本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，尤其是一種LNG/液氧直燃混合工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：
規(guī)模儲(chǔ)能在消納低峰富余核電以及接納風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等間歇性新能源入網(wǎng)方面已經(jīng)成為未來(lái)智能電網(wǎng)平衡負(fù)荷、消減峰谷負(fù)荷波動(dòng)，保障電力系統(tǒng)安全可靠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而抽水蓄能電站受地理因素制約，其他儲(chǔ)能方法在經(jīng)濟(jì)性方面均存在問題。液化天然氣因便于運(yùn)輸和貯存是調(diào)峰發(fā)電的主要燃料，燃?xì)庹{(diào)峰發(fā)電及規(guī)模儲(chǔ)能將是電網(wǎng)峰谷平衡、穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行的主要手段。以CO2為主的溫室氣體排放及所帶來(lái)的氣候變化與環(huán)境問題受到全球的普遍關(guān)注。2008年國(guó)際能源署提出，CO2捕集與封存技術(shù)(CCS)是解決氣候變化問題的必要技術(shù)，應(yīng)加以積極推進(jìn)。其中CO2捕集是CCS實(shí)施的首要技術(shù)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的CO2捕集方案主要是對(duì)燃燒產(chǎn)物處理，存在捕集過(guò)程能源消耗代價(jià)太大的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是提供一種將燃燒產(chǎn)物與循環(huán)工質(zhì)混合作為工質(zhì)的，具有高密度規(guī)模儲(chǔ)能、零碳排、零氮氧化物排放、高效、調(diào)峰等特點(diǎn)的動(dòng)力循環(huán)發(fā)電裝置。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用如下技術(shù)方案：一種LNG/液氧直燃混合工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)發(fā)電裝置，包括作功子系統(tǒng)、回?zé)嵫h(huán)子系統(tǒng)以及LNG和液氧供給與CO2捕集子系統(tǒng)，其中，所述作功子系統(tǒng)包括高壓燃燒室組、再熱燃燒室組、高壓透平、中壓透平、低壓透平、發(fā)電機(jī)A、發(fā)電機(jī)B和閥組；所述作功子系統(tǒng)采用H2O/CO2混合工質(zhì)作為工質(zhì)；所述高壓燃燒室組分為4組，分別對(duì)應(yīng)于高壓透平的4個(gè)進(jìn)汽室，每個(gè)高壓燃燒室組至少包含一個(gè)高壓燃燒室；所述高壓燃燒室由高壓燃燒室筒體、高壓燃燒室燃燒器、高壓燃燒室火焰筒、高壓燃燒室螺旋折流板組、高壓燃燒室環(huán)形端板、高壓燃燒室霧化噴嘴組、高壓燃燒室左端板、高壓燃燒室進(jìn)水接管、高壓燃燒室收縮段及出口接管組成；所述高壓燃燒室螺旋折流板組在高壓燃燒室筒體與高壓燃燒室火焰筒之間的環(huán)形空間形成通流截面積逐漸增大的螺旋通道；所述高壓燃燒室燃燒器設(shè)有高壓燃燒室天然氣進(jìn)口和高壓燃燒室氧氣進(jìn)口；所述再熱燃燒室組分組數(shù)量與高壓透平排氣口數(shù)量相同，每組再熱燃燒室組至少包括1個(gè)再熱燃燒室；所述再熱燃燒室由再熱燃燒室筒體、再熱燃燒室燃燒器、再熱燃燒室火焰筒、再熱燃燒室螺旋折流板組、再熱燃燒室左端板、再熱燃燒室工質(zhì)進(jìn)口接管、再熱燃燒室收縮段及出口接管組成；所述再熱燃燒室螺旋折流板組在再熱燃燒室筒體與再熱燃燒室火焰筒之間的環(huán)形空間形成通流截面積逐漸增大的螺旋通道；所述再熱燃燒室燃燒器設(shè)有再熱燃燒室天然氣進(jìn)口和再熱燃燒室氧氣進(jìn)口；所述閥組包括高壓燃燒室天然氣進(jìn)口閥組、高壓燃