi)可方便地對現(xiàn)有的成熟機型進行改型，在保持背壓稍高于大氣壓并確保凝汽器正壓運行的前提下，如通過去掉末級的葉輪、葉片、隔板、隔板套，或者對末級的葉輪、葉片隔板、隔板套進行重新設(shè)計、配套，另加配重圈保持轉(zhuǎn)子的動、靜平衡；改造后的前后軸承中心距離不變，與發(fā)電機的連接方式不變，對汽缸部分，通過對中壓缸加裝封堵蝸殼，前級封堵蝸殼處建立新的內(nèi)置氣封，末級后開孔作為背壓排汽口 ；調(diào)節(jié)系統(tǒng)部分僅需增加背壓排汽壓力保護裝置，以增強機組運行的安全性。對于新設(shè)計的電廠，可通過提高蒸汽初壓等手段，采用本發(fā)明的方案能夠與傳統(tǒng)的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組進行競爭。6、特別適宜應(yīng)用于嚴寒、缺水地區(qū)、缺電等地區(qū)的新建、擴建、改建發(fā)電機組。特別適宜應(yīng)用于嚴寒、缺水地區(qū)、缺電等地區(qū)的新建、擴建、改建發(fā)電機組。


圖1是本發(fā)明的一種布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置流程示意圖。圖1中:1_鍋爐本體，2-飽和蒸汽，3-過熱器，3-1-過熱蒸汽，4-汽輪機，5-乏汽，6-凝結(jié)水，7-給水泵，8-給水加熱器，9-過熱器，10-冷凝蒸發(fā)器，11-液態(tài)有機工質(zhì)，12-循環(huán)泵，13-冷卻蒸發(fā)器，13-1-蒸發(fā)器，13-2-冷凝器，14-有機工質(zhì)蒸發(fā)器，15-回熱器，16-有機工質(zhì)過熱蒸汽，17-有機工質(zhì)汽輪機，18-有機工質(zhì)冷凝器，19-返流液體，20-有機工質(zhì)發(fā)電機，21-汽發(fā)電機，22-乏汽回熱器，23-煙道，24-蒸餾水，25-蒸餾水箱，26-補水泵，27-除氧器，28-混合床，29-返流水管線，35-空氣，36-壓氣機，37-燃燒設(shè)備，38-燃料，39-燃氣輪機，40-高溫煙氣，41-燃氣輪機發(fā)電機。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例1:
如圖1所示，一種布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，有機工質(zhì)采用雙組分，該裝置包括布列頓循環(huán)發(fā)電機組、蒸汽汽輪發(fā)電機組、低溫端有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組:
空氣35經(jīng)壓氣機36送入燃燒設(shè)備37，與進入的燃料38充分燃燒，生成的高溫煙氣進入燃氣輪機39,拖動燃氣輪機發(fā)電機41發(fā)電,完成燃氣輪機機組布列頓循環(huán)。所述的燃氣輪機39排出的高溫煙氣40作為蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱源，高溫煙氣40經(jīng)余熱鍋爐本體1、過熱器2、給水加熱器8、蒸發(fā)器13-1降低溫度后排出。所述的蒸汽朗肯循環(huán)，是指由余熱鍋爐本體I出來的飽和蒸汽2，經(jīng)過熱器3形成過熱蒸汽3-1，送入汽輪機4帶動蒸汽發(fā)電機21發(fā)電；汽輪機4出來的乏汽5經(jīng)過熱器9、冷凝蒸發(fā)器10形成凝結(jié)水6，凝結(jié)水6經(jīng)給水泵7、給水加熱器8、余熱鍋爐本體1，再產(chǎn)生飽和蒸汽，從而形成蒸汽朗肯循環(huán)回路。所述的有機朗肯循環(huán)，是指液態(tài)有機工質(zhì)11經(jīng)循環(huán)泵12分別或依次送入冷凝蒸發(fā)器10、冷卻蒸發(fā)器12、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14，產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)過熱器9形成有機工質(zhì)過熱蒸汽16，再進入有機工質(zhì)汽輪機17，拖動有機工質(zhì)發(fā)電機20發(fā)電，從有機工質(zhì)汽輪機17排出的乏汽經(jīng)有機工質(zhì)冷凝器18冷卻形成液態(tài)有機工質(zhì)11，再進入循環(huán)泵12，從而形成有機朗肯循環(huán)回路。