[发明专利]一种基于氢氧高压掺水燃烧的不完全循环发电系统

说明书

本发明公开了一种基于氢氧高压掺水燃烧的不完全循环发电系统，属于高压燃烧的热力发电系统技术领域，包括储气罐、高压掺水燃烧装置、涡轮机、换热凝汽装置、回热加热装置、发电机和低压燃烧加热器；换热凝汽装置将储气罐输出的氢气和氧气与涡轮机排汽进行换热后输入至高压掺水燃烧装置内燃烧；高压掺水燃烧装置将氢气、氧气燃烧生成的水蒸气输送至涡轮机做功并带动所述发电机发电；经涡轮机的水蒸气经换热凝汽装置冷却后，部分冷凝水进入回热加热装置并与从涡轮机中间级抽出的蒸汽进行换热；升温后的液态水经低压燃烧加热器加热后流入环绕于高压掺水燃烧装置的燃烧器侧壁内侧的冷却水流道。本发明实现了高效、稳定、清洁的热力发电循环。

技术领域

本发明属于高压燃烧的热力发电系统技术领域，更具体地，涉及一种基于氢氧高压掺水燃烧的不完全循环发电系统。

背景技术

当前，由于人类各项生产、生活所产生的大量温室气体及其它排放，已经严重影响到全球环境以及气候，科学界已经公认应该采取有效应对措施。在热力发电领域，低碳能源是未来发展的方向之一，氢气由于高热值零污染收到社会的高度期望。但是氢气在氧气中当量燃烧时温度高达三千摄氏度，远远超出了当前材料的承受范围，所以一般难以直接利用。同时氢气价格较常用燃烧要高，经济上缺点明显，所以直接通过燃烧的方式来应用的比较少见。随着未来低碳能源技术、低碳社会趋势的不断发展，以及核能制氢、光伏制氢、太阳能热制氢技术的成熟，高压储氢技术的成熟，利用氢气作为电网储能调峰介质的可能性也在不断增加，氢气的生产成本将会有显著下降，给氢气的大规模利用提供了可能。

传统基于燃料燃烧的大规模、高效率发电方式一般采用燃气-蒸汽联合循环的方式，这种方式下的循环效率大约在60％左右(普通非联合循环方式效率在40％左右)。效率较高的主要原因是燃气轮机热端温度高达1300℃以上，而冷端温度和凝汽式汽轮机一致。但是，由于燃气轮机的排气温度约为500～600℃，需要采用余热锅炉等再次生成高压水蒸气才能被汽轮机用于做功，由于燃气和蒸汽介质不同以及传热温差问题，导致总体循环效率难以进一步提高，与卡诺循环理论效率有较大差距，并且存在系统复杂的缺点。显然，上述燃气-蒸汽联合循环的缺陷在于，将同属于涡轮机(燃气轮机涡轮部分和蒸汽涡轮机)做功的过程不得不用两种工质进行，两种工质之间用换热器交换热量。同时由于目前现有燃气轮机采用气体冷却热端部件温度，一方面气体的冷却能力有限，限制了其进一步提高热端温度；另一方面，消耗的气体也对整体效率提升带来了负面影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于氢氧高压掺水燃烧的不完全循环发电系统，其目的在于通过氢气和氧气直接高压燃烧的方式生成高温高压水蒸气进入涡轮机做功，简化了流程；同时利用涡轮机做功后冷凝的液态水喷入燃烧区域并且对热端部件进行水冷却，降低氢氧燃烧气体温度并同时保护热端部件，由此解决传统燃气-蒸汽联合循环系统复杂、效率提升空间有限的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于氢氧高压掺水燃烧的不完全循环发电系统，该系统包括储气罐、高压掺水燃烧装置、涡轮机、换热凝汽装置、回热加热装置、发电机、燃烧器侧壁和低压燃烧加热器；

所述储气罐连接于所述换热凝汽装置，所述换热凝汽装置用于将储气罐输出的氢气和氧气与涡轮机排汽进行换热后输入至所述高压掺水燃烧装置内燃烧；所述高压掺水燃烧装置连接于所述涡轮机，用于将氢气、氧气燃烧生成的水蒸气输送至所述涡轮机做功并带动所述发电机发电；

所述涡轮机与所述换热凝汽装置分别连接于所述回热加热装置，经涡轮机的水蒸气经所述换热凝汽装置冷却后，部分冷凝水进入所述回热加热装置并与从涡轮机中间级抽出的蒸汽进行换热；所述回热加热装置连接于所述低压燃烧加热器，升温后的液态水经所述低压燃烧加热器加热后流入环绕于所述高压掺水燃烧装置的燃烧器侧壁内侧的冷却水流道。

优选地，所述换热凝汽装置连接于所述低压燃烧加热器，用于将经涡轮机的水蒸气中未完全燃烧的氢气与氧气传输至所述低压燃烧加热器中进行燃烧。