燒室氧氣進(jìn)口閥組、高壓燃燒室給水進(jìn)口閥組、高壓透平進(jìn)口閥組、再熱燃燒室天然氣進(jìn)口閥組、再熱燃燒室氧氣進(jìn)口閥組、中壓透平進(jìn)口閥組、中壓透平抽汽閥A、中壓透平出口旁路閥組和低壓透平進(jìn)口閥組；各高壓燃燒室的高壓燃燒室收縮段及出口接管通過(guò)高壓透平進(jìn)口閥組連接高壓透平的4組進(jìn)汽室，高壓透平的出口分別與再熱燃燒室組的各再熱燃燒室工質(zhì)進(jìn)口接管相連接，再熱燃燒室組的各再熱燃燒室的再熱燃燒室收縮段及出口接管通過(guò)中壓透平進(jìn)口閥組與中壓透平的進(jìn)口相連接；所述回?zé)嵫h(huán)子系統(tǒng)包括冷凝器、低壓加熱器組、高壓加熱器組、凝結(jié)水泵、給水泵和排水閥；冷凝器冷卻水側(cè)包括進(jìn)水口和出水口，冷凝器凝結(jié)水出口通過(guò)凝結(jié)水泵與低壓加熱器組進(jìn)口相連，低壓加熱器組出口通過(guò)給水泵與高壓加熱器組進(jìn)口相連；高壓加熱器組出口通過(guò)高壓燃燒室給水進(jìn)口閥組與高壓燃燒室進(jìn)水接管相連；所述排水閥的進(jìn)口與凝結(jié)水泵出口管線相連；所述LNG和液氧供給與CO2捕集子系統(tǒng)包括LNG儲(chǔ)罐、液氧儲(chǔ)罐、LNG泵、液氧泵、CO2壓縮機(jī)、換熱器A、換熱器B、換熱器C和換熱器D；LNG儲(chǔ)罐出口通過(guò)LNG泵與換熱器A的LNG側(cè)進(jìn)口相連接，換熱器A的LNG側(cè)出口與換熱器D的LNG進(jìn)口相連接，換熱器D的LNG的出口分別通過(guò)高壓燃燒室天然氣進(jìn)口閥組與各高壓燃燒室天然氣進(jìn)口相連接和通過(guò)再熱燃燒室天然氣進(jìn)口閥組與各再熱燃燒室天然氣進(jìn)口相連接；液氧儲(chǔ)罐出口通過(guò)液氧泵與換熱器B的液氧進(jìn)口相連接，換熱器B的液氧出口與換熱器D的液氧側(cè)進(jìn)口相連接，換熱器D的液氧側(cè)出口分別通過(guò)高壓燃燒室液氧進(jìn)口閥組與各高壓燃燒室液氧進(jìn)口相連接和通過(guò)再熱燃燒室液氧進(jìn)口閥組與各再熱燃燒室液氧進(jìn)口相連接；換熱器A的CO2側(cè)進(jìn)口設(shè)在冷凝器液位以上的殼體上，換熱器A的CO2側(cè)出口通過(guò)CO2壓縮機(jī)與換熱器B的CO2進(jìn)口相連接，換熱器B的CO2出口與換熱器C的CO2進(jìn)口相連接，換熱器C包括CO2出口；中壓透平第一級(jí)抽汽口通過(guò)中壓透平抽汽閥A與換熱器D的過(guò)熱蒸汽進(jìn)汽口相連接，換熱器D的過(guò)熱蒸汽出汽口將與高壓加熱器組的高壓加熱器的蒸汽進(jìn)汽口相連接；中壓透平的下排汽口通過(guò)中壓透平出口旁路閥組與冷凝器進(jìn)汽口B相連接，中壓透平的上排汽口通過(guò)低壓透平進(jìn)口閥組與低壓透平進(jìn)口相連接；低壓透平的出口與冷凝器進(jìn)汽口A相連接；高壓透平、低壓透平的各抽汽口和中壓透平的各抽汽口都分別與高壓加熱器組和低壓加熱器組的各蒸汽進(jìn)汽口對(duì)應(yīng)連接。進(jìn)一步地，高壓透平和中壓透平用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)A，低壓透平用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)B。進(jìn)一步地，所述換熱器C的CO2出口流出的為CO2液體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.滿足電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的需要。LNG發(fā)電所需液氧在電網(wǎng)谷電時(shí)段生產(chǎn)并貯存，貯存空間小，儲(chǔ)能設(shè)施投資可以大幅降低。根據(jù)初步估算，制氧儲(chǔ)能耗功大致占機(jī)組發(fā)電量的25％～35％；而發(fā)電機(jī)組的循環(huán)熱效率則可達(dá)到60％～65％。