所述的液態(tài)有機工質(zhì)為多組分溶液時，液態(tài)有機工質(zhì)11經(jīng)循環(huán)泵12、或和回熱器15依次或分別送入冷凝蒸發(fā)器10、冷卻蒸發(fā)器12、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14，形成的貧液經(jīng)回熱器15、返流管線19返回有機工質(zhì)冷凝器18，產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)過熱器9、有機工質(zhì)汽輪機17、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14、有機工質(zhì)冷凝器18形成液態(tài)有機工質(zhì)11，再回到循環(huán)泵12，從而形成有機朗肯循環(huán)回路。所述的汽輪機4排出的乏汽5的壓力高于大氣壓力。所述的蒸汽朗肯循環(huán)回路與有機朗肯循環(huán)回路通過過熱器9、冷凝蒸發(fā)器10、冷卻蒸發(fā)器13、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14，將高溫端蒸汽朗肯循環(huán)和低溫端有機朗肯循環(huán)有機復合在一起，高效回收高溫端蒸汽朗肯循環(huán)的蒸汽冷凝時釋放的汽化潛熱用于低溫端有機朗肯循環(huán)發(fā)電。所述的冷卻蒸發(fā)器13的換熱介質(zhì)有機工質(zhì)與煙氣采用分離式換熱方式，冷卻蒸發(fā)器13包括蒸發(fā)器13-1、冷凝器13-2，其中蒸發(fā)器13-1布置于煙道23中，冷凝器13_2布置于煙道23外，其中的相變工質(zhì)采用水或其他適宜的物質(zhì)；相變工質(zhì)在蒸發(fā)器13-1中吸收煙氣的熱量產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽作為液態(tài)有機工質(zhì)11的熱源，通過冷凝器13-2與液態(tài)有機工質(zhì)11間壁式換熱，冷卻后形成凝結(jié)液再由蒸發(fā)器13-1吸收煙氣的熱量再產(chǎn)生蒸汽，從而形成相變工質(zhì)的內(nèi)循環(huán)回路；相變工質(zhì)采用自然循環(huán)或強制循環(huán)方式。設(shè)有乏汽回熱器22:有機工質(zhì)蒸發(fā)器14產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)乏汽回熱器22、過熱器9、有機工質(zhì)汽輪機17、乏汽回熱器22、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14、有機工質(zhì)冷凝器18、循環(huán)泵12回到有機工質(zhì)蒸發(fā)器14，從而形成有機朗肯循環(huán)回路。設(shè)有與蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)配套的補給水系統(tǒng):蒸餾水箱25中的蒸餾水24，經(jīng)補水泵26、常溫除氧器27除氧、混合床28除鹽后補入蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)。所述的給水加熱器8、過熱器9、冷凝蒸發(fā)器10、冷卻蒸發(fā)器13、有機工質(zhì)蒸發(fā)器14、乏汽回熱器22可分別設(shè)置一個或多個，采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式連接。所述的有機工質(zhì)冷凝器18按照常規(guī)技術(shù)進行設(shè)置，采用水或空氣等作為冷卻介質(zhì)。本發(fā)明中所提及的前述設(shè)備的換熱元件可采用列管、翅片管、蛇形管或螺旋槽管，或采用其他強化傳熱措施的管子或其他型式的中空腔體換熱元件?？刂茻峤粨Q器14之蒸發(fā)器14-1換熱面的壁面溫度稍高于煙氣酸露點溫度，或采用耐腐蝕的材料有效減輕煙氣的低溫腐蝕，能夠有效降低排煙溫度、避免煙氣低溫腐蝕的同時，高效回收煙氣余熱。本發(fā)明中未說明的設(shè)備及其備用系統(tǒng)、管道、儀表、閥門、保溫、具有調(diào)節(jié)功能旁路設(shè)施等采用公知的成熟技術(shù)進行配套。設(shè)有與本發(fā)明系統(tǒng)配套的安全調(diào)控裝置，采用現(xiàn)有蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電廠、程氏循環(huán)發(fā)電廠或燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的公知的成熟調(diào)控技術(shù)進行配套，使布列頓-蒸汽朗肯-卡琳娜聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置能經(jīng)濟、安全、高熱效率運行，達到節(jié)能降耗的目的。雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當可作各種變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護范圍。因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本申請的權(quán)利要求所界定的為準。