由于制氧消耗的是谷電，其發(fā)電機(jī)組的循環(huán)效率和經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)高于常規(guī)發(fā)電方案。2.二氧化碳的捕集過(guò)程是結(jié)合透平乏汽的凝結(jié)過(guò)程完成的，系統(tǒng)較簡(jiǎn)單。LNG/液氧直燃給水混合工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)采用液氧替代壓縮空氣，使LNG/液氧高壓高溫燃燒產(chǎn)物和給水混合產(chǎn)生H2O/CO2混合蒸汽在透平機(jī)組中膨脹發(fā)電，混合工質(zhì)乏汽在冷凝器中凝結(jié)分離水分后，二氧化碳先后利用LNG和液氧預(yù)冷和壓縮機(jī)升壓并利用空分裝置生產(chǎn)的部分液氮液化，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳的全捕集封存或可用于其他利用場(chǎng)合。由于燃燒產(chǎn)物作為工質(zhì)，可以在透平中膨脹到環(huán)境溫度附近，因此消除了排煙損失，且純氧燃燒避免了NOx的生成，有優(yōu)良的環(huán)保效益。3.采用以燃燒調(diào)控機(jī)組功率的控制策略，即將高壓燃燒室與高壓透平進(jìn)汽室采用單元化分組調(diào)節(jié)，由于燃燒室是按多個(gè)燃燒室模塊化設(shè)計(jì)的，本發(fā)明的燃燒室啟停調(diào)控相比鍋爐有很強(qiáng)的便捷性，可以改變?nèi)紵业耐哆\(yùn)數(shù)量和燃料量來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷的調(diào)節(jié)。4.在機(jī)組調(diào)峰方面從30MPa所需的透平高壓缸的材料厚度考慮，像燃?xì)廨啓C(jī)那樣完全停機(jī)調(diào)峰可能不利于其使用壽命，故采用將工作溫度較低的透平低壓缸解列的運(yùn)行方案，利用中壓缸排汽口至冷凝器的旁路管線排汽，在保障設(shè)備安全的前提下可實(shí)現(xiàn)機(jī)組在低負(fù)荷下的較高效率運(yùn)行。透平低壓缸解列運(yùn)行時(shí)，再熱燃燒器不必投運(yùn)，再熱燃燒室僅作為通道。5.循環(huán)熱效率較高。除了上述有益于循環(huán)熱效率提高的措施外，還得益于燃燒室在材料消耗上遠(yuǎn)比鍋爐少，有條件使用比較昂貴的耐高溫材料，所以本發(fā)明裝置的運(yùn)行參數(shù)即透平工質(zhì)的進(jìn)口壓力和溫度比較高；此外部分負(fù)荷時(shí)機(jī)組也具有較高的效率。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的高壓燃燒室示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的再熱燃燒室示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：實(shí)施例：一種LNG/液氧直燃混合工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)發(fā)電裝置，其特征在于，包括作功子系統(tǒng)、回?zé)嵫h(huán)子系統(tǒng)以及LNG和液氧供給與CO2捕集子系統(tǒng)，其中，所述作功子系統(tǒng)包括高壓燃燒室組1-1、再熱燃燒室組1-2、高壓透平1-3、中壓透平1-4、低壓透平1-5、發(fā)電機(jī)A1-6、發(fā)電機(jī)B1-7和閥組1-8；所述作功子系統(tǒng)采用H2O/CO2混合工質(zhì)作為工質(zhì)；所述高壓燃燒室組1-1分為4組，分別對(duì)應(yīng)于高壓透平1-3的4個(gè)進(jìn)汽室，每個(gè)高壓燃燒室組1-1至少包含一個(gè)高壓燃燒室1-1-1；所述高壓燃燒室1-1-1由高壓燃燒室筒體1-1-1-1、高壓燃燒室燃燒器1-1-1-2、高壓燃燒室火焰筒1-1-1-3、高壓燃燒室螺旋折流板組1-1-1-4、高壓燃燒室環(huán)形端板1-1-1-5、高壓燃燒室霧化噴嘴組1-1-1-6、高壓燃燒室左端板1-1-1-7、高壓燃燒室進(jìn)水接管1-1-1-8、高壓燃燒室收縮段及出口接管1-1-1-9組成；所述高壓燃燒室螺旋折流板組1-1-1-4在高壓燃燒室筒體1-1-1-1與高壓燃燒室火焰筒1-1-1-3之間的環(huán)形空間形成通流截面積逐漸增大的螺旋通道；所述高壓燃燒室燃燒器1-1-1-2設(shè)有高壓燃燒室天然氣進(jìn)口1-1-1-10和高壓燃燒室氧氣進(jìn)口1-1-1-11；所述再熱燃燒室組1-2分組數(shù)量與高壓透平排氣口數(shù)量相同，每組再熱燃燒室組1-2至少包括1個(gè)再熱燃燒室1-2-1；所述再熱燃燒室1-2-1由再熱燃燒室筒體1-2-1-1、再熱燃燒室燃燒器1-2-1-2、再熱燃燒室火焰筒1-2-1-3、再熱燃燒室螺旋折流板組1-2-1-4、再熱燃燒室左端板1-2-1-7、再熱燃燒室工質(zhì)進(jìn)口接管1-2-1-8、再熱燃燒室收縮段及出口接管1-2-1-9組成；所述再熱燃燒室螺旋折流板組1-2-1-4在再熱燃燒室筒體1-2-1-1與再熱燃燒室火焰筒1-2-1-3之間的環(huán)形空間形成通流截面積逐漸增大的螺旋通道；所述再熱燃燒室燃燒器1-2-1-2設(shè)有再熱燃燒室天然氣進(jìn)口1-2-1-10和再熱燃燒室氧氣進(jìn)口1-2-1-11；所述閥組1-8包括高壓燃燒室天然氣進(jìn)口閥組1-8-1、高壓燃燒室氧氣進(jìn)口閥組1-8-2、高壓燃燒室給水進(jìn)口閥組1-8-3、高壓透平進(jìn)口閥組1-8-4、再熱燃燒室天然氣進(jìn)口閥組1-8-5、再熱燃燒室氧氣進(jìn)口閥組1-8-6、中壓透平進(jìn)口閥組1-8-7、中壓透平抽汽閥A1-8-8、中壓透平出口旁路閥組1-8-9和低壓透平進(jìn)口閥組1-8-10；各高壓燃燒室1-1-1的高壓燃燒室收縮段及出口接管1-1-1-9通過(guò)高壓透平進(jìn)口閥組1-8-4連接高壓透平1-3的4組進(jìn)汽室，高壓透平的出口分別與再熱燃燒室組1-2的各再熱燃燒室工質(zhì)進(jìn)口接管1-2-1-8相連接，再熱燃燒室組1-2的各再熱燃燒室1-2-1的再熱燃燒室收縮段及出口接管1-2-1-9通過(guò)中壓透平進(jìn)口閥組1-8-7與中壓透平1-4的進(jìn)口相連接；所述回?zé)嵫h(huán)子系統(tǒng)包括冷凝器2-1、低壓加熱器組2-2、高壓加熱器組2-3、凝結(jié)水泵2-4、給水泵2-5和排水閥2-6；冷凝器2-1冷卻水側(cè)包括進(jìn)水口2-1-1和出水口2-1-2，冷凝器凝結(jié)水出口2-1-4通過(guò)凝結(jié)水泵2-4與低壓加熱器組2-2進(jìn)口相連，低壓加熱器組2-2出口通過(guò)給水泵2-5與高壓加熱器組2-3進(jìn)口相連；高壓加熱器組2-3出口通過(guò)高壓燃燒室給水進(jìn)口閥組1-8-3與高壓燃燒室進(jìn)水接管1-1-1-8相連；所述排水閥2-6的進(jìn)口與凝結(jié)水泵2-4出口管線相連；所述LNG和液氧供給與CO2捕集子系統(tǒng)包括LNG儲(chǔ)罐3-1、液氧儲(chǔ)罐3-2、LNG泵3-3、液氧泵3-4、CO2壓縮機(jī)3-5、換熱器A3-6、換熱器B3-7、換熱器C3-8和換熱器D3-9；LNG儲(chǔ)罐3-1出口通過(guò)LNG泵3-3與換熱器A的LNG側(cè)進(jìn)口3-6-1相連接，換熱器A的LNG側(cè)出口3-6-2與換熱器D的LNG進(jìn)口3-9-1相連接，換熱器D的LNG的出口3-9-2分別通過(guò)高壓燃燒室天然氣進(jìn)口閥組1-8-1與各高壓燃燒室天然氣進(jìn)口1-1-1-10相連接和通過(guò)再熱燃燒室天然氣進(jìn)口閥組1-8-5與各再熱燃燒室天然氣進(jìn)口1-2-1-10相連接；液氧儲(chǔ)罐3-2出口通過(guò)液氧泵3-4與換熱器B的液氧進(jìn)口3-7-1相連接，換熱器B的液氧出口3-7-2與換熱器D的液氧側(cè)進(jìn)口3-9-3相連接，換熱器D的液氧側(cè)出口3-9-4分別通過(guò)高壓燃燒室液氧進(jìn)口閥組1-8-2與各高壓燃燒室液氧進(jìn)口1-1-1-11相連接和通過(guò)再熱燃燒室液氧進(jìn)口閥組1-8-6與各再熱燃燒室液氧進(jìn)口1-2-1-11相連接；換熱器A的CO2側(cè)進(jìn)口3-6-3設(shè)在冷凝器2-1液位