權(quán)利要求
1.一種布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，該裝置包括蒸汽朗肯循環(huán)和低溫端有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于: 空氣(35)經(jīng)壓氣機(36)送入燃燒設(shè)備(37)，與進入的燃料(38)充分燃燒，生成的高溫煙氣進入燃氣輪機(39),拖動燃氣輪機發(fā)電機(41)發(fā)電,完成燃氣輪機機組布列頓循環(huán)； 所述的燃氣輪機(39)排出的高溫煙氣(40)作為蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱源降溫后排出； 所述的蒸汽朗肯循環(huán)，是指由余熱鍋爐本體(I)出來的飽和蒸汽(2)，經(jīng)過熱器(3)形成過熱蒸汽(3-1)，送入汽輪機(4)帶動蒸汽發(fā)電機(21)發(fā)電；汽輪機(4)出來的乏汽(5)經(jīng)過熱器(9)或和冷凝蒸發(fā)器( 10)，由氨蒸汽朗肯循環(huán)的氨冷卻形成凝結(jié)水￠)，凝結(jié)水(6)經(jīng)給水泵(7)、余熱鍋爐本體(I)，再產(chǎn)生飽和蒸汽，從而形成蒸汽朗肯循環(huán)回路； 所述的有機朗肯循環(huán)回路設(shè)有過熱器(9):液態(tài)有機工質(zhì)(11)經(jīng)循環(huán)泵(12)、冷凝蒸發(fā)器(10)，產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)過熱器(9)形成有機工質(zhì)過熱蒸汽(16)，再進入有機工質(zhì)汽輪機(17)，拖動有機工質(zhì)發(fā)電機(20)發(fā)電，從有機工質(zhì)汽輪機(17)排出的乏汽經(jīng)有機工質(zhì)冷凝器(18)冷卻形成液態(tài)有機工質(zhì)(11)，再進入循環(huán)泵(12)，從而形成有機朗肯循環(huán)回路；或液態(tài)有機工質(zhì)(11)經(jīng)循環(huán)泵(12)、有機工質(zhì)蒸發(fā)器(14)，產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)過熱器(9)形成有機工質(zhì)過熱蒸汽(16)，再進入有機工質(zhì)汽輪機(17)，拖動有機工質(zhì)發(fā)電機(20)發(fā)電，從有機工質(zhì)汽輪機(17)排出的乏汽經(jīng)有機工質(zhì)冷凝器(18)冷卻形成液態(tài)有機工質(zhì)(11)，再進入循環(huán)泵(12)，從而形成有機朗肯循環(huán)回路；或液態(tài)有機工質(zhì)(11)經(jīng)循環(huán)泵(12)、冷卻蒸發(fā)器(12)，產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)過熱器(9)形成有機工質(zhì)過熱蒸汽(16)，再進入有機工質(zhì)汽輪機(17)，拖動有機工質(zhì)發(fā)電機(20)發(fā)電，從有機工質(zhì)汽輪機(17)排出的乏汽經(jīng)有機工質(zhì)冷凝器(18)冷卻形成液態(tài)有機工質(zhì)(11)，再進入循環(huán)泵(12)，從而形成有機朗肯循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 設(shè)有給水加熱器(8): 由鍋爐本體(I)出來的飽和蒸汽(2)，經(jīng)過熱器(3)形成過熱蒸汽(3-1)，送入汽輪機(4)帶動蒸汽發(fā)電機(21)發(fā)電；汽輪機(4)出來的乏汽(5)經(jīng)過熱器(9)或和冷凝蒸發(fā)器(10)，由氨蒸汽朗肯循環(huán)的氨冷卻形成凝結(jié)水￠)，凝結(jié)水(6)經(jīng)給水泵(7)、給水加熱器(8)、余熱鍋爐本體(I)，再產(chǎn)生飽和蒸汽，從而形成蒸汽朗肯循環(huán)回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 設(shè)有回熱器(15):冷凝蒸發(fā)器(10)、有機工質(zhì)蒸發(fā)器(14)、冷卻蒸發(fā)器(12)的部分或全部蒸發(fā)器產(chǎn)生的貧液經(jīng)回熱器(15)、返流管線(19)，回到有機工質(zhì)冷凝器(18);或液態(tài)有機工質(zhì)(11)經(jīng)循環(huán)泵(12)、回熱器(15)、或和冷凝蒸發(fā)器(10)、或和有機工質(zhì)蒸發(fā)器(14)、或和冷卻蒸發(fā)器(12)的部分或全部產(chǎn)生有機工質(zhì)蒸汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 設(shè)有乏汽回熱器(22):液態(tài)有機工質(zhì)(11)經(jīng)循環(huán)泵(12)、有機工質(zhì)蒸發(fā)器(14)產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)乏汽回熱器(22)、過熱器(9)、有機工質(zhì)汽輪機(17)、乏汽回熱器(22)、有機工質(zhì)蒸發(fā)器(14)、有機工質(zhì)冷凝器(18)形成液態(tài)有機工質(zhì)(11 )，再進入循環(huán)泵(12)，從而形成有機朗肯循環(huán)回路；或液態(tài)有機工質(zhì)(11)經(jīng)循環(huán)泵(12 )、冷凝蒸發(fā)器(10 )產(chǎn)生的有機工質(zhì)蒸汽經(jīng)乏汽回熱器(22)、過熱器(9)、有機工質(zhì)汽輪機(17)、乏汽回熱器(22)、冷凝蒸發(fā)器(10)、有機工質(zhì)冷凝器(18)形成液態(tài)有機工質(zhì)(11)，再進入循環(huán)泵(12)，從而形成有機朗肯循環(huán)回路。
5.根據(jù)權(quán)利 要求1至4之一所述的裝置，其特征在于: 所述的冷卻蒸發(fā)器(13)中的煙氣跟液態(tài)有機工質(zhì)(11)采用分離式換熱方式:冷卻蒸發(fā)器(13)包括蒸發(fā)器(13-1)、冷凝器(13-2)，其中蒸發(fā)器(13-1)布置于煙道(23)中，冷凝器(13-2)布置于煙道(23)外；相變工質(zhì)在蒸發(fā)器(13-1)中吸收煙氣的熱量產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽在冷凝器(13-2)中作為液態(tài)有機工質(zhì)(11)的熱源，通過冷凝器(13-2)與液態(tài)有機工質(zhì)(11)間壁式換熱，冷卻后形成凝結(jié)液再由蒸發(fā)器(13-1)，吸收煙氣的熱量再產(chǎn)生蒸汽，從而形成相變工質(zhì)的內(nèi)循環(huán)回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于: 設(shè)有補給水系統(tǒng):蒸餾水箱(25)中的蒸餾水(24)，經(jīng)補水泵(26)、常溫除氧器(27)補入蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于: 設(shè)有混合床(230:蒸餾水箱(25)中的蒸餾水(24)，經(jīng)補水泵(26)、常溫除氧器(27)、混合床(28)補入蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于: 所述的過熱器(3)、給水加熱器(8)、過熱器(9)、冷凝蒸發(fā)器(10)、冷卻蒸發(fā)器(13)、有機工質(zhì)蒸發(fā)器(14)、回熱器(15)、乏汽回熱器(22)可分別設(shè)置一個或多個，采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 本發(fā)明同樣適用于奧圖循環(huán)-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置、斯特林循環(huán)-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)方法及裝置，采用燃氣輪機的排氣作為蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱源，蒸汽朗肯循環(huán)中的蒸汽冷凝器作為低溫端有機朗肯循環(huán)的熱源，凝汽器采用正壓運行方式，高效回收蒸汽的汽化潛熱用于發(fā)電，從而將布列頓-蒸汽朗肯-有機朗肯循環(huán)復合在一起并形成新的聯(lián)合循環(huán)體系，采用有機工質(zhì)與煙氣間接換熱的方法，避免有機工質(zhì)跟煙氣的直接接觸，解決了ORC機組安全運行的難題，同時有效降低排煙溫度并避免煙氣的低溫腐蝕。本發(fā)明既可用于現(xiàn)有機組的節(jié)能改造，也可用于新建機組的設(shè)計、建造，特別適宜于嚴寒、缺水地區(qū)、缺電等地區(qū)的新建、擴建、改建發(fā)電機組，經(jīng)濟、社會、環(huán)保效益顯著。
文檔編號F27D17/00GK103089439SQ20131002936
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月27日
發(fā)明者王海波 申請人:南京瑞柯徠姆環(huán)?？萍加邢薰?br>