以上的殼體上，換熱器A的CO2側(cè)出口3-6-4通過(guò)CO2壓縮機(jī)3-5與換熱器B的CO2進(jìn)口3-7-3相連接，換熱器B的CO2出口3-7-4與換熱器C的CO2進(jìn)口3-8-3相連接，換熱器C包括CO2出口3-8-4；中壓透平第一級(jí)抽汽口通過(guò)中壓透平抽汽閥A1-8-8與換熱器D3-9的過(guò)熱蒸汽進(jìn)汽口3-9-5相連接，換熱器D的過(guò)熱蒸汽出汽口3-9-6將與高壓加熱器組2-3的某個(gè)高壓加熱器的蒸汽進(jìn)汽口相連接；中壓透平的下排汽口通過(guò)中壓透平出口旁路閥組1-8-9與冷凝器進(jìn)汽口B2-1-5相連接，中壓透平的上排汽口通過(guò)低壓透平進(jìn)口閥組1-8-10與低壓透平1-5進(jìn)口相連接；低壓透平1-5的出口與冷凝器進(jìn)汽口A2-1-3相連接；高壓透平、低壓透平的各抽汽口和中壓透平的其他各抽汽口都分別與高壓加熱器組2-3和低壓加熱器組2-2的各蒸汽進(jìn)汽口對(duì)應(yīng)連接。比較好的是，所述的一種LNG/液氧直燃混合工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)發(fā)電裝置的高壓透平1-3和中壓透平1-4用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)A1-6，低壓透平1-5用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)B1-7。所述換熱器C的CO2出口3-8-4流出的為CO2液體。本發(fā)明之工作流程如下：在谷電時(shí)段運(yùn)行空氣分離裝置制備液氧和液氮，在非峰電時(shí)段發(fā)電機(jī)組按低壓透平1-5解列的部分負(fù)荷(約20％)運(yùn)行；在峰電時(shí)段發(fā)電機(jī)組全部透平投入運(yùn)行；發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，LNG/液氧在高壓燃燒室組1-1中燃燒并加熱混合給水，產(chǎn)生H2O/CO2混合蒸汽，在透平中分段膨脹作功發(fā)電，膨脹過(guò)程設(shè)置一次補(bǔ)燃再熱；透平低壓缸解列運(yùn)行時(shí)，再熱燃燒器不必投運(yùn)，再熱燃燒室僅作為通道。透平乏汽在冷凝器2-1中凝結(jié)，并將水分與CO2分離，大部分凝結(jié)水經(jīng)給水回?zé)嵯到y(tǒng)循環(huán)流回高壓燃燒室組，與燃燒產(chǎn)物數(shù)量對(duì)應(yīng)的部分H2O則通過(guò)排水閥2-6排出系統(tǒng)。氣態(tài)CO2通過(guò)進(jìn)口布置在冷凝器殼體上的換熱器A3-6被LNG預(yù)冷，在壓縮機(jī)3-5中升壓后在換熱器B3-7中進(jìn)一步被液氧冷卻降溫，然后在換熱器C3-8中利用空分裝置生產(chǎn)的部分液氮將CO2液化。為使天然氣和氧氣分別達(dá)到燃燒器進(jìn)口參數(shù)，兩者都在換熱器D3-9中被從中壓缸引出的抽汽的過(guò)熱蒸汽段加熱后再流至各燃燒室，此處的過(guò)熱蒸汽壓力較低但過(guò)熱度較大，直接加熱給水并不經(jīng)濟(jì)。在高壓燃燒室1-1-1中設(shè)置火焰筒，在火焰筒內(nèi)天然氣與氧氣穩(wěn)燃產(chǎn)生高溫高壓混合蒸汽，在高壓燃燒室火焰筒外面的環(huán)形空間注入高壓給水(對(duì)于再熱燃燒室是冷再熱混合蒸汽)，一方面對(duì)燃燒室火焰筒進(jìn)行冷卻，另一方面自身吸熱蒸發(fā)，汽水混合物在火焰區(qū)出口噴霧與燃燒產(chǎn)物混合傳熱，將混合工質(zhì)蒸汽的壓力、溫度調(diào)整到設(shè)備的安全運(yùn)行限域內(nèi)，然后依次進(jìn)入高壓透平、再熱燃燒室、中壓透平和低壓透平中膨脹作功和一次再熱；在非峰電時(shí)段發(fā)電機(jī)組按低壓透平解列的部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，低壓透平進(jìn)口閥組1-8-10關(guān)閉，中壓透平出口旁路閥組1-8-9打開，混合蒸汽乏汽直接進(jìn)入冷凝器2-1。